基于本地交通網絡服務的電子輔助駕駛系統

張伯約，王麗卿

（1.國家知識產權局專利局通信發明審查部，北京100190；2.北京市海淀區郵電局信息中心，北京100083）

基于本地交通網絡服務的電子輔助駕駛系統

張伯約1，王麗卿2

（1.國家知識產權局專利局通信發明審查部，北京100190；2.北京市海淀區郵電局信息中心，北京100083）

在日益擁堵的道路交通環境下，為了解決汽車駕駛員在陌生路線難于尋找最近加油站、難于選擇最佳行駛路線的問題，選用三星公司的8位單片機S3C9444為主控制器，以Altera公司的現場可編程門陣列FPGA芯片EP2C5Q208C8N作為兼容主要移動通信標準的無線收發器，借用本地交通網絡提供的路線交通指數信息和附近加油站信息，實時為駕駛員提供最近的加油站位置和行駛更暢通的替換路線，提高了汽車輔助駕駛系統的智能化程度。

本地交通網絡；電子輔助駕駛系統；單片機；無線收發器

0 引言

汽車是人類出行的最主要的交通工具。隨著經濟的發展和科技的進步，私人汽車的擁有量越來越多，然而城市道路交通的發展往往跟不上汽車的增長速度，這就造成城市內車輛擁堵的現象發生，尤其在大城市的早晚上下班高峰時段最為突出。

道路的擁堵給汽車駕駛員帶來了不少難題，例如如何選擇更為暢通的行駛路線，以及需要實時了解汽車當前油量能夠支撐的行駛區域內的加油站位置。如果第一個難題無法解決，則會導致行駛時間的大量不必要增長，而如果第二個難題無法解決，甚至會出現汽車缺油而不得不停車等待救援的尷尬局面。

當前汽車的輔助駕駛系統只能用于在擁堵情況下避免前后車碰撞的發生，例如使用雷達或倒車影像幫助駕駛員了解前后車距，而并沒有能夠提供汽車當前路線的替換路線信息和附近加油站信息。為了解決上述兩個難題，本文對汽車的電子輔助駕駛系統的結構進行了研究，通過引入能夠與本地交通網絡進行信息交互的無線收發器，同時引入相應的電子輔助設備，并合理利用汽車現有資源，從而幫助駕駛員實時了解當前路線的替換路線和當前位置附近的加油站，為他們的快捷駕駛提供重要參考數據。

1 系統結構

為了能夠導入本地交通網絡提供的路線數據和加油站數據，在各種臨界情況下給予駕駛員合理的語音、文字方面的提示，本文基于本地交通網絡，搭建了一個集成網絡通信和計算機處理的控制平臺，該控制平臺設置在汽車上，其具體的系統結構如圖1所示。

圖1 電子輔助駕駛系統的結構圖

其中，平均油耗計算設備根據汽車的歷史油耗數據統計出汽車的平均油耗。剩余油量檢測設備通過安裝在油箱中的油量傳感器檢測油箱內的剩余油量。導航設備根據內部的電子地圖確定以下信息：（1）汽車所在位置及汽車所在位置附近的各個加油站；（2）從汽車所在位置到附近各個加油站的加油行駛路線；（3）與各個加油行駛路線對應的里程；（4）當前行駛路線和多個替換路線。

圖1中的無線收發器通過移動通信網絡連接本地交通網絡，從本地交通網絡中接收以下信息：（1）汽車所在位置附近的各個加油站；（2）當前行駛路線的交通指數和多個替換路線的交通指數。無線收發器連接導航設備以從導航設備處接收汽車所在位置、當前行駛路線和多個替換路線，并將這些信息轉發給本地交通網絡。本地交通網絡管理平臺負責對本地交通網絡進行管理，以實時提供交通服務。

電子輔助駕駛系統還包括顯示屏，在單片機根據已有信息判斷當前為臨界情況時，顯示相應警示或提示文字信息；語音播放設備用于在單片機根據已有信息判斷當前為臨界情況時，播放相應警示或提示語音文件；存儲器用于存儲各類信息或文件；供電設備用于為電子輔助駕駛系統內除了供電設備以外的各個電子設備提供必要的工作用電。

1.1 單片機

考慮到在運算速度、功耗和價格之間的平衡，本文的電子輔助駕駛系統選擇三星公司的8位單片機S3C9444為主控制器[1]。

S3C9444芯片是一款8位的多功能通用型微控制器，能夠提供高效快速的CPU處理功能、豐富的外圍接口以及各種類型的可編程ROM，其數據/地址總線結構和位編程I/O口為用戶提供了靈活的編程環境[2]。S3C9444芯片具有4 KB的片內ROM和208 B的RAM，具有定時、計數、PWM、多路A/D轉換等功能，其內部特有的CMOS技術使得芯片呈現出低功耗和寬電壓工作范圍的特性。S3C9444芯片集成了多個外圍接口：3個可編程I/O口、4個中斷源、1個8位定時/計數器、9路模數轉換器以及1個8位PWM輸出接口[3]。

1.2 無線收發器

為了提高本文的電子輔助駕駛系統的通信兼容性，兼顧不同城市使用的不同移動通信標準，該系統中的無線收發器采用了ALTERA公司的EP2C5Q208C8N，通過編程該款FPGA芯片以兼容現行主流移動通信標準，這些標準包括GPRS、3G、4G等[4]。

EP2C5Q208C8N擁有4 608個LEs，片上RAM共計119 808 bit，還具有13個18×18硬件乘法器、2個高性能PLL以及多達142個用戶自定義I/O，該芯片可外接大容量的SDRAM和Flash ROM等存儲單元，具有DC 5 V的電源管理模塊，易于擴展，性價比高。

1.3 導航設備

當前主流的四個導航設備為GPS導航設備、格洛納斯導航設備、伽利略導航設備和北斗衛星導航設備，本文選擇了北斗衛星導航設備。

北斗衛星導航系統是中國正在實施的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統。北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星；地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站；用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端[5]。

本系統中，導航設備為單片機和無線收發器提供包括汽車當前位置、行駛路線、加油站位置等多種導航信息，其顯示器可與本系統的顯示屏集成為一塊綜合顯示屏，以進行文字、圖形等信息的顯示，為駕駛員提供重要的駕駛參考數據。導航設備的顯示器與本系統的顯示屏也可分離放置。

2 控制邏輯

為了提供汽車當前路線的替換路線信息和附近加油站信息，作為電子輔助駕駛系統主控制的單片機，設計了兩個并行控制邏輯，以在臨界情況下為駕駛員提供各個輔助信息。

2.1 加油站控制邏輯

單片機定時觸發本控制邏輯，用于實時為駕駛員提供與汽車剩余油量匹配的附近加油站信息，定時時間可以由用戶自行設定，默認為出廠設定值。本加油站控制邏輯首先判斷本地交通網絡與導航設備提供的附近加油站信息是否一致，在確定加油站信息可靠時，方啟動后續的剩余油量覆蓋加油站數量的判斷操作。

加油站控制邏輯的具體流程如圖2所示。

圖2 加油站控制邏輯流程圖

在剩余里程范圍內的加油站數量為3時，表示到了需要提示駕駛員關注汽車油量的時刻，通過顯示屏或語音播放設備進行提示操作；在剩余里程范圍內的加油站數量為1時，表示到了汽車油量必須加油的時刻，通過顯示屏或語音播放設備進行警示操作；在剩余里程范圍內的加油站數量為0時，表示已經無法通過附近加油站加油的方式進行加油，同樣通過顯示屏或語音播放設備告知駕駛員需要等待救援。

2.2 替換路線控制邏輯

單片機定時觸發本控制邏輯，用于在駕駛員當前行駛路線交通指數較高時，即當前行駛路線較為擁堵，需要選擇替換路線以盡快到達目的地時，實時幫助駕駛員決定是否需要切換到替換路線行駛，以及在需要切換時，提供要切換到的相對來說最暢通的替換路線。定時時間可以由用戶自行設定，默認為出廠設定值。

該替換路線控制邏輯的具體流程如圖3所示。

圖3 加油站控制邏輯流程圖

本地交通網絡通過無線收發器為單片機提供了當前行駛路線和多條替換路線的交通指數，在當前行駛路線的交通指數大于預設閾值時，例如該預設閾值為4，則將交通指數更小的多條替換路線發送給導航設備以進行導航，同時，通過顯示屏或語音播放設備進行替換路線切換的提示操作[6]。

3 輔助效果

當駕駛員駕駛安裝了本電子輔助駕駛系統的汽車時，即使面對擁堵的交通狀況，也不用時刻關注汽車的油量剩余情況，不會陷入路線選擇困擾。根據系統實時給出的輔助信息，能夠輕松找到剩余油量所支持的附近加油站，不需目測、經驗判斷和收聽交通節目，就能輕松找到替換路線。如圖4所示，駕駛員以天安門為出發點，以西北旺鎮為目的地駕車出行，在當前行駛路線擁堵的情況下，系統提供多條替換路線供駕駛員選擇。

圖4 導航設備的多條替換路線顯示圖

從圖4可以看出，基于本地交通網絡的電子輔助駕駛系統，其導航設備接收單片機選擇的多條相對暢通的替換路線并實時顯示，方便駕駛員選擇其中一條以繼續行駛，提高了車輛的行駛效率。

4 結論

本文針對駕駛員在擁堵路段行駛會經常遇到的兩個經典問題，即擁堵時難于找到剩余油量能支持的附近加油站和無法確定其他替換路線是否更為擁堵，基于本地交通網絡提供的附近加油站信息和各條行駛路線的交通指數信息，經過合理的邏輯判斷，為用戶選擇合適的附近加油站和替換路線，減輕了駕駛員的選擇負擔，在保證車輛正常行駛的同時，節省了到達目的地的行駛時間。

[1]李廣弟，朱月秀，冷月祁.單片機基礎（第3版）[M].北京：北京航天航空大學出版社，2007.

[2]王東鋒，陳園園，郭向陽.單片機C語言應用100例（第2版）[M].北京：電子工業出版社，2013.

[3]姜志海，黃玉清，劉連鑫.單片機原理及應用（第3版）[M].北京：電子工業出版社，2013.

[4]金慶江.無線網絡技術及應用[M].上海：上海交通大學出版社，2003.

[5]姜衛忠，魏向東.汽車多媒體導航系統藍皮書（技術篇）[M].北京：清華大學出版社，2012.

[6]申忠宇，鄭啟文，王川，等．無線通信網絡的多智能小車編隊控制系統[J].東南大學學報：自然科學版，2013，43（S1）：18-21．

Electronic auxiliary driving system based on local traffic netw ork service

Zhang Boyue1，Wang Liqing2
（1.Communication Invention Examination Department，State Intellectual Property Office，Beijing 100190，China；2.Information Center，Haidian District Post Office of Beijing，Beijing 100083，China）

In an increasingly congested road traffic environment，it is difficult for a driver on a strange road to find the nearest gas station，or to select the best route.In order to solve the problem，Samsung 8 bit singlechip S3C9444 is used as a main controller，and Altera Field Programmable Gate Array（FPGA）chip EP2C5Q208C8N is selected as a wireless transceiver which is compatible with main mobile communication standards.Using route traffic index information and nearby gas sation information provided by the local traffic network，the nearest gas station or the more smooth route can be real time provided for the driver，and the intelligent degree of the car auxiliary driving system is improved.

local traffic network；electronic auxiliary driving system；singlechip；wireless transceiver

TP399；U491

A

1674-7720（2015）09-0068-03

2014-12-15）

張伯約（1981-），男，碩士研究生，主要研究方向：通信、網絡、數字圖像。

王麗卿（1982-），女，本科，主要研究方向：通信、網絡、操作系統。