汽車電子監測中ITS技術應用研究

張海彬

摘 要：智能交通系統（ITS）對提高汽車交通安全、確保交通網絡正常運行具有重要作用及現實意義。從技術層面出發，為使對交通安全的管理和控制能力得到進一步提升，汽車電子監測技術成為行業內的一項研究熱點，因而對應用ITS優化汽車電子監測技術的實現路徑進行了研究和設計，在對ITS的功能和作用以及汽車電子監測主要技術進行分析的基礎上，構建了一種基于ITS的汽車電子監測技術的優化設計方案，重點闡述了構成整個監測系統的主要功能模塊的實現路徑。

關鍵詞：智能交通系統（ITS）;汽車電子監測技術;優化設計;實現路徑

中圖分類號：TP274

文獻標志碼：A

文章編號：1007-757X（2020）11-0161-03

Abstract：Intelligent transportation system （ITS） plays an important role in improving the safety of automobile traffic and ensuring the normal operation of the transportation network. At the same time， from the technical level， in order to further improve the management and control of traffic safety， automotive electronic monitoring technology has become a research hotspot in the industry. This article mainly studies the application of ITS to optimize the implementation path of automotive electronic monitoring technology. The design， based on the analysis of the functions of ITS and the main technologies of automotive electronic monitoring， builds an optimized design scheme of automotive electronic monitoring technology based on ITS， focusing on the realization of the main functional modules that constitute the entire monitoring system path.

Key words：intelligent transportation system （ITS）;automotive electronic monitoring technology;optimization design;implementation path

0?引言

隨著人們物質生活水平的不斷提高，汽車成為日常出行必不可少的交通工具，在帶來巨大便利的同時，由不斷增加的汽車使用數量帶來的交通事故、交通堵塞等問題日益突出，成為城鎮管理急待解決的難題，不斷發展完善起來的智能交通系統（ITS）成為解決交通問題的重要手段。目前主要采用ITS以及電子檢測技術來進行監測，缺少對電子監測關鍵性技術的優化設計。

1?需求分析

目前在追求節能環保的大背景下，同時為有效彌補傳統汽車傳動系統存在的復雜度較高的不足，分布式驅動電動汽車逐漸發展完善起來，成為各大企業及高校的關注重點，此種汽車的底盤更易實現模塊化、電氣化的控制功能，因其顯著簡化的底盤結構而降低了整車質量，在提高傳動效率的同時增加了乘坐空間，提升了駕乘體驗。但具備更多可控自由度的分布式電動汽車包括驅動控制在內的電子監測技術仍然存在較多急需解決的問題。為順應電動汽車未來的發展及應用趨勢，對汽車交通安全的控制管理功能提出了更高的要求，為保證車輛行駛的安全性，在汽車主動安全技術研究中，底層、面向執行器的汽車電子穩定性控制（ESC）成為汽車控制的一項關鍵技術，同時也是提升汽車自動化及智能化水平的基礎和關鍵，集成了ABS系統、TCS系統及橫擺力矩控制的ESC通過協調控制汽車的制動、驅動、轉向功能實現了車輛穩定性的有效提升，而為保障駕駛安全汽車電子監測功能必不可少。ITS融合使用了現代化技術用于規范統一的安排指揮人、路、車，具有實時、準確、高效的特點，可對大范圍內的交通運輸進行全方位的綜合管理，能夠更好的應用到整個交通管理體系中。在汽車電子監測技術中融入ITS有利于提高汽車的整體監測功能及故障診斷功能，進而有效提升汽車行使的安全系數及安全行使性能[1]。本文在分析了ITS系統及汽車電子監測技術的基礎上，以ITS技術理論及實踐為依據分析和探討了實現汽車電子監測系統優化設計的關鍵技術，設計并實現了基于ITS的汽車電子監測主要功能模塊。

2?汽車電子監測關鍵技術分析

用于保障汽車整體安全性能的汽車電子監測主要包括汽車運行過程監測和異常行使車輛的故障監測兩方面。為保證交通順暢，汽車電子監測技術應用于ITS系統中時的主要功能在于向ITS系統及故障維修中心快速傳輸故障車輛狀況信息（通過在線監測信號完成），以便ITS據此完成及時準確的安全指揮操作，如引交通起堵塞需對其進行有效的疏導，由故障維修中心向故障車輛及時提供相應的維修指導。在汽車電子監測技術中融入ITS構成的監測系統（還包括微處理設備、通訊設備、報警裝置等），對汽車的安全行駛狀況進行監測，以運行狀態監測和安全總成故障診斷2大模塊為主，持續傳輸汽車異常狀況和安全診斷結果。

ITS系統可用于優化設計汽車電子監測技術，二者相互協作能夠為汽車安全行駛提供有效的技術支撐，其中的監測關鍵技術主要包括：（1）汽車電子技術，包括真空管、晶體管、集成電路等在內的汽車電子技術的不斷進步為汽車電子裝置的實現提供了技術基礎。目前汽車電子技術隨著科學技術的不斷發展已進入了新時代，有效融合了電子、機電一體耦合、自動優化控制、傳感器等現代先進技術，成為一種成熟的小系統商品，作為汽車電子監測技術的主要構成傳感器是獲取電子設備外信息的重要途徑。（2）傳感器（轉換器），作為實現汽車安全行使監測的基礎，是實現汽車電子化、高檔化、自動化功能的一項重要汽車控制技術，傳感器可采集和變換汽車電子設備外的信號、實現電能形態的變換（即完成非電量監測信息到電量的有效轉換）。為了進一步的從汽車的設計上，通過傳感器的使用完成對汽車各類過程控制參數的有效檢測是降低能耗、避免安全故障等的重要手段，傳感器結合微電腦信息處理功能可有效實現汽車電子化，受到汽車的整體設計、構成、不同電氣及機械功能等的影響，傳感器的應用種類及數量通常不同，對其性能、價格、尺寸等要求較多，傳感器會適應不同的環境，一般在溫度波動范圍及受汽車行使路面、風吹日曬等環境的影響，對傳感器的抗電磁干擾、耐震/耐水/耐溫等功能要求較高。（3）基于計算機實現的監測系統（數據采集與處理系統），以數據采集功能為主，主要對汽車行駛過程中的工況及相關參數信息通過計算機信息技術的使用完成巡回檢測功能，通過信息處理模塊完成采集信號的必要預處理，處理傳感器采集到的數據（包括操作人員的指令信息）并保存，使用相應外部設備和人機接口實現監測系統的輸出功能，在車載顯示器上顯示相關數據信息，以供操作人員進行分析判斷，實現汽車整個行駛過程監測及事故報警等功能[2]。

3?基于ITS的汽車電子監測系統的設計與實現

3.1?監測系統信息采集與處理

為實現對汽車電子監測技術的優化設計需優化完善各系統構成部分，從而構成有效的組件式汽車電子監測系統，在簡化系統開發管理過程的同時顯著提高汽車交通安全性，結合汽車電子監測的需求，可將監測系統劃分為數據采集、數據處理、輸出與執行等功能模塊，數據采集模塊，主要用于監測路面及汽車運行狀況，主要通過傳感器、攝像機、激光雷達、紅外線等技術的綜合運用實現，汽車行駛時需根據不同路況調整行進路線，會伴隨轉向、制動等操作情況的出現，此時極易引起汽車異常及故障的出現，進而對汽車交通安全帶來不同程度的威脅[3]。通過安裝于汽車上的傳感器、攝像機等工具完成對汽車整體狀況的全局信號快速穩定的獲取，實時采集監測系統所需的數據信息;然后對這些數據信息結合運用傅立葉完成進一步的分析、判定功能，并據此及時診斷出汽車出現的故障，ITS通過時域定位全部信息自動監測汽車交通安全。對于汽車間的安全距離，可通過傳感器完成快速準確的測算過程，并據此對車輛的橫向和縱向運行情況進行指揮和控制，結合使用DGPS 完成測算橫向距離時的周期采樣。汽車橫向位置還可以根據汽車前輪轉角變化量進行計算，假設，汽車橫向控制周期由Tc表示，目標路徑誤差由（ε）表示，k1和k2表示實現的橫向安全距離計算（根據（ε）最小原則），前輪目標轉角變化量的計算表達式如下[4]。

主要通過油門和制動實現的汽車縱向間距的控制過程，前后車間距s（t）結合運用非線性滑?？刂评碚撏瓿赏茰y和控制過程，s（t）的計算表達式如下（k為大于0的系數）。

假設，駕駛員反應時間由Tγ表示（通常在0.5～2 s區間范圍內），α表示減速度，所駕駛汽車的速度由V表示，制動協調時間由Td表示（通常為0.2 s），前后兩車的相對速度由V rel表示，目前國內智能交通系統中使用的安全車間距離計算表達式如下（根據汽車追尾碰撞預警系統的分析結果）[5]。

基于車載計算機實現的數據處理模塊是監測系統的核心構成，大多采用具備實時性和可靠性等優勢的嵌入式系統，作為數據信息采集與最終執行的中間模塊，數據處理模塊主要負責完成整個監測系統的信息處理與傳遞功能，能夠實現對車輛整體狀態的監控以及常見典型汽車故障的自診斷功能，最后通過輸出監測信息以供系統據此執行相關操作。

3.2?汽車電子監測技術的實現流程

結合ITS優化設計汽車電子監測系統的基礎和重點在于設計并實現數據采集方案，目前易于實現的程序輪詢式是現有汽車電子監測技術有效實現數據采集功能所使用的主要方式，程序輪詢式能夠以系統的實際功能需求為依據對所需的數據采集時間間隔進行預先合理的設置，然后為保證信號源設備的高級別（剎車、安全等系統通常需具備數據優先采集處理權限），再連接到需獲取其信號的設備完成數據采集過程，在采集完信息后會完成必要的預處理，以便系統完成后續的數據信息處理過程。結合運用開放式系統設計思想及組件概念完成對電子監測系統的不同模塊功能的劃分（按照各監測內容的不同性質，如車燈狀態、行駛狀態等監測對象），系統中的各模塊可自由掛入或卸載，然后將各模塊按照所包含的各個部件完成不同具體功能屬性的細分（如車燈狀態監測模塊細分為霧燈、剎車燈、倒車燈等）。為滿足系統的實時性需求，各模塊及其內部各屬性可根據實際需要完成不同的優先級別和不同時限的設置，并通過預留出充分的接口實現相應模塊功能的自由掛接或卸載[6]。

本文關于系統開發和技術設計的實現主要集中在系統組成，汽車電子監測系統工作流程，如圖1所示。

先由基于傳感器、紅外線、攝像機等技術實現的數據采集模塊監測路面及汽車運行狀況，汽車在行駛過程中經常發生轉向、制動等現象（通常出現在根據路況改變行駛路線時），此時極易導致汽車出現故障，為了提高汽車行駛的安全性，需借助傳感器、攝像機等工具實時高效的采集到汽車全局信號的監測數據信息，然后通過對數據信息的時域定位、分析和判定實現汽車故障的及時診斷功能，ITS據此完成對汽車安全的監測[7]。整個系統的數據處理結構，如圖2所示。

為確保及時采集到監測系統的所有信號源信息，并對采集到的信息進行合理性判斷以確保設備正常運轉[8]。汽車電子監測系統可結合運用信號中斷式、用戶查詢式和程序輪間式3種數據采集方案。采用程序輪詢式采集對相應信號源設備根據預先設置的時間間隔完成信息采集與必要的預處理操作，此類設備通常優先級較高要求系統及時進行處理，可將優先級高的設備設置為短時限，使系統能夠及時高效的獲取相關信息并做出合理處理;針對出現異常的信號源設備（通常由優先級較低的終端構成，如車內照明系統等），可通過中斷式采集模式產生中斷信號，并向系統發送處理要求;用戶查詢式采集適用于車載電氣設備（包括空調系統等），只在用戶點擊相應功能按鈕（通過控制面板）時采集和處理信號。監測系統整體功能流程，如圖3所示。

該系統功能主要基于車載計算機系統實現，具備較高的實時性、可靠性及可擴展性，駕駛員通過輸入面板同系統進行交互，進入存儲器可直接查看各項數據信息，為駕駛員安全駕駛汽車提供輔助支撐[9]。

4?總結

隨著汽車數量的不斷增加，交通安全問題日益突出，ITS作為一種智能交通系統應運而生，該系統的主要設計目標在于有效解決當前的交通安全問題，智能交通系統的綜合管理指揮功能為汽車行駛安全提供了有力支撐，但要進一步改善汽車交通安全問題還需在ITS 的基礎上不斷優化完善汽車電子監測技術，本文主要對汽車電子監測技術同ITS系統的有效融合路徑進行了研究，通過由不同相對獨立模塊組成的構建汽車電子監測系統實現電子監測的模塊化結構功能，進而實現汽車行使安全性的顯著提高。此外可通過優化完善各模塊內容實現系統后期的維護、升級更新等功能。

參考文獻

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（收稿日期：2020.03.29）