第十三章 车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统

智能交通系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统1第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统1概述2技术3实例主要内容第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述背景交通安全交通流量能源耗费第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述背景交通安全•日本人认为,司机的人为局限性及操作失误是造成交通事故的主要原因。只有完全排除司机的人为因素,才能彻底根除交通事故的隐患。所以,日本人研究安全辅助驾驶的最终目的是实现无人驾驶。•美国人认为,美国90%的交通事故是因为司机的人为因素引发的。所以,他们决定以全自动高速公路上的无人驾驶车队来解决交通安全的问题。•德国人研究安全辅助驾驶的目的,仅仅是增加司机驾车的有效性和可靠性,从而减轻司机的工作负担,减少因司机的失误而造成的交通事故第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述背景交通安全•日本人的最新研究成果表明,安全辅助驾驶系统的信息技术和控制技术,可以使在交通事故中死亡的人数减少40%,可以使由司机引发的人为交通事故明显减少,可以使车流更加通畅,由此而带来的经济效益是每一年挽回115亿美元的经济损失。•美国人的最新研究成果表明,安全辅助驾驶系统的控制技术和自适应巡航技术,可以使美国的交通事故减少90%第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述背景交通安全交通流量美国的最新研究成果表明,安全辅助驾驶系统的控制技术可以在现有的道路上2倍甚至3倍地增加车流量能源耗费美国的最新研究成果表明,安全辅助驾驶系统的控制技术可以大大地降低空气的拖曳力,可以增加20%一25%的燃油经济性,,减少20%一25%的废气排放,从而大大地减缓了交通拥挤,同时保护了我们的环境。第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述智能车辆第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统概述智能车辆第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术限速器刹车系统车道保持系统驾驶监视防撞系统安全预警巡视系统路面监视视野扩展系统行驶状态监控第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术—限速器需要采集什么信号？如何实施控制？第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统方案：技术—限速器第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术—限速器方案：第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统2009年，英国伦敦交通局启动一项“汽车自动限速器”测试计划，部分出租车、公务车和公共汽车将在接下来的6个月中试用智能速度调控器，汽车安装上它后，卫星即可通过导航系统追踪这辆汽车的行进路线和实时速度。如果发现车速超过预设值，限速器将自动实现减速操作，从而有效避免超速风险。如果测试成功，伦敦交通局计划2010将这款限速器推向市场，鼓励市民购买。而全市的出租车和公共汽车则可能被强制要求安装这一仪器。伦敦官员和专家认为，运用先进科技完善限速管理，将有助于实现“保障市民安全、促进路面畅通和减少环境污染”三大目标。如果伦敦三分之二的汽车安装限速器，全市因交通事故死亡的人数将至少下降10％。技术—限速器第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统什么情况下需要刹车？刹车过程的实现驾驶员踩下刹车踏板，向刹车总泵中的刹车油施加压力，液体将压力通过管路传递到每个车轮刹车卡钳的活塞上，活塞驱动刹车卡钳夹紧刹车盘从而产生巨大摩擦力令车辆减速刹车辅助措施:引擎刹车、排气刹车、涡电流减速器、防抱死刹车（ABS）刹车过程中可能出现的情况有哪些？技术—刹车系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统智能刹车系统•汽车上的刹车和油门都由右脚控制，一旦遇到突发事件，慌乱中“把油门误当刹车”是经常发生的，驾驶员误踩油门所引发的交通事故占重大交通事故中的12.6%。为了防止误踩油门事故的发生，汽车市场迫切需求将智能型刹车单元和制动单元组合为一体的刹车系统。技术—刹车系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统智能刹车系统技术—刹车系统怎样区分意图（即刹车还是加大油门）？第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统智能刹车系统技术—刹车系统大多数车从起步加速到100km/h，从油门踏板上限到油门踏板下限时间约1s，一般也很少1s内踩到底，而踩刹车踏板时间约在0.15s以下。第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统自动刹车系统•欧盟出台了一条交通安全条例，规定2014年开始所有欧盟的新车必须配备自动刹车系统（AEB，AutonomousEmergencyBraking），否则将被EuroNCAP(汽车安全测试机构)的五星级的安全认证拒于门外。•自动刹车系统（AEB），是当危险将要出现时，而驾驶者没有及时做出反应，将车速降低或者躲避危险，那么该系统就会介入，帮助制动，以避免事故发生，造成不可挽回的损失•E-NCAP的发言人表示，如果所有的车都安装了AEB系统，许多事故都可以避免。E-NCAP的秘书长表示，如果标配了AEB技术，那么一年能够挽救8000人的生命。技术—刹车系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统驾驶人走神、疲劳驾驶、对突发事件反应不灵敏等原因，均可瞬间造成交通事故。据统计，约有14%的高速公路交通事故是因为机动车偏离车道引起的。如果驾驶人在3s内注意力不集中，有80%会造成交通事故，主要表现为车道偏离和追尾事故车道保持系统的作用是为了防止车辆偏移，当驾驶员疏忽时，保持车辆仍在控制状态下行驶，它采用警告系统告知驾驶员汽车正在偏移，必要时启动自动控制装置自动控制方向，使车辆回到原来的路线上。实现车道保持系统的前提是什么？获得车-路偏差技术—车道保持系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统车道获取车辆动力学模型控制策略技术—车道保持系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统车道获取机器视觉传感器激光传感器磁钉技术—车道保持系统存在的问题：仅适用于结构化道路；阴影；遮挡提高与改进：利用先验知识，确定感兴趣区域；利用历史信息，建立道路模型（回螺旋线/抛物线）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统车道获取车辆动力学模型技术—车道保持系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统车道获取车辆动力学模型控制策略技术—车道保持系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用情况奥迪A4/A5/Q7/A8、帕萨特CC、奔驰E级、宝马7系列轿车，可以选装车道保持辅助系统。该系统的功能是:只要汽车在行驶中逼近任何一条边界线，车辆将要驶离正常的车道时，系统识别后会通过转向盘上的电机振动转向盘，以警告驾驶人。驾驶人可以自行设置发出车道报警的位置以及转向盘振动的强度。一汽大众CC车型装备了LaneAssit车道偏移警示系统，它采用数字摄像机记录车道标记，并且智能检测汽车在道路上的位置。技术—车道保持系统第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统疲劳驾驶是重大事故的主因疲劳表现形式可见特征：主要包括脸部表情、眼部运动、头部动作及驾驶姿势不可见特征：主要包括心电波、脑电波、心率变化、施加在方向盘上的握力变化技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术方案1---基于PERCLOS装置的疲劳判断技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术方案2---基于驾驶人生理信号的检测方法疲劳状态下，驾驶员的生理指标脑电图、心电信号会偏离正常状态的指标。•脑电图中的delta波和theta波的活动会大幅度增长，而alpha波活动会有小幅增长•心电信号会明显的有规律的下降，并且心率变化和疲劳程度的变化有内在的关系基于生理信号的检测方法对疲劳判断的准确性较高，但生理信号需要采用接触式测量，且对个人依赖程度较大，在实际用于驾驶人疲劳监测时有很多的局限性，因此主要应用在实验阶段，作为实验的对照参数技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统技术方案3---基于行为的疲劳判断驾驶员处于疲劳状态时，驾驶姿势和驾驶行为僵化呆滞，动作迟缓，或者出现一些典型的行为特征，主要有：•方向盘握力•频繁点头技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状在欧洲的e-safety项目中,开发了AWAKE驾驶诊断系统。该系统利用视觉传感器和方向盘操纵力传感器实时获取驾驶员信息,并利用人工智能算法判断驾驶员的状态(清醒、可能打磕睡、打磕睡)。当驾驶员处于疲劳状态时,通过声音、光线、振动等刺激驾驶员,使其恢复清醒状态。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状瞌睡预警系统简称DDS（TheDrowsyDriverDetectionSystem），这是一种基于PERCLOS算法，能够检测出驾驶员是否疲劳驾驶，并且发出预警信号的综合系统。该系统的工作原理是通过雷达扫描瞳孔状况并通过数据匹配来判断驾驶员疲劳状态，倘若驾驶员处于疲劳状态该系统就会对驾驶员做出险前预警。驾驶员因疲劳有可能在驾驶中突然进入梦乡，在此千钧一发之际该系统就会发出尖锐的报警声及时惊醒驾驶员避免交通事故的发生技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状DriverFatigueMonitor（DD850），由美国AttentionTechnologies公司研发推出，是一款基于驾驶员生理反应特征的安全驾驶监控预警产品。该产品通过红外摄像头捕获驾驶员眼部信息，利用PERCLOS作为疲劳报警指标，可直接安装在仪表盘上，报警的敏感度和音量均可手动调节，目前已推广应用。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状日本先锋公司开发的防止驾驶员开车打瞌睡的系统。它的工作原理是通过监测心跳速度的变化，判断驾驶员是否处于疲劳状态，在睡意来临15分钟前提醒司机注意，防止发生事故。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状英国的ASTiD(AdvisorySystemforTiredDrivers)DriverAlert装置，它能够综合考虑驾驶员的睡眠信息、已完成的驾驶时长和类型，以及驾驶员的方向盘操作等以判断驾驶员的疲劳状态。汽车启动前需要驾驶员在该装置中输入自己过去24小时的睡眠信息。如果认为必要，该装置会激活声音和图像警报，以提醒驾驶员他们已开始表现出疲劳的早期迹象技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状(国内）眼睛跟踪红外成像系统，由解放军航空医学研究所研发，它的跟踪速度达24帧/s，平均跟踪准确率相当高，达到97.5%。同时航空医学研究所研究了瞌睡时闭眼时间、快眨眼次数、慢眨眼时间和次数的特征模式，据报道该系统能够在16s内分析出疲劳状态。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统应用及研究现状(国内）目前国内唯一已经商业化的安全驾驶监控系统的是由中国单片机公共实验室南京研发中心联合南京远驱科技有限公司研究出来的gogo850，它的功能主要是检测驾驶员的眼睛开合情况，特别是增加了对瞳孔的识别。由于睁眼睡觉瞳孔很暗，故即使有驾驶员睁眼睡觉也能被识别出。该系统基于红外图像的处理使得在阳光下和黑暗里都能进行识别，并且还能对带各类眼镜的驾驶员进行识别，实用性很强。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统根据最新消息，两年后，驾驶员可能会戴上“安全帽”开车，这顶神奇的帽子能够预警“疲劳驾驶”、“醉酒驾驶”，一旦发现司机有异常，汽车便会自动停下。研究此产品的上海交大微软重点实验室研究的“脑机交互”技术有了新进展，测试“驾驶员警觉度”系统有望两年后诞生。研究室人员介绍：“当驾驶员疲劳程度改变时，大脑内部不同脑区神经元放电的同步性会发生改变，对驾驶员的疲劳程度进行估计，从而做出预警。”如果司机驾驶时反应慢了，“安全帽”就会连续发出提示声，进而自动停下；如果司机在醉酒状态下上车，在“安全帽”的判断下，汽车就不会动。技术—驾驶监视（疲劳）第十三章车辆辅助控制及自动车辆驾驶系统历史事故原因统计分析结果表明:正面碰撞事故占总数的28