汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的研究綜述

薛玉斌，王 祥，石 晶

(1.錦州立德減振器有限公司，遼寧 錦州 121007；2.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的研究綜述

薛玉斌1，王 祥2，石 晶2

(1.錦州立德減振器有限公司，遼寧 錦州 121007；2.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)市場產(chǎn)品種類繁多，可簡略分為車輛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、視野改善系統(tǒng)、倒車/泊車輔助系統(tǒng)、避險(xiǎn)輔助系統(tǒng)、導(dǎo)航輔助系統(tǒng)六個(gè)模塊。綜述了各模塊系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、存在問題以及研究進(jìn)展，展望了汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

安全駕駛輔助系統(tǒng)；傳感器；產(chǎn)品；安全技術(shù)

1 引 言

隨著汽車的普及率的提高，其帶給人們便利的同時(shí)交通傷亡事故也日益增多。很多人已經(jīng)將汽車安全提到首位，使得汽車安全技術(shù)的開發(fā)與使用成了產(chǎn)品競爭的焦點(diǎn)。尤其是基于人—車—路系統(tǒng)的汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)更是得到了汽車業(yè)界廣泛關(guān)注。本文對目前市場擁有的汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行了分類，并綜述了各模塊系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、存在問題，并對汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢作出總結(jié)。

2 汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

2.1 汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)定義與分類

汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)是基于車輛上的各類傳感器，將車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號技術(shù)等處理，讓駕駛者在最短的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)，且在一定狀況下能對車輛實(shí)施控制。如圖1所示。

圖1 安全駕駛輔助系統(tǒng)組織架構(gòu)

汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)產(chǎn)品種類多樣，總體來說可以分成以下6模塊，如表1所示。

2.2 各模塊系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

2.2.1 車輛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)`

車輛狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是是基于車內(nèi)的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢測車輛的運(yùn)行狀況和異常狀況的駕駛輔助系統(tǒng)。車載電腦以汽車電子故障診斷技術(shù)為核心，依據(jù)原車電子控制單元(ECU)所提供的數(shù)據(jù)，在使用汽車時(shí)，為汽車提供實(shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電子元件故障診斷、讀取和清除故障碼、燃油油耗實(shí)時(shí)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)和安全故障報(bào)警等主要功能，同時(shí)結(jié)合GPS路徑導(dǎo)航、TPMS胎壓監(jiān)測和DSA雷達(dá)預(yù)警等駕駛輔助系統(tǒng)為一體的新型汽車電子產(chǎn)品。

表1 汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的分類

從國際各大汽車廠家的設(shè)計(jì)來看，車載電腦未來也能像ESP一樣成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。近幾年，隨著3G、4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、汽車電子和工業(yè)制造水平的高速發(fā)展，車載電腦技術(shù)更加趨于實(shí)用安全，同時(shí)在我國也將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

2.2.2 駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)

(1)駕駛疲勞監(jiān)測系統(tǒng)

駕駛疲勞監(jiān)測系統(tǒng)是基于對駕駛員的身體狀況的一種監(jiān)測。此系統(tǒng)主要作用于駕駛員在長時(shí)間駕駛過程中，出現(xiàn)因駕駛疲勞造成注意力不集中，車輛偏離路線時(shí)能及時(shí)作出警示。如博世LDW車道偏離警告系統(tǒng)和LKS車道保持系統(tǒng)，當(dāng)汽車偏離了所在車道，LDW會(huì)輸出警告信號，同時(shí)LKS系統(tǒng)幫助車輛回到正確的車道上來。各大汽車公司紛紛開展本領(lǐng)域的研發(fā),已經(jīng)有實(shí)用化產(chǎn)品。但該系統(tǒng)受外在環(huán)境影響嚴(yán)重，除了要求道路標(biāo)識線清晰之外，遇到下雪、大霧等惡劣天氣，道路就很難被識別。

(2)駕駛行為監(jiān)測系統(tǒng)

駕駛行為是影響汽車安全駕駛的主要因素，不僅可以反映駕駛操作的合理性，而且一定程度上體現(xiàn)了駕駛員的精神狀態(tài)。奔馳最新安全科技的注意力輔助系統(tǒng)能夠監(jiān)測70多個(gè)關(guān)于駕駛員的相關(guān)參數(shù)，通過這些參數(shù)分析駕駛員的駕駛行為。當(dāng)傳感器監(jiān)測到駕駛員行為不當(dāng)時(shí)，輔助系統(tǒng)會(huì)做出警示或必要時(shí)自動(dòng)控制汽車。駕駛行為監(jiān)測系統(tǒng)的研究大都還停留在嘗試性階段,除了需要解決技術(shù)上的問題,還需要解決駕駛員認(rèn)可問題, 比如駕駛員很少會(huì)選用禁酒閉鎖系統(tǒng)。

2.2.3 汽車視野改善系統(tǒng)

(1)夜視輔助系統(tǒng)

夜視輔助系統(tǒng)主要是利用紅外成像技術(shù)和熱成像技術(shù)，幫助駕駛員在黑夜里駕駛看清路面或障礙物。夜視輔助系統(tǒng)價(jià)格昂貴，只能配備于高端車型。如何降低生產(chǎn)成本，提高夜視效率未來研究方向的重點(diǎn)。如激光技術(shù)和微光技術(shù)的是未來夜視系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，國外一些機(jī)構(gòu)對仿生夜視技術(shù)的研究是夜視技術(shù)的又一新趨勢。

(2)盲點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)

盲點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是車輛在超車、變道、大霧、雨天等易發(fā)生危險(xiǎn)的行駛工況下，計(jì)算機(jī)控制安裝在車輛周圍的防撞、紅外、盲點(diǎn)探測等雷達(dá)傳感器，以聲、光的形式向駕駛員提供周圍行駛環(huán)境，必要時(shí)能夠自動(dòng)控制汽車，防止危險(xiǎn)發(fā)生。不同車企對該系統(tǒng)的稱謂不同，主要有盲點(diǎn)監(jiān)測、盲點(diǎn)信息系統(tǒng)以及360度全景系統(tǒng)，如圖2。

圖2 360度全景系統(tǒng)

2.2.4 汽車泊車、倒車系統(tǒng)

新手和女性駕駛員在泊車或倒車過程中較易發(fā)生危險(xiǎn)，因此泊車和倒車安全輔助是一個(gè)很重要的方面，泊車輔助系統(tǒng)是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，由傳感器、控制器和顯示器等部分組成。該系統(tǒng)利用車輛四周的雷達(dá)探頭和攝像頭，測出周圍物體之間的距離和角度，并顯示在車內(nèi)顯示器上，控制器自動(dòng)根據(jù)車速調(diào)整方向盤完成泊車或倒車，如圖3。

圖3 自動(dòng)泊車系統(tǒng)

目前市場上大部分是半自動(dòng)輔助泊車系統(tǒng)，在使用時(shí)需要駕駛員的參與。如大眾途觀需要駕駛員手動(dòng)調(diào)整方向盤才能完成泊車。隨著全自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，全自動(dòng)泊車技術(shù)會(huì)逐漸走向市場，很多公司已經(jīng)進(jìn)入測試階段。例如沃爾沃最新的自動(dòng)泊車技術(shù)，駕駛員在指定的區(qū)域下車后，使用他們的智能手機(jī)來控制車輛完成泊車。

2.2.5 汽車避險(xiǎn)輔助系統(tǒng)

汽車在行駛過程中，保持前后車在安全車距范圍內(nèi)，以及對行人、障礙物的監(jiān)測等都是汽車避險(xiǎn)輔助系統(tǒng)的主要功能。該系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)字信號處理器以及執(zhí)行模塊三大部分組成。置于車頭前方的傳感器探測前方車速、車距以及行人等路況信息，系統(tǒng)的控制邏輯則根據(jù)傳感器收集的信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前車減速或有干擾本車正常行駛的新目標(biāo)時(shí)，電控單元將發(fā)送執(zhí)行信號至發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)以及報(bào)警器等做出相關(guān)動(dòng)作。如果發(fā)現(xiàn)前方?jīng)]有車輛或障礙物消失，則恢復(fù)設(shè)定駕駛狀態(tài)。如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(Adaptive Cruise Control)，是將汽車自動(dòng)巡航控制系統(tǒng) CCS(Cruise Control System)和車輛前向撞擊報(bào)警系統(tǒng)FCWS有機(jī)地結(jié)合起來,既有自動(dòng)巡航功能,又有防止前向撞擊功能。圖4是ACC獲取前車信息。

圖4 ACC獲取前車信息

汽車避險(xiǎn)輔助技術(shù)已發(fā)展多年并已有較多成熟度產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品大都基于視覺技術(shù)，而影響視覺技術(shù)可靠性是外在環(huán)境的變化，這也是基于視覺系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)難題。研究適應(yīng)環(huán)境(天氣、關(guān)照等)的各種變化是汽車避險(xiǎn)輔助系統(tǒng)的重要課題。

2.2.6 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS應(yīng)用系統(tǒng)按功能分為跟蹤系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)。前者是用于車輛的防盜，后者用于車輛的尋常導(dǎo)航。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的代表產(chǎn)品是車載GPS導(dǎo)航儀，該系統(tǒng)通過地圖顯示和語音功能幫助駕駛員完成目的地和行程路線的定位。導(dǎo)航技術(shù)不僅是一種行車輔助設(shè)備，而且能夠促進(jìn)智能交通技術(shù)、自動(dòng)化駕駛技術(shù)的發(fā)展。近期，我國自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成功應(yīng)用，是繼美全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄GLONASS和歐盟“伽利略”后第四個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。而如何將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與汽車能更好的結(jié)合起來是我國各大汽車商重點(diǎn)研究點(diǎn)。

3 發(fā)展趨勢

(1)無線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是智能交通的重要基礎(chǔ)。智能交通技術(shù)是改善交通擁堵、提高行車安全的有效手段。如何提高車間通信、車路通信和人車信息共享是未來汽車安全技術(shù)重要研究課題。

(2)谷歌眼鏡、蘋果carplay、Siri語音控制程序和HUD技術(shù)等引領(lǐng)了人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展，如何提高更加安全簡便、人性化的用戶界面技術(shù)是安全輔助系統(tǒng)的重要研究方向。

(3)傳感器技術(shù)是汽車安全技術(shù)發(fā)展重要組成部分。單一傳感器本身的缺陷和功能的單一性不能滿足輔助系統(tǒng)的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)能力的要求。多傳感器融合陣列或新的傳感器融合方法是改善傳感器技術(shù)重要研究方向。

(4)基于單一安全輔助系統(tǒng)并不能解決所有安全問題，未來的輔助系統(tǒng)應(yīng)是多系統(tǒng)、多模塊的融合。根據(jù)用戶不同以及用戶需求，可以融合各模塊輔助系統(tǒng)于更具人性化的智能行車電腦。安全駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)是更加集成化、智能化、系統(tǒng)化、全員化。

4 結(jié) 論

汽車的誕生給人類的生活帶來了極大的便利，但伴隨著它引起的生命安全問題讓人們的視線聚焦到汽車安全問題。從最初開始的安全氣囊到ABS、ESP技術(shù)，再到今天的先進(jìn)汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)，還要未來要實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)(無人)駕駛技術(shù)，這些都是在預(yù)示著汽車安全技術(shù)必將是未來汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

汽車安全駕駛輔助駕駛系統(tǒng)作為無人駕駛時(shí)代的過渡階段，通過提前預(yù)防策略大大降低了交通安全事故，也有效的提高了駕駛員和道路行人的安全。 雖然很多汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)已經(jīng)走向市場，但汽車安全駕駛是人、車、路相藕合的復(fù)雜過程,大多數(shù)輔助系統(tǒng)有待于深入研究。無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)的發(fā)展會(huì)促進(jìn)了信息的共享，Carplay會(huì)帶來更具人性化的用戶體驗(yàn)，多傳感器、多系統(tǒng)的融合會(huì)使輔助系統(tǒng)更加精確、安全、簡便。因此，研究汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

[1] 孫龍林. 先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].綜述,2009-3,10(7):4-7.

[2] 朱俊. 聚焦車載電腦市場的發(fā)展和未來[J].行業(yè)研究,2010,(1):24-29.

[3] 魏秋蘭,劉玉清.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2009- 3,30(6):57-61.

Review on the research of the vehicle driving safety assistant system

XUE Yu-bing1,WANG Xiang2,SHI Jing2

(1.Jinzhou Leader Shock Absorber Co.,Ltd，Jinzhou,Liaoning 121007,China; 2.Auto & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China)

Vehicle safety driving auxiliary system is a wide range of market products, and can be roughly divided into six modules of the vehicle condition monitoring system, the driver state monitoring system, vision improvement system, improve the reversing & parking auxiliary system, safety auxiliary system, and assisted navigation system. The progress of research status, existing problems and research of development are summarized. Finally, the trend of safety assistant system is provided.

safe driving assistant system; sensor;production;security technology

2015-10-16

薛玉斌(1968-)，男，遼寧錦州人，高級工程師，研究方向：汽車懸架技術(shù)。

遼寧省科技廳項(xiàng)目：基于感性工學(xué)的多功能汽車兒童安全座椅，

2014004029。

U463.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C 文章編號：1008-3383(2016)02-0124-03