网站原创摘 要：在阐述汽车智能安全电子技术概念的基础上,针对该技术的基本原理及实现功能,结合国内外在此领域的最新研究成果,介绍了相关的研究进展和将来的发展趋势,并对我国汽车智能安全电子技术的发展提出了对策及建议.
关 键 词：智能安全电子；驾驶辅助系统；协同式安全技术
中图分类号：U461.91文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2011.01.001
ReviewofStatusandFutureProspectsofAutomotive
IntelligentSafetyElectronics
LiKe
(DepartmentofAutomotiveEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
Abstract：Basedonthedefinitionofautomotiveintelligentsafetyelectronics,thispaperintroducedsomeofthelatesttechnologiesanddevelopingtrendsontheresearchfieldhomeandabroad.SomesuggestionorhowtoresearchanddevelopthistechnologyinChinahebeenproposed.
Keywords:intelligentsafetyelectronics；driverassistancesystems；cooperativesafetytechnology
1概述
众所周知,汽车电子是实现汽车高新技术的主要手段,国际汽车巨头纷纷将更多的电子技术装置装备到整车中,电子技术设备供应商也纷纷将下一个经济增长点定位在汽车电子行业上.摩托罗拉公司认为,汽车技术发展至今,有70％的创新来源于汽车电子.全球汽车电子应用水平不断提高,平均每辆新车的汽车电子价值从1990年的672美元提高到2004年的2 ,123美元.2001年平均每辆汽车中的电子器件占总成本的23％,到2015年比例将增加到40％.而以提高汽车行驶安全性为目标的汽车安全电子技术则是汽车电子技术的重要组成之一.
汽车安全电子技术的基本原理,首先是利用各种传感器感知驾驶员对汽车的操作情况以及汽车本身的运动状态,然后由电子控制单元（ECU）根据传感器获得的信息确定出相应的控制策略,最后采用电子控制的方式使执行机构采取相应的动作,直接影响和控制汽车主被动安全装置,提高汽车的安全性.汽车安全电子控制是一个多系统互相影响、相互作用的复杂控制过程.基于汽车安全性实现的方式,汽车安全电子技术可分为被动安全电子技术、主动安全电子技术及智能安全电子技术三大类.
多年来,世界各大汽车公司及大学等研究机构对汽车安全电子技术进行了深入的研究和开发,并取得了系列成果,如汽车安全气囊、制动防抱死电子控制技术（ABS）和汽车驱动防滑电子控制技术（TCS/ASR）.随着汽车安全电子技术研究的逐步深入,汽车直接横摆电子控制技术（DYC）、汽车前轮主动转向电子控制技术（AFS）、汽车底盘一体化电子控制等技术也在不断进步.由于传统意义上的被动安全及主动安全电子技术对驾驶员所提供的安全预警和辅助作用有限,不能及时避免汽车行驶安全事故的发生,所以随着汽车电子信息技术和传感器技术的快速发展,作为智能交通系统（ITS）的重要应用技术之一,以事故预防为主要目的的智能化主动安全技术（简称“智能安全技术”）应运而生.由此所形成的多种智能安全电子技术已不断应用到市场上,其作为更合理的汽车主动安全装置,已经成为汽车安全高新技术的一个重要发展方向.典型的汽车智能安全电子技术包括：车辆自适应巡航电子控制(ACC)、车辆纵向行驶走-停巡航电子控制、车道偏离预警及车道保持辅助电子控制、汽车主动安全和被动安全电子控制综合、协调化集成式汽车主动安全电子控制系统等[1-2].
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随着信息技术、控制技术以及通讯技术的发展,智能化汽车主动安全系统正逐渐向集成化程度更高、安全作用能力更强的方向发展.其环境信息不单单由雷达或摄像机等获取,也可通过GPS、GIS等手段获取更多的信息,而控制目标也可设定为协调安全、节能、舒适等多目标的实现,应用环境也将会从目前的良好路况逐渐向更复杂的路况拓展.面对人们日益增长的安全需求,新型的汽车智能安全电子系统需着重解决的问题主要体现在:基于多源信息提高复杂行车环境识别的准确度,提高危险状态实时辨识的准确性与安全决策的合理性；提高驾驶员对系统的可接受性；具备对系统性能科学高效的评价方法和措施；降低产品成本,制定相关标准及法规.
本文将针对汽车智能安全电子技术的基本原理及实现功能,结合国内外在该领域的最新研究成果,介绍其研究进展及发展趋势.
汽车智能安全电子领域的关键技术和最新发展状况
2.1考虑燃油经济性的ACC技术
先进汽车控制与安全系统是智能交通系统中以车辆为研究对象的子系统,它通过利用信息感知、动态辨识、控制等技术与方法提高汽车的主动安全性.
ACC是先进汽车控制与安全系统的一个重要研究方面.该系统具有以下功能：在一般道路交通情况下,自动控制车辆的运行,降低驾驶员的劳动强度；当驾驶员出现疲劳、疏忽等情况时,辅助驾驶员保障行车安全；在雾、雨、雪等恶劣天气情况下,扩展驾驶员的感知能力,辅助驾驶员保障行车安全,在紧急情况下避免碰撞事故发生,降低碰撞带来的损害[3].
ACC系统由以下3个模块组成：行车信息感知及处理模块、行车安全状态判断及控制模块、控制执行模块,如图1所示.其基本原理是利用车载雷达获得前方目标车辆的运动信息,利用自车传感系统获得自车运行状态信息,进而将这些信息进行综合处理,确定当前条件下自车与前方目标车辆间的安全距离,并依据安全距离与实际距离之间的相对关系推断车辆运行的安全状态.按照自车运行安全状态的判断结果,系统对当前情况下汽车辅助驾驶系统所要进行的控制功能做出定义,然后利用汽车辅助驾驶控制器和执行器控制车辆的纵向运动状态,使自车与前方目标车之间保持合适的车间距离和速度,实现辅助驾驶的功能.
ACC系统包括以下几项关键技术：行车信息感知及处理,行车安全状态判断,车辆动力学控制技术.
车辆行车信息感知及处理就是利用安装于汽车上的各种传感器,实时地对车辆运行参数进行检测,并通过必要的信号处理获得准确、可靠的行车信息.在车辆ACC系统所使用的传感器中,车间距离及相对车速测量传感器是该系统特有的,国内外对ACC系统行车信息感知及处理的研究集中于车间距离测量传感器的研制及测量信号的处理方面.对车载探测系统的技术要求主要包括探测距离范围要求、探测角度范围要求、探测精度要求及温度适用范围、抗震、抗干扰等可靠性方面的要求这几方面.参数分析要求的基础是道路交通规范、道路交通实际情况、车辆设计规范及实际使用环境的特点.
按照实现方式的不同可以将关于车间距离测量传感器的研究分为两类,一类是基于机器视觉的车间距离测量研究,一类是基于车载雷达系统的车间距离测量研究.
基于机器视觉的车间距离测量研究是通过对视觉信号的实时处理获得车间距离值.基于车载雷达系统的车间距离测量研究是以微波或激光雷达作为测距传感器,通过对雷达测量信号的处理获得前方目标车的距离及相对速度等信息.与基于机器视觉的车间距离测量相比较,雷达测量的实时性、准确性更好.
按测量介质不同,可以将车载雷达系统分为微波雷达和激光雷达两种.微波雷达的优点是运行可靠,测量性能受天气等外界因素的影响较小,缺点是结构复杂,成本较高.激光雷达的主要优点是结构简单,测量精度较高,缺点是测量性能易受环境因素干扰,在雨、雪、雾等天气情况下测量性能会有所下降.
车辆行车安全状态判断就是利用行车信息采集系统将获得的车辆状态及行车环境信息传递给ACC系统控制器,控制器综合利用各种信息,对车辆行车安全状态做出判断.车辆动力学控制就是依据安全状态判断逻辑进行车辆行车安全状态的判断,并依据判断结果进行相应的控制操作.
车辆纵向动力学控制的作用是调节车辆的纵向运动状态,实现ACC系统所定义的功能.国内外对车辆纵向动力学控制方面的研究开始较早,并已经获得许多实用化的研究成果.按照控制功能实现方法的不同,可以将与车辆ACC系统相关的车辆纵向动力学控制分为两类：直接式控制和分层式控制,如图2所示.由于分层式控制结构采用模块化设计,上、下位控制器分工明确,可以通过上下位控制器的分别设计,满足多项控制要求,因此比较适合于汽车避撞系统控制器的设计.
具有最优燃油经济性的ACC系统是更为先进的巡航控制系统,它在不降低原有控制系统对车间相对距离、相对速度的跟踪性能同时,实现对发动机燃油消耗量的最优控制.该系统不但减少了事故发生率,减轻了驾驶员工作强度,而且进一步改善了车辆的燃油消耗量,保护了城市环境.目前的ACC系统在驱动工况下,对发动机采用的都为基于节气门开度的单参数控制方式.为了实现具有最优燃油经济性的车辆自适应巡航控制,可采用节气门开度和变速器传动比的双参数控制方式.该控制方式的基本原理为：通过综合控制节气门开度和变速器传动比,从而协调发动机的节气门开度和转速变化,使其工作点尽可能运行在燃油消耗量最低的区域内,最终保证发动机在获得期望的输出转矩同时,实现燃油消耗量的最优化,相应的系统控制框图如图3所示[4].
图4和图5所示为基于某电控机械式自动变速器（AMT）载货车辆,所设计的具有最优燃油经济性的车辆ACC系统与原有ACC系统（当AMT分别采用经济和动力换挡模式）的控制效果对比.结果表明,改进的车辆ACC系统在不降低系统控制精度的同时,其燃油经济性得到了较大的改善.
2.2走-停型车辆ACC技术
具有走-停功能的车辆ACC系统是ACC系统针对车速低、车距近的行驶情况所做的功能扩展,要求ACC系统具有更好的近距离探测能力,更准确的信号处理功能,以及响应速度快、鲁棒抗干扰性强的系统控制性能.
与常规ACC相比,车辆走-停巡航控制系统的运行工况具有以下特点：频繁走、停的城市拥挤交通工况,车速通常在0～ ,40 ,km/h之间变化,期望车间距离小,对车间相对距离、相对速度的控制精度要求高[5],因此该系统表现出较为复杂的非线性、时滞、干扰的动力学特性.针对此具有复杂动力学特性的车辆走-停巡航系统控制方法及其应用的研究已得到各国学者的重视,并取得了相应的研究成果[5-9].
图6所示为基于输出干扰解耦的走-停巡航控制系统框图.该闭环控制系统存在两个反馈环：内环（即输出干扰解耦控制环）实现系统输出对干扰的解耦及部分线性化,外环（即LQ控制环）实现系统闭环动态特性的调节[10-14].
2.3弯道ACC技术
弯道ACC系统是ACC针对弯曲道路工况所做的功能扩展,要求在弯道中对目标车辆也具备较好的识别与跟踪能力.在弯道中,基于雷达输出的自车与前车相对速度及方位角的关系,可实现对前车进出弯道和换道工况的有效识别；基于雷达输出的前车相对自车的横向距离的估计值和实际值的一致性程度,可实现对弯道中本车道车辆和邻车道车辆的有效区分[15].
另外,ACC车辆在弯道跟车过程中不应发生甩尾或侧滑等横向失稳工况,因此弯道ACC系统应在保证ACC车辆横向稳定性的前提下最大化纵向跟踪能力.在弯道ACC工作过程中,可利用DYC的适时介入达到既满足纵向跟踪性又保证车辆横向稳定的目的.然而,纵向跟踪性目标和横向稳定性目标相互制约,需对二者进行协调.图7所示为基于DYC的弯道ACC纵向跟踪性和横向稳定性的协调控制系统结构.弯道ACC协调控制器设计过程中所涉及的关键技术主要包括弯道ACC系统控制对象即车辆的纵向动力学和横向动力学的集成建模、体现纵向跟踪性和横向稳定性的性能指标设计和滚动时域控制算法的实用化求解等.该协调控制器以性能指标反映纵向跟车和横向稳定的矛盾性,通过实时优化求解系统的最优控制量,提高车辆在弯道自动跟车过程中的横向稳定性,同时减小DYC施加的附加制动力对纵向跟车性能的影响,并提高在极限工况下车辆的弯道跟车能力.
为减少系统成本,弯道ACC系统与DYC系统采用同一制动执行器,但二者在某些工况下存在矛盾.为此,伺服控制器由ACC期望的纵向驱/制动力和DYC期望的附加横摆力矩共同决定车轮的目标滑移率,同时以ACC期望的纵向驱/制动力和由滑移率控制器产生的附加制动力共同作为纵向力模型及制动力分配模块的输入,进而决定节气门开度和各轮缸的制动压力,从而减小ACC和DYC由于执行器的结构共用而产生的矛盾.
2.4车道偏离预警及车道保持辅助电子控制技术
车道偏离预警系统是交通运输安全保障技术的重要方面,是提高行车安全的重要手段.针对多数交通事故是由驾驶员因素造成的情况,该项技术能够在驾驶员注意力分散、疏忽大意等情况导致车辆偏离车道时,对驾驶员发出危险警报,这对降低交通事故、减少人员伤亡具有显著作用.
如图8所示,一个典型的车道偏离预警系统由行车信息感知、预警决策和警报输出3个部分组成.其中行车信息感知部分通过摄像机或雷达等传感器获得车道、车辆等行车环境信息,通过车速、横摆角速度等传感器采集车辆运动状态信息；预警决策部分利用行车信息,建立行车环境和自车运动模型,并按照一定的预警算法,对非正常的车辆偏离车道的危险程度进行判断决策；警报输出部分通过预警决策,选择预警时机和不同级别的预警方式,并发出警报.
车道偏离预警系统包括以下几项关键技术：行车环境感知,驾驶员意图识别,车道偏离预警算法技术.
集成式行车环境感知系统的系统结构如图9所示,分为信息采集、信息处理及信息输出3个部分.该系统的特色主要体现在信息处理环节对横、纵向环境信息以及中间识别结果的融合利用.在现有的环境感知技术研究中,由于纵向及横向主动安全功能的不同需求,往往将车辆及车道的识别割裂开,没有进行综合的考虑.该集成车辆和车道识别的感知系统能够满足多种横向、纵向主动安全功能的需求,拓宽了系统的适用范围,同时提高了其环境感知的抗干扰能力及鲁棒性能.
驾驶员意图识别技术的目的在于根据驾驶员操作,及时准确地识别驾驶员意图,从而有效降低系统的误警率和漏警率.
目前国内外使用最广泛的车道偏离预警算法是基于车辆跨道时间（timetolanecross,TLC）的预警算法.它通过建立车辆运动模型,预测车辆的行驶轨迹,从而计算车轮接触到车道边缘所需要的时间,即跨道时间.当这个时间小于某一特定阈值时,就进行预警.
车道保持辅助系统是新一代的汽车辅助驾驶系统,其目的是当驾驶员疏忽时,保持汽车仍在控制下行驶.它采用警告系统告知驾驶员汽车在其行驶车道中离开了它的路径,如果驾驶员不及时做出反应,系统会启动自动控制装置自动控制转向,使汽车回至原来的路线.
车道保持辅助系统的基本原理为：系统通过车载传感器感知前方道路与当前车辆位置信息,由传感器及A/D转换送入计算机,然后经过偏移量以及偏移历程的辨识,再经控制算法的运算得出控制指令,该指令控制驱动电机输出转向、转速及转角等参数,通过机械连接传递到汽车转向盘,以调整车辆转向轮的转角,从而控制汽车保持期望的行车路线,并在不同的车速、载荷、风阻、路况下都具有良好的乘坐舒适性[16-17].图10所示为车道保持系统的系统结构图.
车道保持辅助系统按照实现功能可以大致分为3个模块,分别为信息感知模块、控制模块、转向执行机构模块.控制系统框图如图11所示.
在车道保持辅助系统中,信息感知模块可以分为环境信息感知以及车辆自身状态信息感知两部分.其中,车身自身感应系统包括转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、加速度传感器和车速传感器等.控制模块为车道保持系统的核心部分,主要部件是计算机.控制模块根据信息感知模块获得的环境信息以及车辆位姿、行驶状态信息,通过一系列的算法进行计算,获得并且输出转向盘的控制信息.执行模块的主要部件为驱动电机及其电机驱动器.由控制模块输出的控制信号通过驱动电机带动转向盘的转向管柱或者转向拉杆完成对车辆的横向控制.
2.5汽车主动安全和被动安全电子控制综合技术[1]
随着主动安全技术的进一步发展,目前涌现出可实现主动安全性与被动安全性相结合的“综合主动及被动安全系统”技术.其具体的应用例之一是二次冲撞缓和系统（SecondaryCollisionMitigation,SCM).SCM是一种防止众多事故在发生一次冲撞后出现二次冲撞危险的技术.其中,最典型的例子是在高速公路上发生追尾后,撞向道路护栏及其它车辆.这时,SCM通过安全气囊的ECU检测到冲撞后,就会将相关信息发送至防侧滑装置（ESC）的ECU,通过启动ABS功能来实施完全制动.这样,在驾驶员不采取任何操作的情况下即可在最短的距离内将车辆停住.安全气囊的ECU会根据冲击力的大小,判断是否打开气囊、启动安全带预紧器.而ESC的ECU则是以在最短距离内将车辆平稳停住为目的.但是在驾驶员采取操作时,会优先执行驾驶员的操作,比如,当驾驶员判断追尾后实施紧急制动存在危险而踩下油门时,就会优先执行该操作而让车辆继续行驶.
目前最新的研究成果包括：通过将主动、被动安全系统及辅助驾驶系统建立成一个网络,创立了模块化的安全系统,即为整合主被动安全系统.该系统为实现先进的安全功能提供了基础,可更有效地防止事故发生.第1阶段整合主被动安全系统功能整合了ACC和ESP.第2阶段的开发成果是预测性碰撞警告系统,目前已经在部分高档车辆如奥迪Q7等上实现了批量生产.第3阶段的开发将推出预测性紧急制动系统,未来将能够使车辆在紧急状况下自行紧急制动.
2.6协调化集成式汽车主动安全电子控制技术
各种常规汽车主动安全系统都是对车轮及其周围部件产生作用,从而影响车轮和路面之间力的关系,所以它们之间不是彼此独立的,而是互相影响、互相联系和互相依赖的.在汽车主动安全系统日益增多的情况下,如果分别独立地去考虑和设计各种主动安全系统,然后再将它们融合起来,难免会出现某些控制功能不兼容甚至是冲突的现象,这与汽车主动安全控制的目标是背道而驰的,而且造成了控制资源的浪费,系统可靠性降低.所以,在设计阶段就将各种汽车主动安全系统综合起来,实现多层面集成式的全局优化控制,是十分重要且十分必要的.
目前德国大陆公司正在研发的ESPII系统就是基于上述思想的一种汽车主动安全系统.ESPII系统融合了ABS、TCS、AFS和DYC的功能,并在这些功能之上设置了更高一级的控制层.该高级控制层通过车载网络获得ABS、TCS、AFS和DYC的所有信息,通过一定的控制逻辑确定对各主动安全控制子功能的指令,再经由车载网络将控制指令传达至ABS、TCS、AFS和DYC.在较低一级的控制层中设置了制动控制器、发动机管理系统和转向控制器,分别独立实现ABS、TCS、AFS的功能,而汽车转向稳定性控制则由高级控制层统一管理和协调.ESPII系统可以对多个控制目标同时取得良好的控制效果,使安全性和舒适性得到整体的提高[18-21].
ESPII系统还只是初步体现了协调化集成式汽车主动安全控制的思想.未来的协调化全方位汽车主动安全控制还将融合各种其它的主动安全控制子功能,如汽车主动悬架及车身控制、汽车自动避撞系统等.这需要建立1个处于最高级别的控制层,它的主要功能是利用车载传感器系统和车载高速网络获知驾驶员操纵指令和整车运动特征,自行判别驾驶员意图和汽车行驶周围环境,并实时检测汽车运行状态.当汽车运行状态与驾驶员的驾驶意图不符或者进入不稳定区域,该高级别控制层将进行全面综合协调,确定各个主动安全子系统的合理分工,采用全局优化的方法得到最佳整车控制方案.当某个子系统出现故障时,高级别控制层将对分工策略进行及时的调整,仍然保证最佳的控制效果.可以说,未来的协调化全方位汽车主动安全控制真正实现了汽车的全局和谐控制.
2.7车-路协同式汽车主动安全控制技术
目前,国内外车载式驾驶安全辅助控制技术如主动避撞、ACC等,都是通过车载传感器（如摄像机、雷达等）感知行车环境信息,实现车辆的主动安全控制,保证行车安全.但这种自主式主动安全控制技术由于信息来源单一,探测行车环境方法局限,无法在较为复杂的交通环境中及时有效地探测各种与行车安全有关的信息,所以控制效果较差,不能适应现代交通的发展要求.
车-路协同式汽车主动安全控制技术是通过车路之间信息的交互与协同控制实现交通要素之间的一体化控制,扩大了车载安全控制系统的信息来源渠道,是解决事故频发、道路拥堵以及由此带来的污染加重等目前道路交通存在的严重问题的有效手段.同时该技术也是实现安全畅通环保的有效途径,是当前世界现代交通领域研究的热点和前沿技术[22-23].
车-路协同式汽车主动安全控制系统主要由车载系统和路侧设备两大模块组成.路侧设备包括各种信息探测装置和各种信息的无线通讯发射装置.信息探测装置用于获取交通管理部门提供的实时道路交通流量、实时道路限速、天气预报等信息,探测道路湿滑度、道路曲率线形等车载传感器探测不到的信息,以及获取由于交通环境复杂而导致车载探测装置无法有效探测的前方车辆、行人和障碍物等信息.这些信息通过路侧设备的无线通讯发射天线,向一定范围内进行广播.车载系统主要基于常规的汽车主动安全控制系统,包括行车信息感知及处理模块、行车安全状态判断及控制模块、控制执行模块.行车信息感知模块除了通过车载传感器、雷达、摄像头等获取行车环境信息以外,车载设备拥有无线信息获取装置,接收路侧设备向外广播的各种信息.这些信息整合到车载安全控制系统,对车辆进行主动安全控制.车路通信示意如图12所示.
车-路协同式汽车主动安全控制系统以车路无线信息实时交互技术为基础,通过先进的车载智能传感系统,识别车辆和行人等交通要素,辨识交通危险行为.通过路侧设备获取交通信号、交通规则、路面湿滑状态、道路线形等道路和交通环境信息,利用无线通讯装置将信息实时传送给行驶车辆,车辆通过车载智能传感器获取车外行人、车辆等行车环境信息,结合速度、加速度、横摆角度、转向盘转角等自车状态信息,辨识行车危险状态,评估人车和车车冲突风险,提供行车辅助、主动避撞和智能车速适应等安全控制策略,实现车―路协同式车辆安全控制.这样能有效降低拥堵,安全控制系统控制效果较好,提高了行车的安全性[24-25].
2.8车-车协同式汽车主动安全控制技术
如前所述,在当前复杂多变的交通环境中,依靠单一车辆的信号采集系统,无法全面、有效、及时地探测各种道路状况信息,从而容易引发交通安全事故和导致交通拥堵情况的发生.如果能将行驶在道路上的车辆连成1个局域网,使在这个局域网中的车辆进行信息共享,则能大大提高汽车安全控制系统获取行车环境信息的能力,提高行车安全性.例如在高速公路上行驶时,第1辆车因故突然紧急制动,跟随在后的第3、第4辆车由于视线受阻,无法第一时间获取这一信息.如果通过车-车间的信息交互,让后车早做准备,就能有效地降低车辆追尾事故的发生.
车-车协同式汽车主动安全控制技术就是要构建这样一种车与车之间的信息交互局域网,提高道路行车安全.当前面车辆检测到障碍物或车祸等情况时,能通过车-车通信方式向后发送碰撞警告信息,提醒后方车辆潜在的危险.在路边紧急停车的车辆则可以通过车-车协同通讯的方式向靠近自己的车发送警告消息,提醒它们不要进入危险区域.车-车通信的应用还包括转弯速度控制、车队管理和安全超车等[26].车-车通信的应用示意如图13所示.
车-车协同式汽车主动安全控制系统的关键技术在于车与车之间的无线通讯技术.目前国内外主要使用专用短程通信技术,来实现车与车之间的信息通信和交互.专用短程通信(DedicatedShortRangeCommunication,DSRC)是一种专用于交通领域的短程通信系统.其协议定义为3层结构：物理层（L1）、链路层(L2)和应用层(L7).协议栈如图14所示.
物理层规范的是无线通信使用的传输介质,及上行与下行链路传输介质的物理特性参数.数据链路层规定通信帧结构格式、帧封装方式、介质存取控制程序、逻辑链路控制程序等.应用层规定应用怎么写作数据的分解与重组以及提供一系列的怎么写作原语给不同的应用来实现通信过程的各种操作.DSRC通信方式具有信道容量大、可靠性高等优点.如日本研发的DSRC系统,在限定的时间内可以传输大量的信息,其设定的最大信息量、最大车速和最大通信范围的设计值分别为380 ,kb、180 ,km/h和30 ,m,同时信道拥有1 ,MB/s的传输速率,能够满足复杂道路环境下,车流量大,传输信息多的要求.对于车-车间的无线通信局域网节点,国内外研究者正在探索使用AdHoc无中心自组织的多跳无线网络的组网方式,来进行车辆间的通讯.这种网络不需要任何预先架设的无线通信基础设施,每个在局域网中的车辆形成一个通信节点,所有节点通过分层协议体系与分布式算法,来协调每个节点各自的行为.各个节点可以快速、自主和独立地组网,节点之间结构对等,任何一个节点都能作为中心节点向外传播信息.这种组网方式结构自由,通信效率高,正适合车-车通信中传输对象和传输方式不断变化的要求[27].
车-路协同式和车-车协同式汽车主动安全控制技术,扩大了车辆探测行车环境信息的能力,相较传统汽车主动安全控制系统,提高了汽车的安全性,同时减少拥堵提高了交通运行效率.
3我国汽车智能安全电子技术发展对策建议
加入WTO以后,世界各汽车电子零部件企业开始进入中国,其技术、资金和调动资源力量远远优于国内新兴的汽车安全电子企业.目前国内市场大部分市场份额也被国外企业所占据.国内企业生产的汽车电子产品主要是低附加值产品.在电控单元的软硬件、系统可靠性和控制精度方面,我国汽车安全电子产品和国际先进水平相比落后了10～15年,竞争力明显不足.造成上述状况的原因,一是汽车安全电子产品科技含量较高,跨国汽车电子公司实力强大,而国内电子行业对汽车安全电子控制系统缺少了解和技术储备,影响了国内汽车安全电子的产业化进程.二是占据国内汽车市场主要地位的合资企业的产品多为外方设计,所使用的电子产品也多由外方配套供应商提供,国内自主开发的电子产品在进入其配套体系时存在一定困难.尽管近年来我国在防抱死电控制动系统等方面进行了开发研究并开始小批量试生产,但由于汽车安全电子涉及领域较多,测试和分析手段均比较复杂,所需设备昂贵,导致了新产品的开发尚存在一些有待解决的问题.目前国内汽车安全电子产业还没有形成完整的专业化生产能力,企业可以生产部分汽车安全电子产品,但不具备大批量生产的能力,且汽车智能安全电子技术在我国尚属起步阶段.为加快我国汽车智能安全技术的研发及产业化进程,应在以下几个方面加强工作.
3.1凝聚共识,确立发展战略
安全电子技术是汽车机电系统的重要组成,是解决交通安全问题的关键基础,也是我国汽车产业与国际先进水平存在差距的主要方面.安全电子是高新技术在汽车领域的重要应用平台,是汽车关键核心技术的主要竞争领域.但我国汽车安全电子技术研发及产业化过程中,尚未形成共识,也缺乏对该技术的正确理解及发展战略.应加快实现我国汽车电子技术发展的战略转变,在掌握汽车安全电子技术的概念及技术分类的基础上,确立正确的发展战略.
3.2确定正确的技术发展路线
我国实现汽车智能安全电子技术发展路线图如图15所示.首先推进碰撞安全、主动安全及自主式智能安全电子系统技术实用化及产业化,并推广应用.积极开展车路/车车协同式智能安全电子系统关键技术研究,建立示范测试系统.同时推进汽车安全电子系统标准化工作.在以上工作基础上,探索实现人-车-路一体化的智能车辆系统技术.
3.3在关键技术选择和突破上,坚持3个发展原则
3.3.1前瞻性原则
必须研究和把握技术发展的前沿性和战略性,避免所攻克的技术待研发出来后就已经或很快过时或被产业所抛弃.
3.3.2产业化原则
我国技术基础较弱,总体上受研发资源的制约很大,在选择发展汽车安全电子核心技术及关键技术突破的过程中须要坚持产业化的原则.
3.3.3国情原则
在汽车安全电子技术研究和开发时,必须考虑中国道路交通复杂的行驶工况及本土驾驶员的驾驶行为特征,使相关技术产品具有较好的适应性.
3.4推动汽车产业与交通、电子信息产业的融合
汽车智能安全电子产业涉及交通、汽车产业和电子信息产业,是机电技术一体化的综合体现.发展汽车智能安全电子技术产业,必须积极推动交通、汽车和电子信息三大产业间的相互融合.以国家重大项目为契机,推动三领域的产学研各方联合与合作,促进汽车产业和交通、电子信息产业的协调发展.同时,要形成自主开发能力,建立自己的汽车电子平台和现代机械平台,并使之相互密切结合,必须培养一批既懂电子技术又懂机械设计的机电一体化复合人才,形成一批有综合实力的开发队伍.可整合科研院所、研发中心及企业的资源,联合建立汽车安全电子人才培养中心,培养既有汽车设计开发经历又精通汽车安全电子技术的复合型人才,为汽车安全电子产业的可持续发展提供人力资源保障.
4总结和展望
汽车智能安全电子技术是集计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术于一体的综合技术,是今后汽车安全技术发展的一个主流方向.随着更加先进的传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络及通讯技术、雷达技术在汽车上的广泛应用,现代汽车的安全电子控制技术已明显向集成化、智能化和网络化3个主要方向发展.在网络化方向,通过采用以分布式控制系统为基础的汽车车载电子网络系统,可实现大量数据快速、高可靠性、低成本的传输要求.在集成化方向,通过采用嵌入式系统、局域网控制和数据总线技术,可实现多种汽车安全电子控制系统的综合协调控制,将车辆行驶性能控制到最佳水平,形成一体化的汽车安全电子控制系统.先进汽车安全电子控制的最终目标是实现汽车驾驶的智能化控制.
目前,我国汽车智能安全电子研发及产业化正处于起步阶段,与实力强大的国际汽车安全电子企业还存在较大的差距.可从制定相关标准、鼓励自主研发、加强企业合作、搭建信息平台和培养专业人才等方面入手,加快我国汽车智能安全电子产业的发展,逐步积累研究成果和研发经验,形成自身的竞争优势,从而进入全球的采购体系.汽车安全电子产业自身竞争力的提高,也必将增强我国汽车工业的实力,具有广阔的前景和发展潜力.
erativeForesightedDrivingUsingIntervehicleCommunication[J].IEEEtransactionsonintelligenttransportationsystems,2010,11(3):539-553.李克强(1963-),男,四川省资阳市人.教授,博士,1992年起曾先后在日本和德国从事学术研究近6年,主要从事先进汽车主动安全技术、电动汽车整车控制技术及车辆噪声振动分析与控制的研究.
Tel:010-62788774
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