智能車輛與智能交通運輸

第五章智能車輛與智能交通運輸智能交通系統(tǒng)(ITS)主要由以下六個具有相互聯(lián)系的子系統(tǒng)組成，即：先進的交通信息系統(tǒng)；先進的交通管理系統(tǒng)；先進的車輛控制系統(tǒng)；先進的公共交通系統(tǒng)；先進的商用車輛運營系統(tǒng)；先進的鄉(xiāng)村運輸系統(tǒng)。第一節(jié)：現(xiàn)代汽車智能新技術隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，形形色色的智能技術在汽車上得到廣泛應用，充分體現(xiàn)出其安全、舒適、方便、快捷的優(yōu)越性能。1。汽車智能避撞系統(tǒng)汽車避撞技術首先解決的問題是汽車之間安全距離。汽車與汽車之間超過了這個安全距離。就應該能自動報警，并采取制動措施。目前測定汽車之間安全距離的方法有超聲波測距、微波雷達測距、激光測距等。①超聲波測距。

超聲波發(fā)生器不斷地發(fā)射出40kHz的超聲波，當遇到障礙物后反射回反射波，超聲波接收器接收到發(fā)射波信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。微波雷達測距就是利用目標對電磁波反射來的三維信息發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置。激光測距的工作原理與微波雷達測距相似，具體的測距方式有連續(xù)波和脈沖波兩種。超聲波汽車倒車避掐報警器是利用超聲波回聲測距的原理，測量車后一定距離內(nèi)的物體，這種新型避撞報警器可以及時顯示車后障礙物的距離和方位，顯示范圍為0.5—9.9m，當距離大于2m時顯示車后障礙物的方位；當距離小于2m時，除了顯示其方位外，還可按照3段距離分別給出3種報警信號，以警示司機3種不同程度的緊急狀態(tài)，使司機據(jù)此做出相應措施，防止事故的發(fā)生。

②汽車避撞雷達。

利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波，對其不斷檢測和計算與前方或后方障礙物的相對速度和距離、經(jīng)過分析判斷，對構(gòu)成危險的目標按程度不同進行報警，以按制車輛自動減速，直到自動剎車。汽車避撞雷達的主要功能為測速測距，對前方100m內(nèi)危險目標提供聲光報警；兼?zhèn)淦嚭谙蛔庸δ?；自動巡航；緊急情況下自動剎車。裝有艘按雷達的汽車上了高速公路以后，駕駛員就可以啟動車上的避撞雷達。雷達選定好跟隨的汽車以后，被跟隨的汽車就成了后面汽車的“目標車”，無論是加速、減退，還是停車、啟動，后面的汽車都能在瞬間之內(nèi)予以模仿。若前車在行駛一段時間之后，不再適合于自己的“目標車”，駕駛員可以重新選擇另一輛“目標車”。③掃描式激光雷達。

最早的激光雷達都是發(fā)出多股激光光束，并依靠前行車反光鏡的反射時間來測定其距離。但是由于要對前方車輛進行辨別，因此開始采用掃描式激光雷達。這樣，不但至前方車的距離可測，而且其橫向方向的位置也可以檢測出來。此技術的進一步發(fā)展，可使掃描角度成360°，若在車輛4角設置類似的掃描式激光雷達，那么車輛四周的障礙物都可以測出。④智能測距防碰撞系統(tǒng)。

該系統(tǒng)可以按照自身車速確定前方車輛的安全距離，當車輛進入危險區(qū)域時，自動巡航系統(tǒng)會自動啟動，避免發(fā)生事故。當汽車與汽車之間的間距小于設定的安全距離時，該系統(tǒng)能自動報警，并采取制動措施。目前，測定汽車之間安全距離的方法有3種：超聲波測距、微波雷達測距激光測距。

(2)汽車智能“黑匣子”

汽車智能“黑匣子”能客觀地記求機動車輛發(fā)生車禍前司機的操作過程，有效地提供駕駛員在事故發(fā)生前作出的種種反應。據(jù)稱，交通事故處理部門安裝這種系統(tǒng)后，可隨時對穿行在各條公路上的所有汽車進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)小車禍，離事故發(fā)生地點最近的交通事故處理中心可以在幾秒鐘之內(nèi)獲取撞車的行駛速度、車內(nèi)乘客傷亡情況等信息。由于這一技術的工作原理與飛機上的黑匣子類似，所以又稱其為“黑匣子”。車禍發(fā)生后，該黑匣子會自動引開，利用傳感器記錄下汽車的行駛速度以及出車禍時汽車的撞擊位置，然后將這些信息傳給中央通信系統(tǒng)。黑匣子內(nèi)嵌有全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理與傳輸功能。

3汽車智能駕駛系統(tǒng)汽車智能駕駛系統(tǒng)相當于機器人，能代替人駕駛汽車。它主要通過安裝在前后保險杠及兩側(cè)的紅外線攝像系統(tǒng)對汽車前后左右的一定區(qū)域進行不停的掃描和監(jiān)視，通過車內(nèi)計算機、電子地圖、光化學傳感器等對紅外線攝像機傳來的傳導進行分析計算，并根據(jù)道路交通信息管理系統(tǒng)傳來的交通信息發(fā)出指令，代替人的大腦指揮執(zhí)行系統(tǒng)操縱汽車。4汽車智能輪胎輪胎內(nèi)裝有計算機芯片或?qū)⑿酒c輪胎相連接．計算機芯片在行駛狀態(tài)下能自動監(jiān)控并調(diào)節(jié)輪胎的溫度和氣壓，使輪胎在不同條件下都能保持最佳的運行狀況，既提高了安全系數(shù)又節(jié)省了開支。更為先進的智能輪胎還能在探測出結(jié)冰的路面后變軟，使牽引力更好；在探測出路面的潮濕程度后，還能自動改變輪胎的花紋，以防打滑。５汽汽車車智智能能懸懸架架智能能懸懸架架系系統(tǒng)統(tǒng)由由電電子子裝裝置置控控制制，，可可根根據(jù)據(jù)路路面面情情況況，，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)懸懸架架彈彈性性元元件件的的剛剛度度和和減減振振器器的的阻阻力力，，使使振振動動和和沖沖擊擊迅迅速速消消除除。。此此外外，，智智能能懸懸架架還還可可以以自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)車車身身的的離離地地高高度度，，即即使使汽汽車車在在崎崎嶇嶇的的路路面面上上行行駛駛也也可可順順利利通通過過路路面面障障礙礙，，使使乘乘客客感感覺覺平平穩(wěn)穩(wěn)和和舒舒適適。。6汽車車智智能能鑰鑰匙匙奔馳馳ＣＣLK雙門門轎轎車車已已采采用用了了智智能能鑰鑰匙匙。。這這種種智智能能鑰鑰匙匙能能發(fā)發(fā)射射出出紅紅外外線線信信號號，，既既可可打打開開車車門門、、行行李李箱箱和和燃燃油油加加注注孔孔蓋蓋，，也也可可以以操操縱縱汽汽車車的的車車窗窗和和天天窗窗。。更更先先進進的的智智能能鑰鑰匙匙則則像像一一張張信信用用卡卡，，當當司司機機觸觸到到車車門門把把手手時時，，中中央央鎖鎖控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)開開始始工工作作，，發(fā)發(fā)射射出出一一種種無無線線查查詢詢信信號號，，智智能能鑰鑰匙匙作作出出正正確確反反向向后后，，車車鎖鎖便便會會自自動動打打開開，，而而且且只只有有當當中中央央處處理理器器感感到到智智能能鑰鑰匙匙卡卡在在汽汽車車內(nèi)內(nèi)時時，，發(fā)發(fā)動動機機才才啟啟動動。。7汽車智能安全全氣囊汽車智能安全全氣囊是在普普通安全氣囊囊的基礎上增增設傳感器和和與之相配套套的計算機軟軟件，其質(zhì)量量傳感器能根根據(jù)質(zhì)量感知知是大人還是是小孩，其紅紅外線傳感器器能根據(jù)熱量量探測座倚上上是人還是物物體，其超聲聲波傳感器能能探明乘員的的存在和位置置等。計算機機的軟件則能能根據(jù)乘客的的身高、體重重、所處的位位置、是否系系安全帶、汽汽車碰撞速度度、碰撞程度度等，及時調(diào)調(diào)整氣囊的膨膨脹時機、膨膨脹速度及膨膨脹程度，使使安全氣囊對對乘客提供最最合理和最有有效的保護。。8汽車智能空調(diào)調(diào)智能空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)能根據(jù)外界界氣候條件，，按照預先設設定好的指標標對車內(nèi)的溫溫度、濕度以以及空氣清潔潔程度進行分分析、判斷，，及時自動打打開制冷、加加熱、去濕及及空氣凈化裝裝置并調(diào)節(jié)出出適宜的車內(nèi)內(nèi)空氣環(huán)境。。在先進、安安全的汽車上上，空調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)還能與其他他系統(tǒng)配合發(fā)發(fā)揮更好的作作用。9汽車夜視系統(tǒng)統(tǒng)英國牛津大學學發(fā)明了汽車車夜行器。本本系統(tǒng)利用紅紅外線技術能能將黑暗變得得如同白晝，，使駕駛員在在黑夜里看得得更遠更清楚楚。夜視系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)出兩兩部分組成：：一部分是紅紅外線攝像機機，另一部分分是擋風玻璃璃上的光顯示示系統(tǒng)。裝上上這種夜行器器后，司機通通過光顯示系系統(tǒng)可像白天天一樣看清路路況。當兩車車交會時，它它可以大大降降低前方汽車車燈強光對司司機視覺的不不良刺激，還還可以提高司司機在霧中行行車的辨別能能力。為看清清車后的情況況，研制人員員又研制出一一種新型后視視鏡，當后方方來車的大燈燈照在前車的的后視鏡上，，自動感應裝裝置可隨之使使液晶玻璃反反光鏡表面反反光柔和，使使駕駛者不眩眩目。10司機分神監(jiān)視視系統(tǒng)澳大利亞一家家公司研制出出一種裝在汽汽車儀表盤上上的監(jiān)視系統(tǒng)統(tǒng)。它能利用用目光跟蹤技技術判斷司機機是否在注意意路況，在司司機打磕睡時時，及時發(fā)出出提醒。這種種監(jiān)視系統(tǒng)采采用兩個攝像像機，可持續(xù)續(xù)觀察司機的的面部，包括括耳朵、鼻子子、下巴的方方位，據(jù)此來來計算眼睛所所處的位置，，追蹤其眼睛睛和虹膜的狀狀態(tài)。然后將將當前虹膜的的形狀與計算算機模型對比比，分析司機機的視線方向向。誤差在3°以內(nèi)，這一精精度足以判斷斷司機是否注注意路面。。11智能式前照燈燈隨著電子技術術的不斷發(fā)展展，及其在汽汽車上應用的的日益增多，，人們看到開開發(fā)智能或前前照燈的必要要性與可能性性。目前，一一些燈具系統(tǒng)統(tǒng)供應商都在在積極研究開開發(fā)一種新的的智能式，也也可稱之為適適應式燈光系系統(tǒng)。這種系系統(tǒng)主要由各各種傳感器提提供的信息，，經(jīng)計算機處處理后，調(diào)節(jié)節(jié)燈光。其目目的是根據(jù)不不同的天氣條條件(如下雨、大霧霧、下雪)、車輛行駛速速度、道路幾幾何狀態(tài)、車車流密度等，，來改變光照照的形狀、其其相對強度以以及照射的方方向。①遠光隨車速速而變，車速速高則光照得得遠而且比較較窄，當車速速減慢則光照照得近而寬。。根據(jù)加速踏踏板的位置或或直接由車速速數(shù)據(jù)進行處處理。②自動高度調(diào)調(diào)節(jié)以保持近近光在一定高高度，避免使使迎面駛來的的車輛眩目。。這可以直接接根據(jù)燈光在在地面的分布布來調(diào)節(jié)，也也可根據(jù)車身身相對車橋之之間的間隙來來調(diào)節(jié)。③轉(zhuǎn)彎時改變變照射方向。。根據(jù)轉(zhuǎn)向盤盤轉(zhuǎn)角、車速速、轉(zhuǎn)向指標標信號以及導導航系統(tǒng)中的的道路信息計計算出前照燈燈的轉(zhuǎn)角。12智能式車速控控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)也有有稱為適應性性車速控制系系統(tǒng)ＡＣＣ。。在長途行駛駛中是十分方方便有用的，，駕駛員可以以將腳離開加加速踏板而自自由活動。1997年在美國轎車車上的裝車率率已達78.5％，在輕型貨貨車(包括面包車)的裝車率也達達76．4％。在歐洲應應用還不普遍遍，僅占10％。這是由于于歐洲公路上上車輛密度較較大，不太容容易保持但定定車速行駛。。這種智能式式車速控制系系統(tǒng)，由于加加裝了雷達微微波探測系統(tǒng)統(tǒng)及高速微處處理器，它可可以探測到１１５０m處本車道上前前面行駛的車車輛。設定一一個車速后，，當行駛至靠靠近前車時，，就會發(fā)出警警告。同時自自動降低發(fā)動動機轉(zhuǎn)速及開開始制動．有有的結(jié)構(gòu)還具具有可與前車車保持一定距距離的3個定距離設定定。第二節(jié)智智能交通運輸輸一個有效的交交通管理系統(tǒng)統(tǒng)有幾大作用用它不僅僅引導交通流流動本身，進進而提高運營營效率。同時時還有助于降降低燃油消耗耗、廢氣和噪噪聲排放，并并且提高交通通安全性。今今天這些作用用在一些城市市已經(jīng)部分實實現(xiàn)，在這些些城市里，有有連續(xù)監(jiān)控的的信息板指出出空閑的停車車場地，并且且人們在公共共道路上嘗試試通過改進的的交通信息站站ARIAM(汽車駕駛員實實測無線電信信系統(tǒng))和EDS(無線電數(shù)據(jù)系系統(tǒng))來疏導交通。。一種交通體系系的形成和發(fā)發(fā)展，可能分分幾個階段。。第一階段，向向汽車駕駛員員提供更頻繁繁、更準確的的交通狀況況信息。第二階段，駕駕駛員可得到到個別指導．．使他在最短短時間內(nèi)到達達目的地，這這種指導將取取決于當?shù)亟唤煌顩r。第三個階段，，將實現(xiàn)在長長距離單—路面條件下的的自動駕駛。。在所有情況況下，均爭取取更好地利用用現(xiàn)有道路網(wǎng)網(wǎng)。1．交通信息系系統(tǒng)對于市內(nèi)交通通，降低燃油油消耗的相當當大的潛力在在于均街交通通速度、即避避免頻繁停車車和起步。采采取這種方法法可以節(jié)省多多少燃油，降降低多少廢氣氣徘放和噪聲聲。目前，報導交交通阻塞的信信息主要靠公公共電臺播送送。幾乎人人人都能體會、、這些報告往往往來得太遲遲或不協(xié)調(diào)，，因此它們的的實際價值很很低。這些信信息只有更貼貼切、更直接接地向駕駛員員提供具體行行車路線。才才能更有幫助助。法蘭克福福附近的一個個地區(qū)已試裝裝了ARIＡM系統(tǒng)。其目的的是嘗試用該該系統(tǒng)改進交交通信息的針針對性。該系系統(tǒng)利用淺埋埋在高速公路路路面的500個感應回路，，監(jiān)測主要交交通干線從其其它道路上的的交通迷度。。若要針對個個別汽車提供供相關信息，，首先需要確確定該汽車的的位置。這可可以通過利用用RDS系統(tǒng)實現(xiàn)，這這種系統(tǒng)傳送送的數(shù)字信息息不能通過普普通的VSF電臺節(jié)日收聽聽。但可以通通過汽車收音音機中的計算算機芯片解碼碼。用這種方方法可以實現(xiàn)現(xiàn)更有針對性性的交通指導導。這樣一種車輛輛定位方法的的原理。它可可以測量來自自3個發(fā)射器的RDS信號傳播時間間差為基礎。。在汽車中便便實現(xiàn)了自定定位。在汽車車收音機中，，需要裝一塊塊特殊芯片并并需要一個軟軟件程序。發(fā)發(fā)射器必須發(fā)發(fā)射同步信號號，車內(nèi)收音音機可以隨時時從接收的信信號中選擇至至關重要的信信息。2．行車引導系系統(tǒng)在對各種新的的導航系統(tǒng)做做過試驗以后后，一些可供供裝車的系統(tǒng)統(tǒng)已經(jīng)作為選選裝件在市場場上出現(xiàn)。這這些系統(tǒng)是獨獨立的，不需需要在高速公公路上裝備其其它基礎設施施。更有針對對性的信息、、即交通相關關信息、可以以通過LISB信息系統(tǒng)(柏林導航和信信息系統(tǒng))得到。自1989年以來，有關關部門一直在在對LISB系統(tǒng)進行試驗驗(參見圖)。LISB系統(tǒng)包括括裝在車車上的電電子裝置置、信號號柱(信標)的紅外發(fā)發(fā)送裝置置相接收收裝置以以及交叉叉口上控控制柜中中的電子子控制裝裝置。這這些外圍圍裝置均均與交通通引導計計算機相相連接。。由于現(xiàn)現(xiàn)有基礎礎設施得得到充分分利用。。因此預預計裝配配這種行行車指示示系統(tǒng)只只需2％的額外外費用。。車上電電子裝置置的價格格估計與與一臺高高檔汽車車收音機機相仿。。車上裝置置的核心心是導航航計算機機。在行行車開始始時，它它從存貯貯器中讀讀取目的的地坐標標。行路路方向出出指北針針(磁場傳感感器)確定．而而行駛距距離通過過里程表表(車輪脈沖沖傳感器器)獲得，根根據(jù)這些些信息、、定位裝裝置不斷斷確定汽汽車當時時所在的的位置。。當汽車車經(jīng)過某某個信標標時，紅紅外接收收裝置接接收有關關附近道道路網(wǎng)絡絡以及交交道狀況況的信息息。在整整個行車車過程中中，記時時器記錄錄走過每每個路段段所用的的時間以以及在交交通信號號燈前的的等待時時間其其中包包括從上上一個信信標之后后遇到的的所有信信號燈。。當?shù)竭_達下—個信標時時，這些些信息便便被傳送送給交通通引導記記算機。。3．列隊自自動駕駛駛系統(tǒng)在歐洲，，許多城城市都在在試驗前前述的行行車信息息和引導導系統(tǒng)，，它們的的復雜程程度不一一。另一一個全然然不同的的領域是是關于如如何消除除人的反反應時間間的延遲遲，如果果沒有這這—延遲，現(xiàn)現(xiàn)有道路路網(wǎng)的通通行能力力就可能能得到更更好的利利用。當當然、這這就是說說，汽車車必須裝裝備可以以自動駕駕駛的裝裝置。借借助于電電子測距距裝置、、障礙傳傳感器和和計算機機，有可可能在這這方面取取得進展展。如圖151a所示，把把現(xiàn)有高高速公路路路面稍稍作不同同的劃分分，就可可以得到到一條額額外的車車道，盡盡管很窄窄，但完完全可作作為自動動駕駛車車道。裝裝有自動動跟隨和和距離控控制裝置置的汽車車，可以以在這條條狹窄車車道上自自動行駛駛。如果果自動跟跟隨行駛駛的速度度比一般般正常駕駕駛更快快，便會會自發(fā)形形成車輛輛列隊行行駛狀況況。圖表表示示出出自自動動列列隊隊行行駛駛的的汽汽車車所所需需的的裝裝置置，，如如車車上上傳傳感感器器和和計計算算機機。。根根據(jù)據(jù)連連續(xù)續(xù)不不斷斷的的距距離離測測量量、、車車上上的的計計算算機機隨隨時時給給出出校校正正指指令令，，使使距距離離得得以以保保持持。。車車與與車車之之間間通通過過無無線線電電通通訊訊協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)動動作作，，比比如如，，當當?shù)诘谝灰惠v輛汽汽車車的的障障礙礙傳傳感感器器發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)危危險險目目標標時時，，制制動動信信號號同同時時被被傳傳到到列列隊隊行行駛駛的的其其它它車車輛輛，，所所有有汽汽車車同同時時制制動動。。人人的的反反映映時時間間消消除除了了，，車車輛輛之之間間的的距距離離可可以以縮縮短短，，因因此此現(xiàn)現(xiàn)有有公公路路通通行行能能力力增增加加了了。。從技技術術角角度度來來看看，，這這樣樣—個系系統(tǒng)統(tǒng)實實際際上上將將增增加加道道路路安安全全性性，，而而通通過過““自自動動駕駕駛駛””這這一一選選擇擇將將擴擴展展了了汽汽車車的的使使用用方方式式。。然然而而，，仍仍有有許許多多尚尚待待解解決決的的問問題題，，特特別別是是有有關關公公眾眾是是否否樂樂于于接接受受以以及及設設立立相相應應法法規(guī)規(guī)制制度度等等問問題題。?？偪偟牡恼f說來來，，這這一一系系統(tǒng)統(tǒng)的的憂憂點點是是很很明明顯顯的的：：①更更好好地地利利用用現(xiàn)現(xiàn)有有道道路路網(wǎng)網(wǎng)絡絡。比比如如，，目目前前規(guī)規(guī)定定以以120km／h行駛駛時時的的安安全全距距離離是是60m。按按自自動動列列隊隊行行駛駛，，在在這這60m內(nèi)可可以以再再行行駛駛5輛相相互互間間隔隔2m的汽汽車車。。即即使使考考慮慮汽汽車車隊隊列列之之間間的的安安全全距距離離，，道道路路的的通通行行能能力力也也會會成成倍倍增增加加。。②解解放放駕駕駛駛員員．．在在自自動動駕駕駛駛期期間間、、駕駕駛駛員員可可以以做做““更更好好的的事事情情””。。他他可可以以工工作作、、閱閱讀讀、、看看電電視視或或睡睡覺覺。。與與乘乘用用公公共共交交通通工工具具不不同同、、他他可可以以隨隨時時““離離隊隊””。。③盡管管車車流流密密度度大大，，仍仍可可以以保保持持120km／h的行行駛駛速速度度。。④由由于于避避風風行行駛駛和和保保持持均均勻勻的的午午速速，，燃燃油油消消耗耗將將減減少少約約10％，，廢廢氣氣排排放放也也相相應應降降低低。。⑤消消除除了了由由于于人人的的疲疲勞勞或或長長時時間間單單調(diào)調(diào)駕