智能汽車測控技術(shù) 課件 第5章 智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)

智能汽車測控技術(shù)【導(dǎo)入案例】

隨著汽車保有量的增加，如何降低交通事故的發(fā)生率和事故死亡率已經(jīng)成為迫切需要解決的問題，解決該問題最有效的辦法之一就是配置先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)，提高汽車行駛安全，最大限度降低事故發(fā)生率和事故死亡率。圖8-1所示是奔馳S級汽車，它搭載了全速自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、自動制動輔助系統(tǒng)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)、自動泊車輔助系統(tǒng)等。圖8-1奔馳S級汽車智能網(wǎng)聯(lián)汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)有什么作用？都有哪些？通過對本章的學(xué)習(xí)，讀者可以得到答案。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)是利用安裝在車輛上的傳感、通信、決策及執(zhí)行等裝置，檢測駕駛?cè)?、車輛及其行駛環(huán)境并通過影像、燈光、聲音、觸覺提示/警告或控制等方式輔助駕駛?cè)藞?zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)或主動避免/減輕碰撞危害的各類系統(tǒng)的總稱。1.先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的基本概念動作執(zhí)行控制器環(huán)境感知ADAS系統(tǒng)主要由環(huán)境感知、控制器和動作執(zhí)行三部分組成。攝像頭毫米雷達(dá)波激光雷達(dá)超聲波傳感器轉(zhuǎn)向角傳感器ADAS電子控制單元（ADASECU）狀態(tài)顯示器開關(guān)按鍵駕駛?cè)擞烷T控制機(jī)構(gòu)制動控制機(jī)構(gòu)擋位控制機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)ADAS系統(tǒng)構(gòu)成圖第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念2.先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的工作原理1.信息輔助類ADAS：信息輔助類ADAS是指通過對采集到的車道、車輛與駕駛?cè)诵畔⑦M(jìn)行處理和分析，對可能發(fā)生的危險(xiǎn)向駕駛?cè)诉M(jìn)行預(yù)警，提醒駕駛?cè)俗龀稣_決策的駕駛輔助系統(tǒng)。2.控制輔助類ADAS：控制輔助類ADAS是指自動監(jiān)測車輛可能發(fā)生的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，對駕駛?cè)祟A(yù)警，必要時(shí)通過執(zhí)行單元直接介入車輛操作實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)規(guī)避或減輕事故傷害的輔助系統(tǒng)。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念3.先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的分類第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念自主式和網(wǎng)聯(lián)式技術(shù)融合是智能網(wǎng)聯(lián)汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)1.基本概念燃油汽車信息感知電子控制執(zhí)行單元人機(jī)界面第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)1.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的組成第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作原理本車運(yùn)動狀態(tài)狀態(tài)信息駕駛?cè)税l(fā)出操作指令探測前方車輛并測量車間距縱向控制執(zhí)行器ACC控制策略ACC系統(tǒng)工作原理如圖所示，其主要功能是基于特定的信息來控制本車車速與前方車輛運(yùn)動狀態(tài)相適應(yīng)。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作原理第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)ACC系統(tǒng)控制方框圖2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作原理第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)車輛ACC系統(tǒng)工作示意圖巡航控制減速控制跟隨控制加速控制3.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的工作模式第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)ACC關(guān)閉狀態(tài)ACC等待狀態(tài)ACC工作狀態(tài)ACC系統(tǒng)的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換4.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)狀態(tài)第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)ACC系統(tǒng)基本控制策略要求：（1）本車ACC處于工作狀態(tài)時(shí)，本車通過對速度控制保持與前車設(shè)定的車間時(shí)距或設(shè)定車速。這兩種控制模式由ACC系統(tǒng)自動切換。（2）穩(wěn)定狀態(tài)的車間時(shí)距可由系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)或由駕駛員調(diào)節(jié)。（3）當(dāng)本車車速低于最低工作速度時(shí)，應(yīng)禁止由“ACC等待狀態(tài)”向“ACC工作狀態(tài)”轉(zhuǎn)換。此外，如果ACC處于“工作狀態(tài)”且速度低于最低工作速度時(shí)，自動加速功能應(yīng)被禁止，ACC應(yīng)由“工作狀態(tài)”自動轉(zhuǎn)換為“等待狀態(tài)”。（4）如果前方存在多輛車，則ACC應(yīng)自動選擇跟隨本車道內(nèi)最接近的前車。5.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)要求

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)5.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)要求第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)2.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)沃爾沃、長安新CS75等6.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)實(shí)例泊車就是把車停放在合適的位置，汽車廠商開發(fā)智能泊車輔助系統(tǒng)幫助駕駛員泊車，以減少車輛碰撞。智能泊車輔助（IPA）也稱為自動泊車輔助，是利用車載傳感器探測有效泊車空間，并輔助控制車輛完成泊車操作的一種ADAS系統(tǒng)。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)3.智能泊車輔助系統(tǒng)第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)3.智能泊車輔助系統(tǒng)1.IPA的組成自動泊車輔助系統(tǒng)需要與各種子系統(tǒng)協(xié)同工作，才能實(shí)現(xiàn)自動泊車功能。右圖所示為第二代自動泊車輔助系統(tǒng)PLA2.0部件功能方框示意圖。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)3.智能泊車輔助系統(tǒng)探測泊車位置一共使用了12個(gè)超聲波傳感器，其功能如圖所示。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)3.智能泊車輔助系統(tǒng)2.IPA工作原理IPA通過車載傳感器感知汽車周圍環(huán)境，通過對環(huán)境區(qū)域的分析和建模，搜索有效泊車位，當(dāng)確定目標(biāo)車位后，系統(tǒng)提示駕駛員停車并自動啟動自動泊車程序，根據(jù)所獲取的車位大小、位置信息，計(jì)算泊車路徑，然后自動操縱汽車泊車入位。激活程序自動轉(zhuǎn)向并入位發(fā)現(xiàn)車位第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)3.智能泊車輔助系統(tǒng)雪佛蘭科魯茲3.自動泊車輔助系統(tǒng)的應(yīng)用第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)（FCW）通過雷達(dá)、攝像頭等傳感器時(shí)刻監(jiān)測前方車輛，判斷本車于前車之間的距離、方位及相對速度，若有碰撞危險(xiǎn)，則通過聲音及儀表圖像提示駕駛員保持安全行駛。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)1.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的組成前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)由信息采集、電子控制和人機(jī)交互三個(gè)單元組成

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)2.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作原理通過分析傳感器獲取的前方道路信息對前方車輛進(jìn)行識別和跟蹤，如果有車輛被識別出來，則對前方車距進(jìn)行測量；同時(shí)利用車速估計(jì)，根據(jù)安全車距預(yù)警模型判斷追尾可能，一旦存在追尾危險(xiǎn)，便根據(jù)預(yù)警規(guī)則及時(shí)給予駕駛員主動預(yù)警第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)2.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作原理FCW工作過程可分為前方車輛識別、前方車距檢測和建立安全距離模型三部分。安全距離模型是FCW的核心內(nèi)容，其主要目的是獲取預(yù)警過程的安全距離閾值。目前經(jīng)典的安全距離模型有Mazda模型、Honda模型、Berkeley模型和TTC模型。安全車距是指后方車輛為了避免與前方車輛發(fā)生意外碰撞而在行駛中與前車所保持的必要間隔距離建立安全距離模型主要是為了獲得預(yù)警過程的閾值；主要分為兩類：一種是基于碰撞時(shí)間的行駛安全判斷邏輯算法，另一種是基于距離的行駛安全判斷邏輯算法。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)3.安全車距預(yù)警模型第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)Mazda模型：當(dāng)本車正常行駛時(shí)，系統(tǒng)不工作；當(dāng)本車與前車的車間距c達(dá)到安全距離閾值時(shí)，F(xiàn)CW報(bào)警；若駕駛員沒有采取措施，該FCW會自動制動。該模型通過實(shí)時(shí)計(jì)算安全距離閾值，對車速進(jìn)行控制。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)Mazda模型計(jì)算公式：

式中，Dw為安全距離閾值，也就是報(bào)警距離；v1為本車車速；vrel為相對車速；a1為本車減速度，一般取6m/s2；a2為前車減速度，一般取8m/s2；t0為駕駛員反應(yīng)時(shí)間，一般取0.15s；t1為系統(tǒng)延遲時(shí)間，一般取0.6s；D0為最小停車距離，一般取5m。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)Honda模型：設(shè)定了兩段報(bào)警距離——報(bào)警距離和制動距離，采用兩段式報(bào)警的方式，其對駕駛員的正常操作影響較小。該模型不能避免絕大多數(shù)的碰撞，只能減少碰撞的嚴(yán)重程度，一旦報(bào)警可能會引起駕駛員的極度恐慌，甚至?xí)蚩謶侄囕v的控制；該模型準(zhǔn)確性較低，不能實(shí)時(shí)反映行車路面情況，對駕駛員主觀因素考慮不夠；該模型的建立以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，樣本點(diǎn)選取的合適與否對模型影響較大第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)Honda模型：報(bào)警距離的設(shè)定是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，表達(dá)式如下所示。

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)Berkeley模型：與Honda模型類似，Berkeley模型也設(shè)置了兩段距離：報(bào)警距離和制動距離。報(bào)警距離采用馬自達(dá)模型的安全距離閾值，并假定本車與前車的最大減速度相同，其他參數(shù)不變。Berkeley模型綜合了前兩個(gè)模型的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)置了一個(gè)保守的報(bào)警距離和一個(gè)激進(jìn)的制動距離。報(bào)警預(yù)先給駕駛員一個(gè)危險(xiǎn)提示，設(shè)置冒險(xiǎn)的制動距離可以減少對駕駛員的干擾。但該模型實(shí)際上無法避免碰撞，只能減緩碰撞。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)TTC模型：如果TTC小于或等于延遲時(shí)間（系統(tǒng)延遲時(shí)間與駕駛員反應(yīng)時(shí)間），駕駛員沒有對碰撞預(yù)警做出反應(yīng)，則FCW應(yīng)報(bào)警，如下式所示。

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)4.前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)FCW仿真實(shí)例:FCW仿真主要是使用軟件計(jì)算安全距離與實(shí)時(shí)車距，提供報(bào)警信息。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）:一種主動安全系統(tǒng)。它能夠?qū)崟r(shí)檢測車輛前方行駛環(huán)境，若前方存在碰撞危險(xiǎn)時(shí)會自動啟動，使車輛減速，避免碰撞或減輕碰撞后果。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)1.自動制動輔助系統(tǒng)的組成第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)汽車AEB系統(tǒng)：當(dāng)系統(tǒng)計(jì)算出有車輛處于預(yù)警距離與制動距離之間時(shí)，首先會通過聲音、圖標(biāo)等警示駕駛員；若駕駛員沒能對預(yù)警信息正確反應(yīng)，再輕微震動制動踏板或方向盤進(jìn)行二次預(yù)警，過程中進(jìn)行制動準(zhǔn)備；當(dāng)車距小于制動距離時(shí)，且駕駛員沒有做出正確及時(shí)的反應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)將會自動制動。2.自動制動輔助系統(tǒng)的工作原理第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)2.自動制動輔助系統(tǒng)的工作原理第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)3.自動制動輔助系統(tǒng)的仿真AEB仿真系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)5.自動緊急制動系統(tǒng)斯巴魯、沃爾沃等4.自動制動輔助系統(tǒng)的應(yīng)用（1）本車：配有AEB系統(tǒng)的車輛。（2）前車：位于本車行駛前方的車輛。（3）目標(biāo)車輛：在本車行駛路線上距離本車最近的前車。（4）碰撞預(yù)警：AEB向駕駛員示警。（5）能見度：色溫為2700k的白熾燈發(fā)出的非擴(kuò)散光束的照

度減少到初始值5%時(shí)所通過的路徑長度。（6）相鄰車道：與本車行駛方向相同且與本車所在車道有公共車道邊界的車道。（7）車間距離：從目標(biāo)車輛車尾到自車車頭的距離。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)1.相關(guān)術(shù)語和標(biāo)準(zhǔn)第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)1.相關(guān)術(shù)語和標(biāo)準(zhǔn)

（8）碰撞時(shí)間（TTC）：t時(shí)刻，本車與目標(biāo)障礙物發(fā)生碰撞所需時(shí)間，計(jì)算公式為：

第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行速度：AEB應(yīng)至少在運(yùn)行車速為15km/h至最大設(shè)計(jì)速度范圍內(nèi)，且在車輛所有負(fù)載狀態(tài)下正常運(yùn)行。2.功能要求目標(biāo)檢測區(qū)域：

（1）AEB的最小檢測距離應(yīng)不大于2m，對目標(biāo)車輛的最大檢測距離應(yīng)不小于150m，對行人的最大檢測距離應(yīng)不小于60m。

（2）AEB對目標(biāo)車輛在最大檢測距離位置的最小檢測水平橫向?qū)挾葢?yīng)不小于3.75m。

（3）AEB應(yīng)能在曲率半徑不大于250m的彎道上檢測到目標(biāo)車輛。第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)3.碰撞預(yù)警預(yù)警級別預(yù)警方式視覺預(yù)警聽覺預(yù)警觸覺預(yù)警一級碰撞預(yù)警無音量：應(yīng)超過背景雜音；間歇：建議長間隔式間歇，單一聲音，或語音提醒可采取駕駛員座椅正東、安全帶預(yù)收緊、方向盤震動、制動踏板震動等方式二級碰撞預(yù)警顏色：紅色位置：主視方向亮度：高亮間歇：宜使用短間隔式間歇音量：應(yīng)超過背景雜音音調(diào)：應(yīng)容易聽到且與車內(nèi)其他不相關(guān)的預(yù)警容易區(qū)分間歇：宜使用短間隔式間歇可采取駕駛員座椅正東、安全帶預(yù)收緊、方向盤震動、制動踏板震動等方式第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)緊急制動的啟動：緊急制動階段不應(yīng)在TTC或ETTC大于或等于3s前開始。車車緊急制動中的最小速度降低量：對靜止目標(biāo)車輛，自車速度為80km/h時(shí)，通過緊急制動階段，發(fā)生碰撞時(shí)自車減速量應(yīng)不小于30km/h。若自車速度為40km/h時(shí)，通過緊急制動階段，應(yīng)避免兩車相撞。對行駛速度為12km/h的目標(biāo)車輛，自車速度為80km/h時(shí)，通過緊急制動階段，應(yīng)避免兩車相撞。車人緊急制動中的最小速度降低量：針對具有行人緊急制動功能的AEB，自車速度為60km/h時(shí)，通過緊急制動階段，發(fā)生碰撞時(shí)自車減速量應(yīng)不小于20km/h。4.緊急制動第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)檢測距離測試：目標(biāo)車輛靜止，和自車方向一致，在達(dá)到測試開始前，自車和目標(biāo)車輛中心線保持一致。當(dāng)自車距離目標(biāo)車輛200m時(shí)，測試開始。自車與目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞或距離目標(biāo)車輛小于2m且無法探測到目標(biāo)車輛，試驗(yàn)結(jié)束。5.測試規(guī)程第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)檢測寬度測試：目標(biāo)車輛靜止，和自車的方向一致，在達(dá)到測試開始前，本車位于車道中心線，分別將目標(biāo)車輛置于車道最左側(cè)和最右側(cè)，車頭方向應(yīng)與自車一致，各進(jìn)行一側(cè)測試。左側(cè)檢測寬度測試時(shí)，目標(biāo)車左側(cè)車胎壓自車左側(cè)車道線。右側(cè)檢測寬度測試時(shí)，目標(biāo)車右側(cè)車輪壓自車右側(cè)車道線。當(dāng)自車距離目標(biāo)車輛200m時(shí)，測試開始。自車與目標(biāo)車輛距離小于150m時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。5.測試規(guī)程第5章智能汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)6.AEB測試標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)車輛靜止測試：目標(biāo)車輛與本車方向一致，速度為0km/h。當(dāng)自