智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論-領域六 高級輔助駕駛系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論

高級輔助

駕駛系統(tǒng)PART6

道路交通事故是全球公認的重大安全問題，每年有120萬人死于交通傷害，而受傷者多達5000萬人。如果不采取強有力的預防措施，未來20年中道路交通事故的死亡和受傷人數(shù)將增加65%左右。研究表明，近80%的碰撞是由于駕駛員事發(fā)前3秒的疏忽造成。因此，智能輔助駕駛系統(tǒng)成為大勢所趨。該系統(tǒng)通過在車上搭載傳感器，感知周圍環(huán)境，并利用算法實現(xiàn)人類經(jīng)驗難以比擬的判斷速度與精度，可以有效減少駕駛失誤，降低交通事故率，最終實現(xiàn)無人駕駛。麥肯錫預測，智能駕駛是2025年決定經(jīng)濟的十二大技術之一，每年可挽回3-15萬個生命。情景導入

智能輔助駕駛系統(tǒng)主要采用ADAS預警技術，它基于視覺圖像分析和毫米波雷達相結(jié)合的高科技預警產(chǎn)品，能夠即時分析前方汽車的運動狀態(tài)，同時也能計算自駕駛車輛的情況，根據(jù)駕駛者的習慣，對行車過程中有可能發(fā)生駕駛危險時進行提醒。情景導入學習單元一ＡＤＡＳ預警類輔助駕駛功能

預警類輔助駕駛以提醒駕駛員為主要任務，主要包含駕駛員疲勞預警系統(tǒng)、前向碰撞預警系統(tǒng)、車道偏離預警系統(tǒng)、行人保護系統(tǒng)、盲點監(jiān)測系統(tǒng)與夜視系統(tǒng)。一、預警類功能簡述1.駕駛員疲勞預警系統(tǒng)

(１)駕駛?cè)似陬A警系統(tǒng)的組成(２)駕駛?cè)似陬A警系統(tǒng)的檢測原理2.前碰撞預警（FCWS）

FCWS（ForwardCollisionWarningSystem），核心功能：提醒車主前方存在碰撞到車輛的危險。

前碰撞預警系統(tǒng)主要是基于智能視頻分析處理的一種高級輔助駕駛系統(tǒng)，其原理是，通過動態(tài)視頻攝像技術、計算機圖像處理技術來監(jiān)測并辨別車輛周圍道路環(huán)境，可以用來監(jiān)測車距預防追尾、前車碰撞預警、導航和黑匣子等功能，如圖6-3。3.車道偏離預警（LDW）系統(tǒng)

車道偏離預警（LaneDepartureWarning）核心功能：車道保持，避免正常駕駛時壓車道線，即識別車道線自動調(diào)整行駛位置的系統(tǒng)。車道偏離在在汽車行業(yè)的規(guī)范中有明確的規(guī)定，在偏離預警的過程中有預警等級的，對于車道線的彎道也是有識別距離的。車道偏離預警系統(tǒng)主要由HUD抬頭顯示器、攝像頭、控制器以及傳感器組成。當車道偏離預警系統(tǒng)開啟時，攝像頭（一般安置在車身側(cè)面或后視鏡位置）會時刻采集行駛車道的標識線，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中的位置參數(shù)。當檢測到汽車偏離車道時，傳感器會及時收集車輛數(shù)據(jù)和駕駛員的操作狀態(tài)，之后由控制器發(fā)出警報信號，整個過程大約在0.5秒完成，為駕駛者提供更多的反應時間。而如果駕駛者打開轉(zhuǎn)向燈，正常進行變線行駛，那么車道偏離預警系統(tǒng)不會做出任何提示，如圖6-4。4.行人保護（PCW）

行人碰撞預警（Pedestrianprotectionsystem）主要針對路面上的行人進行偵測識別，測算距離，避免碰撞行人，如圖6-5。由于人的活動的不確定性比較大，參與道路交通的方式比較多，比如騎自行車、摩托車、蹬三輪等，再加之行人本身的多態(tài)，高矮、胖瘦、著裝等參差不齊，造成行人的識別使用一般的方法的準確率都不高，誤檢測和識別比較多。傳統(tǒng)使用的檢測方法是hog特征+SVM，深度學習的效果比較好。5.盲區(qū)檢測（BSD）

盲區(qū)檢測（BlindSpotDetection）針對的是車輛兩側(cè)后方A柱子遮擋的部分進行的車輛檢測，避免駕駛員因為視覺盲區(qū)無法看到盲區(qū)的車輛而造成誤判變道，通過BSD可以幫助駕駛員更好的觀察車輛兩側(cè)后方的車輛狀態(tài)，如圖6-6。二、駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)1.AttentionAssist

AttentionAssist是德系車駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的代表，屬于間接監(jiān)測，如圖6-7所示，它依據(jù)駕駛員駕駛行為、基于車輛狀態(tài)參數(shù)檢測駕駛員狀態(tài)，例如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤角速度和角加速度等及各信號的后處理參數(shù)，綜合考慮以上因素進行分析計算得到駕駛員狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；AttentionAssist除覆蓋正常行駛工況外還考慮外部干擾對疲勞監(jiān)測的影響，例如側(cè)風、路面凸起和斜坡等不均勻工況，使其適用范圍更廣、精度更高；AttentionAssist有效車速區(qū)間80-180km/h，在監(jiān)測到駕駛員疲勞時會主動報警并在儀表盤上顯示提示信息，已于2011年應用于梅賽德斯-奔馳B級車上。2.DriverAlertSystem

與德系車基于駕駛員駕駛行為監(jiān)測駕駛員疲勞狀態(tài)不同，福特公司采用直接監(jiān)測和間接監(jiān)測相融合的方法，從車輛運動狀態(tài)、駕駛行為、周圍環(huán)境和駕駛員生理信息4個維度出發(fā)，依靠大而全的數(shù)據(jù)源使監(jiān)測算法的準確性得到較大提高。但是，大量數(shù)據(jù)運算時需要占用較大內(nèi)存，一般很難集成到某一電子控制系統(tǒng)的控制器里，需要額外增加一個控制器，用于DriverAlertsystem的數(shù)據(jù)運算。DriverAlertsystem在后視鏡的后方安裝一個前置攝像頭，以獲取車輛運動軌跡信息?，F(xiàn)在?？怂?、S-MAX和Galaxy系列車型都配備DriverAlertSystem，在監(jiān)測到駕駛員疲勞時提供報警功能，DriverAlertSystem的工作原理請見圖6-8。3.DriverMonitor

豐田公司在Lexus和商用車上配備的DriverMonitor由電裝株式會社提供，屬于直接監(jiān)測方法，利用攝像頭獲取駕駛員面部狀態(tài)信號和眼睛運動信號，結(jié)合紅外傳感器獲得的駕駛員頭部位置和運動信息來識別駕駛員狀態(tài)；當發(fā)現(xiàn)駕駛員處于疲勞狀態(tài)時，車輛會發(fā)出警報提醒駕駛員，DriverMonitor的工作原理請見圖6-9。DriverMonitor識別駕駛員疲勞狀態(tài)的精度相當高，但是需要車輛額外安裝一個攝像頭和紅外傳感器，硬件成本較高。隨著車輛ADAS（AdvancedDriverAssistantSystem）和生物識別技術的普及，DriverMonitor應用范圍會越來越廣。4.DriverAlertControl

DAC（DriverAlertControl）是沃爾沃公司開發(fā)的駕駛員安全警告系統(tǒng)，其除了監(jiān)測駕駛員疲勞狀態(tài)外，還能監(jiān)測駕駛員注意力是否分散。DAC硬件包括攝像頭、各種車輛狀態(tài)傳感器、車輛軌跡傳感器和控制器，控制器綜合分析駕駛員頭部位置和角度、眼睛運動、車輛與車道的相對位置、轉(zhuǎn)向盤操縱等數(shù)據(jù)，判斷當前的駕駛狀態(tài)，并與內(nèi)置于控制器中記錄器里駕駛員正常的駕駛狀態(tài)對比，判斷駕駛員是否處于疲勞或注意力分散狀態(tài)；如果是，則發(fā)出聲音信號提醒駕駛員，并在儀表盤上顯示提示信息。DAC還可以與其他駕駛輔助系統(tǒng)如車道保持、自適應巡航、碰撞預警等集成，除警報提醒外還能主動對車輛運動進行有效干預。當車速高于65km/h時，DAC激活；當車速低于60km/h時，DAC休眠。駕駛員安全警告系統(tǒng)工作原理請見圖6-10。5.DriverMonitorSystem

DMS（DriverMonitorSystem）是捷豹F-Type在轉(zhuǎn)向盤里內(nèi)置一種駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，由澳大利亞SeeingMachines公司提供，采集駕駛員面部運動和眼睛運動信息，監(jiān)測駕駛員狀態(tài)和注意力集中情況，控制器選擇英特爾酷睿i7處理器DMS與緊急制動系統(tǒng)集成，如果判斷出駕駛員處于疲勞狀態(tài)或注意力分散狀態(tài)，并有可能發(fā)生碰撞事故時，將主動制動以確保行車安全。6.DriverDrowsinessDetectionSystem DDDS（DriverDrowsinessDetectionSystem—）是博世公司研發(fā)的駕駛員疲勞狀態(tài)間接監(jiān)測系統(tǒng)，其與德系車的疲勞狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)原理基本一致，博世的DDDS集成性好，可以和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)、CAN網(wǎng)關、FlexRay網(wǎng)關等集成，應用載體不受限于制造商。三、盲點監(jiān)測系統(tǒng)1.盲點監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

盲點監(jiān)測系統(tǒng)主要是由感知單元、電子控制單元及執(zhí)行單元組成，感知單元包括攝像頭、探測雷達、超聲波傳感器，執(zhí)行單元為聲光報警器，如圖6-11。（1）影像（2）雷達2.高級別自動駕駛汽車中的盲點監(jiān)測系統(tǒng)四、夜視系統(tǒng)

所謂汽車夜視系統(tǒng)是一項源自軍用技術的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），主要作用為在夜間或其它弱光行駛環(huán)境中為駕駛員提供視覺輔助或警告信息，如圖6-12所示。根據(jù)工作原理的不同，目前夜視技術可以分為三大類：微光夜視、主動紅外夜視和被動紅外夜視，汽車用夜視系統(tǒng)主要為主動紅外夜視與被動紅外夜視。43121.微光夜視3.被動紅外夜視技術2.主動紅外夜視技術4.性能指標對比學習小結(jié)1.駕駛員疲勞預警系統(tǒng)DFM（DriverFatigueMonitorSystem）主要是通過攝像頭獲取的圖像，通過視覺跟蹤、目標檢測、動作識別等技術對駕駛員的駕駛行為及生理狀態(tài)進行檢測，當駕駛員發(fā)生疲勞、分心、打電話、抽煙等危險情況時在系統(tǒng)設定時間內(nèi)報警以避免事故發(fā)生。2.前碰撞預警系統(tǒng)主要是基于智能視頻分析處理的一種高級輔助駕駛系統(tǒng)，其原理是，通過動態(tài)視頻攝像技術、計算機圖像處理技術來監(jiān)測并辨別車輛周圍道路環(huán)境，可以用來監(jiān)測車距預防追尾、前車碰撞預警、導航和黑匣子等功能。3.車道偏離預警系統(tǒng)主要由HUD抬頭顯示器、攝像頭、控制器以及傳感器組成。當車道偏離預警系統(tǒng)開啟時，攝像頭（一般安置在車身側(cè)面或后視鏡位置）會時刻采集行駛車道的標識線，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中的位置參數(shù)。學習小結(jié)4.行人碰撞預警（Pedestrianprotectionsystem）主要針對路面上的行人進行偵測識別，測算距離，避免碰撞行人。5.盲區(qū)檢測（BlindSpotDetection）針對的是車輛兩側(cè)后方A柱子遮擋的部分進行的車輛檢測，避免駕駛員因為視覺盲區(qū)無法看到盲區(qū)的車輛而造成誤判變道，通過BSD可以幫助駕駛員更好的觀察車輛兩側(cè)后方的車輛狀態(tài)。6.夜視系統(tǒng)能夠自動識別前方物體并在儀表盤、HUD抬頭顯示中發(fā)出警示?，F(xiàn)有的夜視輔助系統(tǒng)可以做到識別超出遠光燈范圍的行人，對危險進行提前預知。知識鞏固知識鞏固控制類輔助駕駛主要目的是輔助駕駛員應對汽車面臨的危險，主要包括自適應巡航控制系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、車道保持系統(tǒng)、自適應燈光控制和自動緊急制動系統(tǒng)。一、控制類功能簡述1.自適應巡航系統(tǒng)系統(tǒng)自適應巡航控制，ACC（AdaptiveCruiseControl），是一個允許車輛巡航控制系統(tǒng)調(diào)整速度以適應交通狀況的控制系統(tǒng)。安裝在車頂?shù)睦走_能夠探測前方物體的距離，通過一系列算法來識別路上的潛在威脅，如圖6-1。ACC與全速ACC：很多ACC功能要求車速在30km/h以上才能工作，而全速ACC則通常可以在0-150km/h起作用。學習單元二ＡＤＡＳ控制類輔助駕駛功能2.自動泊車系統(tǒng)自動泊車系統(tǒng)，AP（Automaticparking），就是不用人工干預，自動停車入位的系統(tǒng)。自動泊車系統(tǒng)，可以使汽車自動地以正確的?？课徊窜?，該系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中央處理器和車輛策略控制系統(tǒng)，所述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和車載距離探測系統(tǒng)。其原理是：遍布車輛周圍的雷達探頭測量自身與周圍物體之間的距離和角度，然后通過車載電腦計算出操作流程配合車速調(diào)整方向盤的轉(zhuǎn)動，駕駛者只需要控制車速即可，如圖6-14。3.車道保持系統(tǒng)車道保持系統(tǒng)，LKS（LaneKeepingSystem），智能駕駛輔助系統(tǒng)中的一種。它可以在車道偏離預警系統(tǒng)（LDWS）的基礎上對剎車的控制協(xié)調(diào)裝置進行控制。對車輛行駛時借助一個攝像頭識別行駛車道的標識線將車輛保持在車道上提供支持?？蓹z測本車在車道內(nèi)的位置，并可自動調(diào)整轉(zhuǎn)向，使本車保持在車道內(nèi)行駛，如圖6-15。（1）車道保持系統(tǒng)的硬件結(jié)構（2）車道保持系統(tǒng)的工作原理（3）車道保持系統(tǒng)的激活條件（4）車道保持系統(tǒng)的局限4.自適應燈光控制自適應燈光控制ALC（AdaptiveLightControl）是一種智能燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過感知駕駛員操作、車輛行駛狀態(tài)、路面變化以及天氣環(huán)境等信息，ALC自動控制前照燈實時進行上下、左右照明角度的調(diào)整，為駕駛員提供最佳道路照明效果。自適應前照燈系統(tǒng)共由四部分組成：傳感器、ECU、車燈控制系統(tǒng)和前照燈。汽車車速傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器不斷地把檢測到的信號傳遞給ECU，ECU根據(jù)傳感器檢測到的信號進行處理，把處理完后的數(shù)據(jù)進行判斷，輸出前照燈轉(zhuǎn)角指令，使前照燈轉(zhuǎn)過相應的角度。 汽車在轉(zhuǎn)彎時，重點是要提前看到所轉(zhuǎn)方向的障礙物，根據(jù)現(xiàn)實駕駛的經(jīng)驗，車燈一般只需轉(zhuǎn)過0-15°即可，只需要所轉(zhuǎn)方向側(cè)的那只前照燈實現(xiàn)智能轉(zhuǎn)向就可，另一側(cè)前照燈還是保持原來的方向，如圖6-16。雖簡化了控制，仍然能夠達到預期的效果。它可以通過控制系統(tǒng)能夠顯著改善各種路況下的照明效果，提高行車安全。5.自動緊急制動自動緊急制動AEB（AutonomousEmergencyBraking）是一種汽車主動安全技術，主要由3大模塊構成，其中測距模塊的核心包括微波雷達、激光雷達和視頻系統(tǒng)等，它可以提供前方道路安全、準確、實時的圖像和路況信息。 AEB系統(tǒng)采用雷達測出與前車或者障礙物的距離，然后利用數(shù)據(jù)分析模塊將測出的距離與警報距離、安全距離進行比較，小于警報距離時就進行警報提示，而小于安全距離時即使在駕駛員沒有來得及踩制動踏板的情況下，AEB系統(tǒng)也會啟動，使汽車自動制動，從而為安全出行保駕護航，如圖6-17。二、ACC1.自適應巡航工作原理

A車司機已經(jīng)激活自適應巡航控制系統(tǒng)，并選定了巡航車速V和巡航車距，A車已經(jīng)加速到了選定巡航車速，如圖6-18。2.自適應巡航系統(tǒng)功能（1）操縱和顯示（2）系統(tǒng)的接通/關閉（3）設定巡航車速（4）識別前車（5）設定巡航車距（與前車的距離）（6）司機接管請求（7）將車速提高到超過設定的巡航車速（8）關閉自適應巡航系統(tǒng)（BEREIT模式）（9）激活自適應巡航系統(tǒng)（Resume）（10）故障顯示/關閉3.系統(tǒng)的局限性三、自動泊車系統(tǒng)1.自動泊車系統(tǒng)組成

（4）泊車輔助按鈕（2）泊車輔助傳感器（1）泊車輔助轉(zhuǎn)向傳感器（3）泊車輔助轉(zhuǎn)向控制單元（5）泊車轉(zhuǎn)向輔助按鈕2.自動泊車過程使用泊車輔助倒入停車空位的過程被分為下列四個階段：（1）階段1：激活泊車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)（PA）（2）階段2：尋找合適的停車空位（3）階段3：借助泊車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)（PA）（4）階段4：泊車輔助轉(zhuǎn)向過程完成3.自動泊車過程中斷條件

四、自適應遠光燈控制

遠光燈控制信號可以采用兩種不同的模式：自動遠光燈（AHB）模式，它提供二進制開/關控制；自