基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

关键词： 交通事故 汽车

基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术（精选6篇）

篇1：基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

摘要：汽车行驶主动安全技术是智能交通系统的重要研究内容之一。本文针对智能交通系统环境下车辆行驶主动安全所涉及的主要内容，研究了车辆运动中对周围障碍物的感知技术和方法、车辆行驶危险或安全状态的动态辨识方法、汽车主动避撞控制及执行技术等关键技术问题，并开发了相关系统。文中通过仿真及实验结果验证了各相关技术的正确性及合理性。

关键词：智能交通系统 汽车主动安全 汽车主动避撞

利用信息感知、动态辨识、控制等技术与方法于一体提高汽车的主动安全性，是ITS 的主要研究内容之一。世界各大汽车公司在政府的支持下，都在开展这方面的研究开发工作，例如：日本由各大汽车公司及大学等研究机构参与的先进安全汽车（ASV）项目，通过概念设计、单元技术实用化及系统综合技术研究开发、试验车制作、实车试验的实施等步骤，已取得实用化成果[1][2]。美国交通部（DOT）主导的 ITS 中的 AHS（Automated Highway Systems）开发项目结束后，于1998 年开始了以主动避撞系统CAS(Collision Avoidance System)为中心的初级智能汽车IVI(Intelligent Vehicle Initiative)项目,并取得阶段成果[3][4]。国内对智能交通环境下汽车行驶主动安全技术的研究起步较晚，只对其中涉及的局部技术进行了一些尝试性的探讨 [5][6]。

本文针对智能交通系统环境下车辆行驶主动安全技术所涉及的关键内容进行了研究。研究了车辆运动中对周围障碍物的感知技术和方法，解决了探测雷达信号处理中的干扰和实时性问题；研究了车辆危险或安全状态的动态辨识方法，提出了基于驾驶员感觉的安全距离确定方法；研究了汽车主动避撞控制技术及控制执行技术，针对车辆纵向控制系统中存在的问题，设计了控制算法及控制执行器系统。通过对各关键单元技术的研究，系统解决了智能交通系统环境下车辆行驶主动安全的关键技术问题。通过相应的仿真及实车实验结果，对各关键技术的研究成果进行了验证。基于智能交通系统的汽车行驶主动安全系统

基于智能交通系统的汽车行驶主动安全系统指利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶人员的感知能力，将感知技术获取的外界信息（如车速、其它障碍物距离）传递给驾驶人员，同时在路况与车况的综合信息中辨识是否构成安全隐患；在紧急情况下，能自动采取措施控制汽车，使汽车能主动避开危险，保证车辆安全行驶，也就是通常所说的汽车主动避撞系统。国内外对车辆行驶主动安全技术的研究主要集中于车辆行车信息感知及行车安全状态辨识技术、车辆主动避撞系统控制技术及车辆控制执行技术等方面。系统中所涉及到的关键技术及相互关系如图1 所示。

图1 汽车主动避撞系统关键技术 汽车行驶主动安全关键技术研究

2.1 车辆行车信息感知及安全状态动态辨识技术

车辆行车信息感知及安全状态动态辨识技术，就是利用安装于汽车上的各种传感器，实时的对车辆运行参数进行检测，并通过必要的信号处理及信息融合获得车辆的行车安全状态的动态信息。测距雷达信号处理技术和行车安全距离动态算法是其中最关键的技术。

2.1.1 测距雷达信号处理技术

经测距雷达传来的目标物距离信号含有随机误差，必须要对原始数据进行处理，才可以在系统计算中应用。另外测距雷达传来的只是车辆间的距离信息，必须从这些距离信息中比较准确的提取出车辆间的相对速度以及相对加速度信息。过去采用的办法是直接对距离信号取微分，得相对速度值，再对相对速度值取微分得相对加速度值，这种方法经实践证实是不可行的。问题主要有两点：一是距离误差对相对速度以及相对加速度的影响较大，实际计算得到的相对速度及相对加速度值难以应用。二是由于算法所限，系统实时性不好。在控制工程中常用的Kalman 滤波算法是一种实时滤波算法，并可以得到系统状态向量的平滑估计，本研究将Kalman 滤波算法应用于汽车主动避撞系统的雷达信号处理，可以有效地弥补上述两点不足。

图2 是对一次试验记录数据的滤波结果对比图。首先，Kalman 滤波由于是实时滤波，保证了系统处理的实时性。其次，从相对距离对比图中可以非常直接的看出，经Kalman 滤波处理后，由测量误差带来的距离值的突变得到了有效地抑制。从相对速度对比图可以看出，采用对距离值直接微分的方法得到的相对速度值波动非常巨大，实际计算中根本无法使用，而用Kalman 滤波方法得到的相对速度值则去掉了相对速度值的大的波动，反映了实际相对速度值的变化情况。

图2 Kalman 滤波结果对比图

2.1.2 行车安全距离动态算法

传感器正确获取车辆行车信息之后，需要进行各种信号的融合，进行车辆危险或安全状态的实时辨识。需要确定的是当前情况下的行车安全距离。本研究提出了一种基于驾驶员模型的安全距离确定方法。实际行车时，驾驶员总是要对车辆的运行进行一下预测，以决定当前的操作[7]，本系统所采用的驾驶员模型以此行为为基础。驾驶员预测t 秒后车间距离，将此车间距离与驾驶员认为的界限车间距离Xlim 进行比较，如认为车间距离将小于Xlim，则在当前时刻制动，当前时刻的车间距离即为极限安全距离。即

（1）

其中，Xsa 为极限安全距离；ΔV 为相对速度（Vc-Vt）；Vc 为自车速度；Vt 为目标车辆速度；at 为目标车辆减速度； 接近静止目标时：

（2）

（3）

接近运动目标时：

其中，thw 表示驾驶员的主观车头时距；ac 为驾驶员主观认为的自车最大制动减速度，其取值与路面附着系数有关；at、ΔV、Vc 通过传感器测量或信号处理得到，t，ac 以及thw 通过实验获得。这样，通过上述公式（2）、（3）、（4）、（5）就可以进行安全距离的计算。本模型的优点是通过实验手段，获得驾驶员主观特点数据，避免了由于路面附着系数不准确等因素带来的较大的安全距离计算误差。

2.2 汽车主动避撞控制技术

纵向汽车主动避撞系统对车辆进行控制的目的是将自车到前车的距离保持在安全水平。整个汽车主动避撞系统控制结构由上位控制器和下位控制器两部分构成，如图3 所示。要进行上位和下位控制的研究，建立车辆纵向动力学模型是基础，因此，车辆主动避撞控制技术包括车辆模型的建立、上位控制及下位控制策略的确定。

图3 汽车主动避撞系统控制结构图

图4 车辆纵向模型

2.2.1 车辆纵向动力学模型

车辆控制方法的评价是基于系统仿真及实验的结果，作为仿真评价的基础，首先需要建立比较准确的车辆动力学模型。本研究使用的实验车辆是某型自动变速器轿车，发动机排量1.8L。汽车纵向动力学总成包括：发动机、液力耦合器、自动变速器及车辆驱动系。各总成的特性参数及相互间的动力传递如图4所示。针对车辆纵向动力学各单元总成的特性，运用混合建模技术，得到整车纵向动力学仿真模型。基于Matlab/Simulink 软件平台的车辆模型如图5 所示。此模型的输入量有两个：节气门位置和制动压力，输出量是车辆速度和加速度。

图5 车辆仿真模型

为验证车辆纵向动力学模型的准确性，设计实车实验对车辆模型进行了验证，实验条件如表1所示。

表1 车辆模型验证实验条件表

分别记录各实验的节气门输入信号、制动压力输入信号、车辆的速度及加速度输出信号，按相同条件，进行车辆的模型仿真实验，记录仿真模型的速度及加速度输出，并将实验及仿真结果进行对比，得到对比图如图6 所示。

图6 实车实验结果与仿真结果对比图

2.2.2 上位控制方法研究

目前，国内外对上位控制器的设计已经做了很多工作[8][9]，PID 方法、LQ 理论，滑模理论以及模糊理论都被应用于上位控制器的设计，但基于以上方法的上位控制器基本以提高系统某一性能为目标，未能使控制精度和响应时间两方面都得到改善。本研究提出了基于混合策略的上位控制器设计方法，理论分析和仿真试验结果表明，该方法满足主动避撞系统对安全性和驾驶舒适性两方面要求的同时，降低了系统的响应时间。

所谓基于混合策略的上位控制器是指结合了LQ 方法和基于时间－能量最优控制方法优点的控制器。控制规律如图7 所示。基于LQ 方法的上位控制器取状态误差和控制量的二次型作为性能指标，所以该控制器的稳态误差小，控制过程中加速度也相对较小，但是由于性能指标没有直接体现系统的响应时间，所以系统响应相对较慢。基于时间－能量最优的上位控制器以响应时间和控制量的大小作为性能指标，较基于LQ 方法的上位控制器响应速度有所提高，但是该控制器不能稳定在原点。基于混合策略的上位控制器将LQ 控制稳态误差小和基于时间－能量最优控制响应速度快的特点结合，获得了较好的控制效果。

图7 基于混合策略的上位控制规律

针对汽车主动避撞对象的LQ 控制方法、基于时间－能量最优的控制方法以及基于混合策略的控制方法的仿真结果如图8 所示。从仿真结果可见，基于混合方法的上位控制器针对汽车主动避撞系统的特点，巧妙地结合了上述两种控制器的优点，即在保证良好的稳态精度的同时，改善了系统的响应速度。虽然该控制器的控制量相对较大，但仍然在舒适性的要求范围内。

a）车间距离响应曲线 b）被控车速响应曲线 c）被控车加速度响应曲线

图8 三种控制器的仿真曲线

2.2.3 下位控制方法研究

由于车辆制动、驱动力特性中含有强烈的非线性，同时车辆质量变动、道路坡度及风阻等外部干扰因素的存在，车辆下位控制器设计时控制系统的鲁棒跟随性和鲁棒稳定性往往不能得到兼顾[10]。针对这一问题，本研究设计了基于模型匹配方法的二自由度控制器来实现车辆主动避撞系统下位控制的控制性能。控制器结构如图9 所示。此处的二自由度控制器是指参考输入信号和控制对象的输出信号情报分别独立使用，就是既有反馈又有前馈的控制器。此控制器的特征是闭环目标值应答特性可以通过反馈特性的设计来独立设定。在这种情况下，利用前馈补偿器设定目标值的应答特性即模型匹配特性，利用反馈补偿器的设计实现反馈特性即系统的鲁棒跟随特性和鲁棒稳定特性。

图9 二自由度模型匹配控制器

针对汽车主动避撞系统下位控制模型匹配控制器性能，进行了如表2 所示内容的实车实验。实验结果如图10 所示。从实验对比结果可见，对于车辆及环境中存在的不确定因素对控制结果的干扰，模型匹配（MMC）控制器能在一定范围内予以消除，使系统具有很好的鲁棒跟随性及鲁棒稳定性。

表2 下位控制器性能验证实验条件表

a）实验1 结果对比图 b）实验2 结果对比图

图10 下位控制器控制效果对比图

2.3 车辆控制执行技术

汽车主动避撞系统所用执行器有两个：节气门伺服执行器和制动作动器。对于节气门伺服执行器，采用脉宽调制（PWM）控制的直流电机来实现。对于制动作动器由于制动系统的好坏直接关系到驾驶员的生命安全，所以要求自动制动系统响应要快，可靠性要高；由于目前汽车内可用空间较好，所以要求自动制动系统体积尽量小；为能够直接、迅速、广泛地在国内轿车上得到应用，要求自动制动系统对原车的改动要尽量小。在汽车行驶过程中，仍然以人为主，只当汽车间距小于安全距离而人又没有采取措施时自动制动系统才会起作用。在自动制动作用过程中，只要人一踩制动或加速踏板，则控制权便交给驾驶员，自动制动系统不起作用。所以在自动制动系统和原制动系统之间应当有电控切换装置。本研究设计的自动制动系统采用液压系统，原理图如图11 所示。本系统输出压力的控制采用高速开关阀结合脉宽调制（PWM）

控制来实现。

图11 液压自动制动系统原理图 结束语

使汽车具有主动安全性，集信息感知、动态辨识、控制等技术与方法于一体是ITS 的主要研究内容之一。世界各大汽车公司，都在开展这方面的研发，目前日本、欧美汽车企业在汽车主动避撞技术方面已取得实用化成果。这些技术虽然其理论研究成果可以借鉴，但涉及具体技术属于公司保密范围，国内企业难以得到具体技术资料，且中国的道路及驾驶习惯与国外不同，不能直接引进使用国外技术。本研究在车辆运动中对周围障碍物的感知技术和方法、车辆行驶危险或安全状态的动态辨识方法、汽车主动避撞控制及执行技术等关键技术问题的研究方面取得了一定的突破和创新，为解决智能交通系统研究开发过程中的汽车行驶安全问题，提供了理论及技术支撑。

参考文献 水越 雅司．自動運転の現状と将来．日本自動車技術, 1999,Vol.53(1):27-32 安間 徹，罔林 繁，村本 逸朗等．大型トラツクの追突警报装置．自動车技術会学术演讲会前刷集881，昭和63－5:105-108 Masayoshi Tomizuka．Advanced Vehicle Control System(AVCS)research for automated highway systems in California PATH.1994 vehicle navigation & information systems conference proceedings, 1994：41～45 Richard Bishop．Intelligent vehicle application worldwide．IEEE intelligent systems, January/February 2000：78～81 5 屠大维．用于车辆防撞控制的行车环境传感研究．中国机械工程第10 卷第6 期，1999 年6 月：701～703 6 李晓霞，李百川，侯德藻等．汽车追尾碰撞预警系统研究．中国公路学报第14 卷第3 期，2001 年7 月: 93～95 橋本 佳幸，里中 久志，重松 崇．衝突回避シスたムの開発．自動车技術会学術講演会前刷集943，1994 年5 月：57～60 Shinjiro Endo, Hiroshi Ukawa, Kazushi Sanada,etc．A study on speed control law for automated driving of heavy-duty vehicles considering acceleration characteristics．JSAE Review 20,1999:331～336 Matsumura S, Omatu S, Higasa H．Improvement of speed control performance using PID type neurocontroller in an electric vehicle system．IEEE World Congress on Computational Intelligence,1994 大前 学．プラトウーン走行の高度化を実現するための制御システムに関する研究.日本东京大学: 1999 年12 月 孙增圻．计算机控制理论及应用．北京：清华大学出版社，1989(end)

篇2：基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

一、技术概述

防抱死制系统（Anti-Lock Braking System简称ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。ABS系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由电控单元做出判断，并通过电磁阀组成的作动器，调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围，来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，前轮跑偏，提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。

牵引力控制系统（Traction Control System简称TCS）是ABS基础上的扩展。当汽车在恶劣路 面行驶时，通过控制发动机扭矩、驱动轮制动力矩、差速器锁死等，控制车轮上的驱动力，防止车轮打滑，取得最好的驱动牵引效果。

车辆行驶动力学调整系统（Vehicle Dynamic Control 简称VDC，德国BOSCH公司又称之为Electronic Stability Program 简称ESP），是在ABS和TCS的基础上，增加汽车转向行驶时横向摆动的角速度传感器，通过ECU控制内外、前后车轮的驱动力和制动力，确保汽车行驶的横向动力学稳定状态。VDC的开发成功使所有的工作状态下都能对驾驶员提供主动有效的行驶安全保证。

二、现状及国内外发展趋势

ABS在国外从80年代开始得到广泛的应用。到目前已是一种较成熟的技术，90年代初发展到TCS，近两年发展到VDC。技术发展有下列趋势：

－－继续提高系统的集成度，减少体积和重量；

－－在原来基础上开发和改进传感器，如零频率响应轮速传感器、横摆动角速度传感器等；

－－进一步提高电磁阀的响应速度；

－－进一步开发适应复杂情况的控制软件，能够对汽车瞬态运动状况进行精确定量分析、计算和控制；－－随着微电子技术的发展，采用16位CPU或32位芯片，并使整车电子控制系统从分散到集成。国内的应用研究工作起于80年代后期，开始气制动系统的开发研制发展到液制动系统。技术上目前在样车上初步实现ABS防抱死功能，但在软件功能和硬件质量方面与目前国外先进水平有较大差距。

三、“十五”目标及主要研究内容

预计国内ABS装车率在2005年前后有一个较大启动；随着法规的颁布，在大吨位的客货车、牵引车上将开始成批装用，轿车、轻型车装车率将达20％，到2010年将达60－70％。当前需要由企业和研究单位结合，做好软、硬件的开发和车辆的匹配研究工作。

①目标：攻克关键技术，完成产品开发，小批量装车试用。

篇3：基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

关键词：单片机,记录仪系统,模块化设计

随着汽车普及率的提高, 交通阻塞也越来越严重, 人流, 物流, 车流骤增, 导致道路交通事故频繁发生, 而且呈上升趋势, 群死群伤的恶性交通事故屡屡发生。给人民生命、企业的经营活动和国家财产都造成了巨大的损失。为了保护人民的生命财产安全, 遏制交通事故频发, 许多公司企业科研单位研制开发汽车行驶记录仪。本文在汽车行驶记录仪的背景和发展现状基础上, 结合汽车行驶记录仪系统的国家标准, 自主研究了一套基于单片机的汽车行驶记录仪系统。整个系统包括汽车端的汽车行驶状态记录仪和计算机端的汽车行驶信息数据分析软件两部分, 前者记录下的状态数据最终送到计算机, 由计算机侧相应的分析软件来分析, 这样得到的结果有助于运输企业和管理部门监控车辆的运行状态, 加强对车辆和驾驶员的管理, 同时也可为交通管理部门对汽车事故处理提供相应的技术手段。这里仅介绍汽车端的汽车行驶状态记录仪的设计 (以下简称记录仪) 。

1 记录仪系统的功能和主要性能指标

1.1 系统的主要功能

1) 能够实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息, 包括速度、里程等重要数据。2) 可记录驾驶员信息 (如姓名、工号等) 和汽车信息 (如车号等) , 为有关部门检查提供必要的信息。3) 安装在汽车上的汽车行驶状态记录仪可进行输入信息的提示, 同时还要有实时信息的显示, 并可根据用户要求或设置, 另外还要具备汽车超速时的报警功能。4) 具有数据通信功能, 可以将记录仪系统与PC机和U盘等设备进行数据传输。

1.2 系统的主要性能指标

1) 合适的数据记录频率:速度的采样周期可设置为1次/s~0.2次/s。2) 一定的数据记录容量:0~240h。3) 较长的数据存储时间:掉电情况下可至少保存10年以上。4) 监测汽车行驶速度范围:0~240km/h。5) 记录需要的汽车行驶数据, 包括速度、里程、超速度及时间、停车次数及时间。6) 可以存储驾驶员信息、汽车信息、发车时间和到站时间。7) 要能够抗电磁干扰、防火、防潮、抗冲击。8) 尺寸大小合适, 便于在汽车上安装。

2 系统的总体构思

本系统主要包括数据采集、数据存储、液晶显示和键盘电路、单片机系统和通信接口等几个功能模块。系统的总体结构框图如图1所示。

3 系统的硬件设计

3.1 供电电源模块

目前汽车内部产生的供电是+12V, 而记录仪正常工作时, 本身芯片所需的电压为5V。为了保证记录仪的正常工作, 所以系统需要供电模块来实现+12V~+5V的电源变换。因此选用D C/D C变换器M C 34063组成D C/D C降压变换器。

3.2 单片机系统

对于整个汽车记录仪而言, 单片机是整个系统的核心部分, 本系统采用了PH ILIPS公司生产的P89C 51R D 2单片机。该芯片除了具有256字节的内部R A M, 还扩展了768字节的R A M空间, 完全能够满足程序运行期间所需要的比较大的数据空间, 无需扩展外部R A M, 使系统更可靠和更经济。并且P89C 5lR D 2中的在系统编程和在应用中编程功能可以通过串口对汽车行驶记录仪进行软件升级, 极大的方便了记录仪的维护工作, 为汽车行驶记录仪功能的完善提供了便利。

3.3 信号采集模块

本系统采集的信号主要分为三个部分:车速信号、开关量信号以及和实时时钟数据, 对不同种类的信号采用不同的采集方式。时钟数据采集由实时时钟模块完成。1) 车速信号的采集。车速信号的采集主要是通过霍尔传感器把车速转换车脉冲信号来实现的, 即汽车行驶过程中轮子每转一周会通过内部的霍尔传感器送给系统一对差分信号, 系统通过信号采集模块获得一个对应的脉冲信号, 通过对该脉冲信号计数, 以及已知的轮子直径信息计算, 得到车子的运行速度。为了防止汽车围环境的干扰, 切断输入和输出通道间直接的电信号联系, 本系统采用了光电隔离电路。采集到的车速脉冲信号由单片机P89C 51的外部中断TN X0捕捉进行采集。另外用定时器记录脉冲的输出间隔, 从而计算出里程、车速等实时数据, 用以保存和输出。2) 开关量信号采集。开关量信号包括车门、左灯、右灯、倒车灯、远光灯、近光灯、刹车、汽车喇叭等信号。这些开关信号先经过TLP521光耦隔离处理后直接输入到单片机P89C 51的P1口。系统每隔0.2s对开关量信号和1路脉冲信号采集一次, 处理器只要将P1口的状态直接读入就可以了。

3.4 实时时钟模块

在前面对系统的功能指标要求中提到数据记录容量要求在0~240小时, 数据存储时间在掉电情况下要求至少保存10年以上。为了准确地记录车辆行驶状态, 并对异常情况下的断电时间进行记录, 因此选择实时时钟芯片来提供日期和时间。本系统中选用D A LLA S半导体公司的芯片D S12887, D S12887实时时钟芯片可以产生详细的时间和日期信息, 可以记录汽车信息过程中各种状态发生时对应的时间信息, 它可以满足系统的功能要求。

3.5 数据存储模块

汽车记录仪的核心功能就是完成汽车在行驶过程中的各种状态参量数据的及时记录, 并对这些数据进行可靠的存储保护。本系统对数据的存储器要求很高, 需要从以下几个方面考虑:1) 掉电后数据需要保存;2) 可擦写次数多;3) 可靠性高。故本系统采用了A tm el公司生产的串行大容量可擦写的可编程存储器A T24C 512芯片作为数据存储模块。

3.6 显示和键盘模块

1) 键盘模块。键盘是单片机应用系统最常用的输入设备, 可以通过键盘向系统输入一些信息, 如设计人员通过键盘向单片机系统输入指令、地址和数据等, 实现简单的人际通信。在本系统中, 键盘主要是用来输入驾驶员和车辆的一些信息等, 它是由单片机控制的。2) 液晶显示模块。本系统要求能够进行字符、数字和汉字的显示, 因此选用了内含KS0108B/H D 61202控制器的图形液晶显示器G XM 12864, 它是一种采用低功耗C M O S技术实现的点阵图形LC D模块, 有8位微处理器接口, 通过内部的128 X 64位映射D D R A M (D isplay D ata R A M) 实现128X 64点大小的平板显示。

3.7 通信模块

本记录仪的通信模块是根据记录仪的国家标准要求同时配置以下两种接口:标准R S232C D型9针接口和U SB (通用串行总线) 标准接口来实现与数据分析系统的数据传输。

P89C 51R D 2片上带有全双工串行通信接口, 可以使用它来实现与PC机和键盘显示模块之间的通信。本系统采用M A XIM公司的M A X232芯片实现了单片机和PC机之间的TTL与R S232电平之间的双向转换。

另外, 本系统采用了C ypress公司生产的SL811H ST接口芯片和51系列单片机来实现U SB接口功能。

4 系统的软件设计

系统的功能决定了系统的软件设计。本系统的软件设计采用模块化设计的方法, 整个系统程序包括主程序、数据采集子程序、数据存储子程序、时钟的设置和获取子程序、液晶显示键盘子程序、通信子程序等。所有的程序均采用C语言编写, 可以很方便地调试和下载程序代码。本系统主流程如图2所示。

5 系统抗干扰设计

记录仪主机的干扰源主要来自内部和外部两个方面。内部干扰源有:1) 信号线之间的串扰;2) 相邻回路耦合造成的干扰;3) 元器件布局不合理造成的干扰;4) 寄生振荡等。外部干扰源主要有电磁干扰、电源波动造成的干扰以及环境干扰等。针对本系统可能存在的上述干扰, 本文采取了一些措施, 尽量减少干扰:1) 通道干扰采用光电隔离措施;2) 对印制电路板进行抗干扰设计;3) 对电源进行抗干扰设计。

6 结语

本文主要是结合汽车行驶记录仪国家标准G B/T19056-2003设计了一种基于单片机的汽车记录仪系统, 主要对该记录仪的硬件系统、软件系统的实现进行了叙述, 并介绍了本系统的抗干扰设计。该记录仪系统还有待改进和完善的地方, 需要在今后做进一步的深入研究。例如可研究采用嵌入式系统来设计该记录仪, 可进一步扩展记录仪的功能。

参考文献

[1]白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲.电子工业出版社[M], 2009.

篇4：基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

1 汽车安全行驶的内容以及影响因素

汽车安全行驶, 主要是指汽车在行驶的过程中, 尽量避免交通事故的发生, 一般交通事故的安全性分有主动、被动以及事故后、生态性安全性四种。要想提高汽车行驶的安全性, 提高汽车本身的性能安全性非常有必要, 好的汽车安全性能可以有效的避免车祸的发生, 减轻车祸所造成的伤害。

影响汽车安全行驶的因素主要有三个, 分别是车、人以及环境。这三种因素中, 人这一影响因素最为重要。驾驶员在车的行驶过程中扮演着主导者的地位, 行车的行驶是否安全很大程度上与驾驶员的驾车技术、驾车遵守交通规则的素质以及驾驶员的心理素质等有关。

通常情况下, 行动受心理的驱使, 在复杂的交通道路上, 要想车辆安全行驶, 离不开驾驶员积极的心理素质。很多交通事故是由于驾驶员在驾驶的过程中不遵守交通规则, 驾驶员拥有强烈的安全意识, 严格遵守交通法律法规, 可以有效的减少交通事故发生的概率。像酒后驾驶, 超速行驶, 闯红灯等这些违反交通规则的行为, 对汽车安全行驶造成了很大的威胁, 虽然许多国家都有采取法律对这些违反交通规则的行为进行制约, 但是, 很多驾驶员对交通法律仍然无视、大意, 存在着侥幸心理, 认为自己不会那么倒霉, 不幸不会降临在自己的身上, 但是, 很多交通事故就是在驾驶员的这种侥幸心理下发生的。

车辆的行驶安全除了与驾驶员有很大的关系外, 还很大的程度上与驾驶的环境有关, 比如道路结冰, 连续暴雨等特殊的天气都会给行车安全造成很大的威胁。所以当遇到恶劣的天气时, 一定要放慢行车的速度。

车辆行驶安全除了与人以及环境有关外, 还与车辆自身的性能有关。如果车辆本身的安全性能高, 可以有效减小交通事故发生的几率, 同时还能减轻交通事故造成的后果。遇到无法避免的车祸, 要想保障车上的人的安全, 就需要靠车辆自身的安全设备的保护。

2 电子技术在汽车安全行驶上的作用

汽车使用量的极速上升, 导致汽车的安全性在当下引起了人们的高度关注。为有效的保障汽车行驶的安全性, 政府的相关部门为交通驾驶的安全制定了相关的法律法规, 但是, 仍然无法组织交通事故高概率的发生, 为了有效的保障乘车者的安全, 汽车的生产商必须利用当今信息社会下的电子信息技术在各方面提高汽车的安全性能。利用电子技术提高汽车安全行驶性能主要表现在汽车主动安全性、被动安全性、事故后安全性三个方面。

2.1 主动安全性技术

汽车行驶的主动性安全主要是指, 在事故即将发生时, 紧急操作控制车辆行驶方向和速度, 有效阻止车祸发生的能力。以及在汽车正常行驶的状态下, 车辆的行驶、环境、感觉、操作的安全性。

主动安全性技术主要有防抱死制动系统、驱动防滑系统、电子制动力分配系统、电子稳定程序系统、电控悬架、动力专享系统、主动避障系统、一体化地盘控制系统、轮胎监控系统。

2.2 被动安全性技术

汽车行驶的被动性安全主要指的是, 当汽车发生交通事故时, 汽车可以减轻交通事故所造成的后果的能力, 一般将汽车行驶的被动性安全分为汽车内部和汽车外部安全性两种。

汽车行驶的被动性安全装置包括有安全带, 安全带虽然看起来很简单, 可是对汽车行驶的被动性安全起着重要的意义, 安全带有好的也有坏的, 主要从安全带的收紧功能判断, 收紧功能好的的安全带, 安全系数更高。很多车, 在行驶过程中, 在遇到紧急突然被拉的情况下, 安全带并不会随着发生变化, 根据这种原理, 可以将乘客有效的固定在位置上。除了安全带, 还有一种最常见的汽车形式的被动性安全装置就是安全气囊, 当乘客遇到突然撞击时, 安全气囊可以有效的对乘客的头部以及胸部进行保护, 从而避免乘客汽车之间发生碰撞, 从而有效的减轻交通事故对乘客所造成的伤害。除了安全带以及安全气囊这两种重要的汽车被动性行驶安全配置之外, 还有一个对汽车行驶被动性安全最重要也是最容易被大家忽略的车体结构。座椅, 踏板、转向柱等都可以对乘客的安全进行保护。

2.3 事故后安全性技术

汽车行驶的事故后安全主要指的是, 在汽车发生交通事故后, 减轻事故造成后果, 以及避免新事故发生的能力。常见的用于事故后安全性技术的电子装备有GPS救援、门锁禁忌施放等系统。

3 结束语

随着信息技术的发展以及对汽车安全性的要求的提高, 电子信息技术越来越广泛应用于汽车安全技术中, 人们对汽车安全技术的要求逐渐从减轻碰撞造成的后果, 到预防交通事故发生。汽车的安全性逐渐从被动走向主动。将电子技术广泛应用于汽车安全技术中, 可有效提高汽车的安全性能, 为行车提供更安全、方便、舒适的环境。

摘要：随着社会经济的发展, 国民的生活水平逐渐提高, 汽车逐渐成为人们生活必不可少的交通工具, 随着汽车产业现代化的发展, 电子技术广泛应用于汽车行驶安全装置中。本文简要介绍汽车安全行驶的内容以及影响安全行驶的因素, 并提出一些应用电子技术提高汽车安全行驶性能的方法。

关键词：电子技术,汽车,安全行驶

参考文献

[1]王勤.浅谈电子技术对汽车安全行驶的作用[J].技术广场, 2014 (24) .

篇5：基于蜜场技术的主动防护安全系统

一、蜜罐与蜜场技术

"蜜网项目组" (The Honeynet Project) 的创始人Lance Spitzner给出了对蜜罐的权威定义[1]:蜜罐是一种安全资源, 其价值在于被扫描、攻击和攻陷。蜜罐的核心价值在于对攻击活动进行监视、检测和分析, 通过分析, 从面获取攻击者的攻击策略, 了解攻击者所使用的工具, 洞悉攻击者的动机, 通过了解、学习攻击者的攻击技术, 反过来对网络做出更好的防护。蜜场技术包含在蜜网项目组提出的第三代技术中, 它为了在大型的分布式网络中方便地部署和维护一些蜜罐, 对各个子网的安全威胁进行收集, 提出的一个概念, 它结合了传统的蜜罐技术和攻击检测技术, 分布式的部署探测器, 依靠重定向工具, 将攻击重定向至集中布署的蜜罐系统中, 融入了更强大的数据捕获、数据分析和数据控制的工具。蜜场模型的优越性在于其集中性, 集中部署的蜜场可以作为安全操作中心的一个组成部分, 由安全专业研究和管理人员进行部署和维护。蜜场模型的集中性也使得蜜罐的维护和更新、规范化管理及数据分析都变得较为简单。此外, 将蜜罐集中部署在蜜场中还减少了各个子网内的安全风险, 并有利于对引入的安全风险进行控制。

图1所示为一个简单布署的蜜场环境。通过在目标网络入口处布署检测器, 对所有进入数据进行检测, 检测到的安全威胁通过重定向器重定向到集中布署的蜜场环境中。蜜场环境一般来说由数台电脑组成 (或在一台电脑上通过虚拟机来模拟数台电脑) , 并配以各种必要的软、硬件, 运行方式模拟目标网络, 在这个系统内安装有各种数据控制工具, 把攻击者的行为控制在允许的范围内, 且不让攻击者不察觉被监视和约束, 这样攻击者就有可能在这个系统内放心的采用各种他已掌握但未公开的技术、工具试图攻击其他网络。但是由于这个系统采用了严密的数据控制, 攻击者只可能让部署者获取了攻击相关信息, 却无法真正实现攻击。一旦攻击者行为的后果超出了部署者可承受的范围内, 可以马上中断联接, 由于诱骗系统不是真实的目标网络, 即使受损, 危害程度也是可以接受的。

二、基于蜜场技术的网络主动防护系统设计

基于蜜场技术的网络主动防护系统方案充分应用了蜜蜜场技术的优点, 从体系结构上看, 该方案主要由以下部分构成:威胁检测器, 重定向器, 蜜场。结构图如图2:

在每个受保护子网中, 部署一台威胁检测器和重定向器, 负责对子网进行安全威胁预警、安全威胁检测、网络攻击检测、非业务访问探测, 并将非业务性连接重定向到蜜场中。蜜场由多个蜜罐系统组成, 在蜜场中既有传统的高交互型蜜罐, 也有运行拦截代理的主机, 负责攻击诱骗、业务伪装、诱骗环境动态伪装、网络攻击重定向、攻击分析、攻击证据收集、安全威胁态势感知、关联分析/特征码提取。蜜场接受重定向后的请求, 高交互型蜜罐提供给黑客一个真实的交互平台, 拦截代理则实时模拟黑客的入侵目标, 迷惑黑客。在蜜场中还可设置honeywall网关, honeywall网关是蜜网项目组开发的第二代蜜网控制工具, 主要作用是用来控制黑客在蜜场中的行为, 同时还具有数据收集和自动告警功能, 从而保障蜜场具有极高的安全性。

三、技术分析

该方案从现存的各种威胁中提取有用的信息, 对攻击者进行深入的取证分析, 从而针对性的进行安全防御, 具有以下几个突出优点:

(1) 有效地对一个大型网络提供防护功能, 安全性较强。蜜罐集中在蜜场中, 采用了威胁检测器、重定向器等数据控制设备, 将攻击集中到蜜场中, 而蜜场通过数据控制工具对攻击进行有效控制, 即使被攻破, 想以蜜场做为跳板发起对外攻击几乎是不可能的。黑客发起的对受保护子网的攻击被限制在蜜场, 这样就把部署主动防护系统所带来的对目标网络的安全威胁降到最低。

(2) 部署方便。与传统的在网络多个地方部署高交互型蜜罐的方法不同, 方案采用蜜场技术, 通过集中部署高交互型蜜罐, 既降低了部署和维护的工作量, 又提高了安全性。

四、结论

蜜场技术为大型网络的安全防护提供了一个新的思路, 本文提出了一个基于蜜场技术的网络安全防护方案, 方案在易于配置与部署的基础上, 通过蜜场有效地提高了的对目标网络的安全防护, 有着较为广泛的应用空间。方案的实现, 还需要在外内部安全威胁的判别、重定向、攻击的跟踪、系统防护的实时响应等方面进行研究。

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篇6：基于智能交通系统的汽车行驶主动安全技术

汽车安全主要关心的是驾驶员在驾驶过程中,遇到不断变化的交通状况时,如何保持汽车和人的安全性。目前,已经开发出来的是先进的巡航辅助高速公路系统(AHS),其通过安装在公路两旁的监测通讯设备,使车辆自动与车道上的标志、周围车辆或智能交通设施相互配合。但是,在蜿蜒的山路、偏远的地区等路况不佳的地方,不能处处安装这些监测通讯设备,即使在部分路段安装了这些设备,维护和保护其可靠性、安全性也是非常困难的,同时还会耗费大量的人力和财力。而且,通过分析AHS系统的工作原理[1],发现AHS系统不能获得汽车运行的实时信息,如:汽车的位置、汽车的速度、刹车扭矩等;更不能进行将要发生事故的两车间传输两车位置、接近速度等重要信息的车间通信。因此,AHS系统仅能探测到交通事故的发生,而不能有效地采取主动方式来预防交通事故的发生。

本文所介绍的系统不需要安装在道路两旁的监测通信设备,就能够在汽车行驶过程中,相互传递彼此靠近的汽车行驶信息,并且在适当情况下能够做出主动预防措施,这样就可以应付各种潜在的危险状况,从而有效地阻止交通事故的发生。因此该系统可以看作是未来ITS技术的发展的一部分,具有重大的实用价值和理论意义。

1 驾驶辅助系统组成

图1所示为基于ITS的驾驶辅助系统原理示意图,它主要由GPS和CCD相机探测模块、通信模块和控制模块等组成。其中,GPS和CCD相机探测模块通过GPS接收机接收GPS卫星信号,求出该车的经纬度坐标、速度、时间等信息,利用安装在汽车前部和后部的CCD相机,实时观察道路两旁的状况;通信模块可以发送检测到的相关信息并在相互靠近的汽车之间实时地传输行驶信息;控制模块可以在即将出现事故的时候做出主动控制,从而避免事故的发生。

1.1 GPS模块和CCD相机探测模块[2,3,4,5]

在汽车驾驶过程中,最容易出现碰撞事故的地方就是在拐角处,这是因为汽车设计过程中,其前视窗有视野死角,使得驾驶者在转弯时没有很好的视野,从而不能对即将发生的事故做出迅速明确的判断。为了最大限度地消除视野死角问题,驾驶辅助系统利用GPS和CCD相机探测模块得到车辆的行驶数据,包括车辆的位置、速度、两车接近速度等。

为了反映车间的距离位置信息,这里将地理信息系统(GIS)中的道路信息融入GPS定位数据系统,构成融合GPS信息系统。在GIS中,为了真实地反映地理实体,记录的数据不仅包含实体的位置、形状、大小和属性,还记录了实体间的相互关系,这样结合能够很好地满足本系统的需要。因此,GPS卫星传递的位置信息不仅包括汽车所处的经度和纬度,还包括海拔高度以及车辆间的位置关系,这样就能够更为精确地表示出汽车所处的地理位置,避免两车间信息传递出现“立交桥情况”(如图2),不会使汽车做出错误判断,而导致不必要的状况发生。

安装在汽车前部和后部的CCD相机即 “盲区探测器”,其作用是能够实时观察道路两旁的状况。其中,前部CCD可以在转角处提前探测转弯后的路况,判断有无驶近的车辆;后部CCD可以看到后面车辆行驶情况,判断有无车辆影响本车转弯、超车等操作。

图3所示为利用GPS和CCD相机判断危险发生并根据危险做出判断操作的过程示意框图。首先,判断是否有车辆驶近本车,并且将最危险的接近车辆作为通信对象;其次,通过Ad Hoc无线网络通信,获得本车与目标车的行驶信息,包括速度、位置、刹车扭矩等。根据这些信息,判断目标车的行驶状况是否正常。当监测到的信息显示目标车运行不正常,则两车间互相传递诸如刹车扭矩等的重要信息,并且根据具体情况,实时地通过CCD相机获得两车间的距离信息,在特定情况下,两车MCU控制器均会采取主动或自动刹车,从而避免两车相撞,同时司机也可以通过车内的监视屏来看到这些信息。即使在行驶过程中,出现不同的危险状况,驾驶辅助系统都能够根据从GPS和CCD相机得到的信息,针对不同的行驶状况,做出正确精确的操作。

1.2 通信模块[6,7,8]

移动Ad Hoc网络由汽车上装载的无线终端相互作用而形成,无需其他有线和无线网络支持。其中,每辆汽车都是移动Ad Hoc网络中的移动节点,而且可以自由地加入或离开网络。移动Ad Hoc网络中没有网络基础设施(如蜂窝网中的基站),所有移动节点分布式运行,具有路由功能,利用一定的协议,使得移动节点自身可以发现和维护其他节点的路由。除适合本驾驶辅助系统的数据信息传输外,还具有一些蜂窝移动网络不具备的优点:

(1) 可以随时建立网络,在没有其他通信设施的情况下使用,大大节省运营成本;

(2) 不受固定拓扑结构的限制,具有很强的容错性和鲁棒性,在某些极端恶劣的情况下,即使部分探测汽车出现故障,网络仍能正常运行。

驾驶辅助系统依靠车辆间的状态信息相互传递,监测行车状态,可以保护行车的安全性,包括调节行驶状态,避免恶性碰撞。目前,现有的系统能够警告驾驶者危险状况的来临,但不能自主做出预防措施,而本系统则弥补了这个缺陷。利用Ad Hoc网络传送的信息主要包括两种:

(1) 定时传输由GPS和CCD相机以及车内部分传感器得到的状态信息,如:车辆的位置、行驶速度、刹车扭矩等。根据研究,这些状态信息应以非常高的频率传递,网络中的每辆车每秒大约传输5~50次。

(2) 危险情况的警告信息。与上面定时发送的信息不同,这些警告信息有可能来自通信范围内的通信车辆,节点离得较远,因此需要多跳传输,所以这种信息只有当危险情况出现时才发出。

因此利用移动Ad Hoc网络传输的系统能对车辆行驶状况实施实时动态采集,具有建设成本低、周期短、维护费用低的特点,适合我国智能交通发展的现状。但移动Ad Hoc网络拓扑结构和物理层协议设计、采集信息的处理与其对未来路况预测等问题还有待解决。

1.3 控制模块

通过Ad Hoc网络传递过来的车辆信息进入车内整车控制器时,会对所得到的数据进行分析处理。如果分析的结果安全,不做出任何措施;当分析的结果出现警告时,则做出主动预防措施,其过程如图4所示。

整车控制器是汽车控制的核心,它根据输入信号,判断汽车当前状态,并经过一定的控制逻辑和控制算法的判断分析,确定向各子系统发出当前控制信号的量值。如图4所示,速度信号表征当前整车对输出驱动扭矩的需求量,同理,制动踏板信号表示对整车制动扭矩的需求。本文所研究的汽车控制策略采用的是电力辅助控制策略。发动机MCU 根据总成控制器发出的发动机油门信号,结合当前的发动机转速,确定出所需供油量和喷油定时,使电喷发动机通过有效组织燃烧向扭矩耦合器输出扭矩。电机驱动系统根据输入的表征电机扭矩大小的电机油门信号,以及电机工作模式信号决定电机的驱动扭矩输出。

整车控制器根据驾驶员制动踏板及当前车速计算出所需机械制动扭矩值,以得到机械制动系统的制动指令,与原车相比,车轮制动力分别来自产生摩擦制动的制动系统和产生回馈制动的动力传动系统,增加的回馈制动功能由混合动力及传动系统实现,回馈制动力来自电机的制动力矩,并通过传动系统施加于驱动轮上,而回馈制动的能量则通过传动系统传回电机。这样提高了制动的可靠性,从而增加了驾驶辅助系统的可靠性和安全性。

2 车辆定位原理

若要使驾驶辅助系统安全可靠地运行,汽车间重要行驶信息的传递是关键,如何确定与本车进行通信的汽车更是基础。判断过程如图5所示,分为4个步骤。

(1) 假设这是一个从四面八方行进的车行流模型(如图5(a)所示);

(2) 与本车同方向行驶的目标车对本车没有威胁,因此从候选对象中去除(如图5(b)所示);

(3) 本车行驶目的地不同的车辆也从候选对象中去除(图5(c)所示);

(4) 把余下的车辆当作通信候选对象。

在判断车辆行驶方向的过程中,分析GPS传递过来的信号,通过车辆的位置改变来判断汽车行驶方向;并且在汽车内部,安装陀螺传感器可直接检测出汽车前进的方向。当两个信息所显示的行进方向相同时,就按以上去除规则进行通讯候选车辆的排除;当两个信息所显示的行进方向不同时,则保留作为通讯候选车辆。剩下的候选通信车辆,通过GPS接收机接收GPS卫星信号,求出该车的经纬度坐标、速度、时间等信息。由这些信息可以算出车辆之间的距离,车辆间靠近速度等参数,将距离最近和靠近速度最快的汽车作为通信对象。

为提高汽车定位精度,本系统采用了差分GPS技术。当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物而捕获不到GPS卫星信号时,系统可自动导入自律导航系统,此时由车速传感器检测出汽车的行进速度,通过微处理单元的数据处理,从速度和时间中直接算出前进的距离以及车间的距离和靠近速度。由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标资料、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差,为修正两者的误差,所以融入GIS系统,采用地图匹配技术,加一个地图匹配电路,对汽车行驶的路线与电子地图上道路之间的误差进行实时相关匹配进行自动修正,此时地图匹配电路是通过微处理单元的整理程序进行快速处理,得到汽车在电子地图上的正确位置,以指示出正确行驶路线。

3 结 语

驾驶辅助系统,通过所获得的GPS和CCD相机的信号,实时地对车辆行驶过程中的状态信息进行监测,对潜在发生的碰撞事故实时进行预判,当判断结果显示将要发生碰撞事故时,通过Ad Hoc网,进行车辆间的无线通信,将本车行驶参数以及与之通信车的行驶参数互相传递,传输到车内的微控制器中,使得微控制器发出操作指令,提醒司机做出控制,当情况特别紧急时,可以直接对车辆进行恰当的控制。由于驾驶辅助系统不需要安装在道路两旁的固定监测设备,因此,该系统对于未来的ITS是非常有效的。

摘要：在当今社会中,地面交通系统对人们的生活起到了至关重要的作用。但是,频繁的车祸使得人们对汽车安全愈加重视。采用智能交通系统(ITS)的思想,针对汽车视野死角的问题,提出了一种驾驶辅助系统。该系统通过GPS,CCD相机来判断车所处的位置、汽车间的车速、刹车扭矩等,并通过无线自组织网(Ad Hoc)进行车间通信,使车载MCU能够判断并做出主动预防碰撞措施。

关键词：智能交通系统,驾驶辅助系统,GPS,无线自组织网,主动预防碰撞

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