基于嵌入式的车载主动安全系统的应用方案设计.doc

1、基于嵌入式的车载主动安全系统的应用方案设计摘 要通过对车载主动安全系统的研究，设计在事故发生前提醒，避免事故发生的主动安全预防的解决方案。以实现降低交通事故发生率，减小交通事故带来的危害的目的。本方案主要通过嵌入式系统的智能化，结合传感器、图像监控系统、近红外夜视技术和电子机械制动系统等技术，提出方案设计的思考。同时，采用嵌入式技术，还可有效解决以往通过 PC 机平台出现的冗余功能部分和相对庞大的体积等，给车载系统带来的不利影响和高额成本。 【关键词】车载主动安全系统 主动制动 夜间预警 道路反馈 随着全球机动车保有量的增加，面临的交通安全形势日益严峻，汽车消费者和政府管理者对汽车安全性的期望

2、越来越高，仅靠普通的刹车系统、安全气囊等被动防御技术已无法解决如此严峻的交通问题，发展以预防为核心的先进汽车主动安全技术已成为现代交通的迫切要求。 在互联设备日渐丰富的今天，汽车已不仅仅是帮助我们从 A 点到 B点的工具。在对未来的规划中，减少事故的发生，解放人类成为了新时代研发的愿景，基于嵌入式的电子化智能系统成为了达到这一目标的利器。如何将汽车主动安全的理念与飞速发展的电子系统相结合，成为了当今重要的研究课题。 1 总体设计 基于人车路危险状态监控的汽车主动安全预警与干预系统，主要包括行车环境与车辆状态的全向感知技术、基于驾驶人监控与行为辨识技术的安全驾驶策略优化技术、基于交通环境和驾驶人

3、状态的适应式干预技术等关键技术。该系统以人（驾驶员）为中心，人与车载系统，以及道路系统的反馈，达到共同感知、共同决策，协同工作，实现功能互补。 系统的功能结构如图 1 所示。在这个系统中，动态环境信息、汽车运行状态信息在被驾驶员感知的同时，通过各种车载传感器传递到嵌入式系统。嵌入式系统将决策结果一部分直接传递给汽车各种主动安全装置，一部分传递给驾驶员，供驾驶员参考、决策。驾驶员结合自己的实际情况，作出相应的决策，采取相应的措施，实现各种先进技术的一体化。 在汽车主动安全系统中，驾驶员能够访问诸如：道路情况、线路方向、故障诊断、防撞警告和驾驶员的身体状况等多方面信息。由于相关数据过多，会引起在某

4、个给定时间内，驾驶员难以同时接受大量的信息。那么，就需要汽车本身具有“数据过滤”的过程，在“安全优先”为最高优先级别的总原则下，进行数据信息的过滤。 2 城市低速主动制动方案 主动刹车制动是指车辆在非自适应巡航的情况下正常行驶，如车辆遇到突发危险情况时能自身主动产生制动效果让车辆减速（但具备这种功能的车辆并不一定能够将车辆完全刹停） ，从而提高行车安全性的制动方案。 有数据统计表明，75%的追尾事故都发生在大约 30km/h 的速度下，而本系统能够有效避免这些追尾事故：当车辆的速度达到 30km/h 时，这套主动制动系统就会自动启动，通过前风挡上的光学雷达系统监视交通状况，尤其是车头前 6 米

5、内的情况。如图 2 所示，当前车刹车、停止或者有其它障碍物的时候，这套系统首先会自动在刹车系统上加力，以帮助驾驶员在做出动作前缩短刹车距离；或者它还可以通过调整方向盘，来改变车辆行驶路径，以避开障碍物。当然，如果距离障碍物已经很近，这套系统会自动紧急刹车而无需驾驶员的操作，帮助驾驶员避免城市交通常见的低速行驶时的追尾事故。 由于是低速主动制动，因此该系统的分析计算速度达到每秒 50 次即可，根据距离和车速等方面准确的分析出，需要在什么时候刹车才能够避免事故的发生。而且这套系统在白天和夜间都可以正常使用，不过和其它雷达装置一样，在有雾、下雨和下雪的时候都会受到一定的限制。 3 高速主动制动安全方

6、案 在高速紧急制动过程中，采用电子机械制动系统 （electro-mechanical braking，简称 EMB）作为制动方案。所谓电子机械制动系统，就是将传统液压或气压制动执行元件转变为电驱动元件，便于实现线控制动（BBW：brake-by-wire） 。它是一种全新的制动理念，主要采用制动系统 ECU 控制直流力矩电机产生制动力，形成行车制动。由于线控制动系统均采用电子控制装置，能更好的与 ABS、ESP 等其他电子控制方式结合，易于融入整车的电子通讯网络，明显提高汽车的主动安全性；并且使用电控方式取消了各种液压元件，减少了液压油由油泵通过液压管路传递到制动主缸的时间消耗，响应速度得以

7、极大提升。 由于 EMB 完全采用电子控制装置，如图 3 所示，在系统设计时，易于融入整车电子通讯网络，EMB 系统的电子控制器根据电子踏板模块传感器的位移和速度信号，并且结合车速等其它传感器信号，通过整车的电子通讯网络与 ABS、ESP、ACC、EFBA 等其他控制方式相结合，向车轮制动模块的电机发出信号，控制其电流和转子转角，进而产生所需的制动力，能极大的提高汽车主动安全性能。 在本方案设计过程中，主要考虑以下因素： 在约 90%的紧急制动情况下，驾驶员往往缺乏果断，不能迅速踩下制动踏板产生紧急制动的效果；或即使能迅速踩下制动踏板，但却力度不足，制动系统会判断驾驶员采用的是点制动，同样不能

8、产生紧急制动。 在这些情况下，制动系统 ECU 利用踏板位移传感器、踏板力模拟机构、踏板力传感器等感知驾驶员对制动踏板踩踏的速度和力度大小，得到驾驶员的目标制动力信号，以此判断驾驶员此次制动的意图。 因此，经驾驶员意图感知系统计算，如果分析其属于非常紧急的制动，制动系统 ECU 就会指示制动系统产生更高的制动力，控制 ABS 发挥作用，从而使制动力快速产生，减小制动距离；而对于正常情况的制动，ECU 则会通过判断不予启动 ABS。通常情况下，制动踏板的感知及判断响应速度都会远远快于驾驶员，这大大的缩短了制动距离，极大的增加行车主动安全性。 4 夜间预警方案 在夜间开车时，多数驾驶人从发现前方有

9、人或障碍物，到做出刹车动作的应急反应时间大约为 1 秒，即汽车在 120km/h 的速度时已经跑了33m，而从 120km/h 到完全停止的制动距离在 50m 以上。因此，当驾驶员在 120km/h 的速度时，必须看到前方 80m 以外的视野，至少要给驾驶员3 秒的应急处理时间。可是，汽车近光灯的有效可视距离为 30-50m，远光灯的有效可视距离 70m，故在夜间行车必须注意力非常集中，一点都不能分神，否则后果很严重。 在夜间行车时，采用“近红外汽车夜视系统技术”作为预警方案。所谓近红外主动成像，就是通过主动发出近红外光进行成像的技术。采用该技术，在夜间行车时，能见度无论高低，可自动匹配车速，

10、智能变焦，给驾驶员带来更宽、更远的视野范围，距离可达 150 米-400 米，这意味着采用近红外汽车夜视系统，可以让驾驶员提前 3-6 秒发现人或障碍物，可提前做好应急处理，为夜晚行车的安全系数提高 2-3 倍。 汽车夜视系统主要由嵌入式主控制器与四大传感器组成。 汽车夜视安全系统配置的 4 大传感器（如图 4 所示）分别为： （1）图像传感器，在低照底或者零照度时，通过红外补光，感应波长为近红外的波段进行成像。 （2）照度传感器，自动检测场境的照度高或低，当检测到场景为高照度时，红外夜视不会启动，当检测到场景为低照度或照度为零时，红外夜视会自动启动，为汽车主动安全系统补光，给驾驶员带来更宽更

11、远的行车视野，当遇到强光时，则会对强光进行抑制。 （3）行人探测传感器，当检测到前方有行人或大型障碍物时，系统会自动发出语音报警。 （4）车道偏离传感器，当检测到汽车偏离行车道时，系统会自动发出语音警报。 夜视系统为嵌入式主控制器分别连接摄像头和视频显示器；主控制器对摄像头采集的夜视图像进行分析，确定当前道路环境符合远光灯的开启条件后主控制器控制汽车远光灯开启进行夜视补光。由于采用上述的结构，该系统利用图像处理技术识别道路环境，结合道路安全行驶的法规，自动控制远光灯的开启和关闭，充分利用远光灯来实现近红外夜视系统的补光，提高了夜间驾车的安全性和舒适性。 5 道路反馈方案 随着汽车上传感器收集的

12、信息越来越多，通过路口设立道路信号状态监视、信息发送系统，如图 5 所示，车辆可实时得到更丰富的路况信息，由此，进行准确的逻辑判断，不仅增添躲避拥堵的功能，还能加入云端技术，当众多车辆反馈一个地区运动、拥堵情况较严重时，系统可以给车辆分配正确行驶路线，从躲避拥堵，变为疏通拥堵。 6 结论 通过利用智能化的嵌入式电子信息技术、传感技术、图像监控系统、近红外夜视技术和电子机械制动系统等技术的车载主动安全系统的方案设计，拓展了驾驶员的认知局限性，在人车路的综合信息中辨识是否存在安全隐患，并有效的提前避免。开发高性能的行车安全状态监控技术和信息服务平台，可为驾驶员提供有效的驾驶辅助，有效主动降低交通事故的发生率。 参考文献 1廖传锦.以人为中心的汽车主动安全预警信息系统研究D.北京：重庆大学博士学位论文，2005：4-5. 2主动刹车/城市安全系统.EBOL http：/ 2015. 3林逸，沈沉，王军，任忠生.汽车线控制动技术及发展J.汽车技术，2004（12）： 1-3. 4余健.基于 CAN 总线的行车电子制动系统电控单元的设计与实现D.吉林大学.2009.6-8. 5徐海峰，陈军，陈效华.一种汽车近红外夜视系统及其控制方法.P.中国，发明专利，CN201310439225.2，2014（01）. 作者单位 四川城市职业学院 四川省成都市 610110