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40;路线.车道保持辅助系统的基本原理为：系统通过车载传感器感知前方道路与当前车辆位置信息,由传感器及A/D转换送入计算机,然后经过偏移量以及偏移历程的辨识,再经控制算法的运算得出控制指令,该指令控制驱动电机输出转向、转速及转角等参数,通过机械连接传递到汽车转向盘,以调整车辆转向轮的转角,从而控制汽车保持期望的行车路线,并在不同的车速、载荷、风阻、路况下都具有良好的乘坐舒适性[16-17].图10所示为车道保持系统的系统结构图.
车道保持辅助系统按照实现功能可以大致分为3个模块,分别为信息感知模块、控制模块、转向执行机构模块.控制系统框图如图11所示.
在车道保持辅助系统中,信息感知模块可以分为环境信息感知以及车辆自身状态信息感知两部分.其中,车身自身感应系统包括转向盘转角传感器、横摆角速度传感器、加速度传感器和车速传感器等.控制模块为车道保持系统的核心部分,主要部件是计算机.控制模块根据信息感知模块获得的环境信息以及车辆位姿、行驶状态信息,通过一系列的算法进行计算,获得并且输出转向盘的控制信息.执行模块的主要部件为驱动电机及其电机驱动器.由控制模块输出的控制信号通过驱动电机带动转向盘的转向管柱或者转向拉杆完成对车辆的横向控制.
2.5汽车主动安全和被动安全电子控制综合技术[1]
随着主动安全技术的进一步发展,目前涌现出可实现主动安全性与被动安全性相结合的“综合主动及被动安全系统”技术.其具体的应用例之一是二次冲撞缓和系统（SecondaryCollisionMitigation,SCM).SCM是一种防止众多事故在发生一次冲撞后出现二次冲撞危险的技术.其中,最典型的例子是在高速公路上发生追尾后,撞向道路护栏及其它车辆.这时,SCM通过安全气囊的ECU检测到冲撞后,就会将相关信息发送至防侧滑装置（ESC）的ECU,通过启动ABS功能来实施完全制动.这样,在驾驶员不采取任何操作的情况下即可在最短的距离内将车辆停住.安全气囊的ECU会根据冲击力的大小,判断是否打开气囊、启动安全带预紧器.而ESC的ECU则是以在最短距离内将车辆平稳停住为目的.但是在驾驶员采取操作时,会优先执行驾驶员的操作,比如,当驾驶员判断追尾后实施紧急制动存在危险而踩下油门时,就会优先执行该操作而让车辆继续行驶.
目前最新的研究成果包括：通过将主动、被动安全系统及辅助驾驶系统建立成一个网络,创立了模块化的安全系统,即为整合主被动安全系统.该系统为实现先进的安全功能提供了基础,可更有效地防止事故发生.第1阶段整合主被动安全系统功能整合了ACC和ESP.第2阶段的开发成果是预测性碰撞警告系统,目前已经在部分高档车辆如奥迪Q7等上实现了批量生产.第3阶段的开发将推出预测性紧急制动系统,未来将能够使车辆在紧急状况下自行紧急制动.
2.6协调化集成式汽车主动安全电子控制技术
各种常规汽车主动安全系统都是对车轮及其周围部件产生作用,从而影响车轮和路面之间力的关系,所以它们之间不是彼此独立的,而是互相影响、互相联系和互相依赖的.在汽车主动安全系统日益增多的情况下,如果分别独立地去考虑和设计各种主动安全系统,然后再将它们融合起来,难免会出现某些控制功能不兼容甚至是冲突的现象,这与汽车主动安全控制的目标是背道而驰的,而且造成了控制资源的浪费,系统可靠性降低.所以,在设计阶段就将各种汽车主动安全系统综合起来,实现多层面集成式的全局优化控制,是十分重要且十分必要的.
目前德国大陆公司正在研发的ESPII系统就是基于上述思想的一种汽车主动安全系统.ESPII系统融合了ABS、TCS、AFS和DYC的功能,并在这些功能之上设置了更高一级的控制层.该高级控制层通过车载网络获得ABS、TCS、AFS和DYC的所有信息,通过一定的控制逻辑确定对各主动安全控制子功能的指令,再经由车载网络将控制指令传达至ABS、TCS、AFS和DYC.在较低一级的控制层中设置了制动控制器、发动机管理系统和转向控制器,分别独立实现ABS、TCS、AFS的功能,而汽车转向稳定性控制则由高级控制层统一管理和协调.ESPII系统可以对多个控制目标同时取得良好的控制效果,使安全性和舒适性得到整体的提高[18-21].
ESPII系统还只是初步体现了协调化集成式汽车主动安全控制的思想.未来的协调化全方位汽车主动安全控制还将融合各种其它的主动安全控制子功能,如汽车主动悬架及车身控制、汽车自动避撞系统等.这需要建立1个处于最高级别的控制层,它的主要功能是利用车载传感器系统和车载高速网络获知驾驶员操纵指令和整车运动特征,自行判别驾驶员意图和汽车行驶周围环境,并实时检测汽车运行状态.当汽车运行状态与驾驶员的驾驶意图不符或者进入不稳定区域,该高级别控制层将进行全面综合协调,确定各个主动安全子系统的合理分工,采用全局优化的方法得到最佳整车控制方案.当某个子系统出现故障时,高级别控制层将对分工策略进行及时的调整,仍然保证最佳的控制效果.可以说,未来的协调化全方位汽车主动安全控制真正实现了汽车的全局和谐控制.
2.7车-路协同式汽车主动安全控制技术
目前,国内外车载式驾驶安全辅助控制技术如主动避撞、ACC等,都是通过车载传感器（如摄像机、雷达等）感知行车环境信息,实现车辆的主动安全控制,保证行车安全.但这种自主式主动安全控制技术由于信息来源单一,探测行车环境方法局限,无法在较为复杂的交通环境中及时有效地探测各种与行车安全有关的信息,所以控制效果较差,不能适应现代交通的发展要求.
车-路协同式汽车主动安全控制技术是通过车路之间信息的交互与协同控制实现交通要素之间的一体化控制,扩大了车载安全控制系统的信息来源渠道,是解决事故频发、道路拥堵以及由此带来的污染加重等目前道路交通存在的严重问题的有效手段.同时该技术也是实现安全畅通环保的有效途径,是当前世界现代交通领域研究的热点和前沿技术[22-23].
车-路协同式汽车主动安全控制系统主要由车载系统和路侧设备两大模块组成.路侧设备包括各种信息探测装置和各种信息的无线通讯发射装置.信息探测装置用于获取交通管理部门提供的实时道路交通流量、实时道路限速、天气预报等信息,探测道路湿滑度、道路曲率线形等车载传感器探测不到的信息,以及获取由于交通环境复杂而导致车载探测装置无法有效探测的前方车辆、行人和障碍物等信息.这些信息通过路侧设备的无线通讯发射天线,向一定范围内进行广播.车载系统主要基于常规的汽车主动安全控制系统,包括行车信息感知及处理模块、行车安全状态判断及控制模块、控制执行模块.行车信息感知模块除了通过车载传感器、雷达、摄像头等获取行车环境信息以外,车载设备拥有无线信息获取装置,接收路侧设备向外广播的各种信息.这些信息整合到车载安全控制系统,对车辆进行主动安全控制.车路通信示意如图12所示.
车-路协同式汽车主动安全控制系统以车路无线信息实时交互技术为基础,通过先进的车载智能传感系统,识别车辆和行人等交通要素,辨识交通危险行为.通过路侧设备获取交通信号、交通规则、路面湿滑状态、道路线形等道路和交通环境信息,利用无线通讯装置将信息实时传送给行驶车辆,车辆通过车载智能传感器获取车外行人、车辆等行车环境信息,结合速度、加速度、横摆角度、转向盘转角等自车状态信息,辨识行车危险状态,评估人车和车车冲突风险,提供行车辅助、主动避撞和智能车速适应等安全控制策略,实现车―路协同式车辆安全控制.这样能有效降低拥堵,安全控制系统控制效果较好,提高了行车的安全性[24-25].
2.8车-车协同式汽车主动安全控制技术
如前所述,在当前复杂多变的交通环境中,依靠单一车辆的信号采集系统,无法全面、有效、及时地探测各种道路状况信息,从而容易引发交通安全事故和导致交通拥堵情况的发生.如果能将行驶在道路上的车辆连成1个局域网,使在这个局域网中的车辆进行信息共享,则能大大提高汽车安全控制系统获取行车环境信息的能力,提高行车安全性.例如在高速公路上行驶时,第1辆车因故突然紧急制动,跟随在后的第3、第4辆车由于视线受阻,无法第一时间获取这一信息.如果通过车-车间的信息交互,让后车早做准备,就能有效
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