区域智能交通车辆系统发展及其关键技术综述水.pdf

2 0 0 7 年(第2 9 卷)第3 期汽车工程A u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g2 0 0 7 0 4 1区域智能交通车辆系统发展及其关键技术综述水王荣本，张荣辉，金立生，郭烈(吉林大学交通学院，长春1 3 0 0 2 5)摘要综合概括区域智能交通车辆研究中涉及的关键技术，重点介绍了导航控制技术、传感器信息融合技术及通信技术。国内外研究现状表明，区域智能交通车辆系统在区域交通中具有良好的应用前景，是智能车辆领域新的研究热点。关键词：区域智能交通车辆；导航控制；传感器技术；机器视觉AR e v i e wo nt h eD e v e l o p m e n ta n dK e yT e c h n o l o g i e so fC y b e r C a r sS y s t e mW 锄gR o n g b e n，Z h a n gR o n g h l l i，J i nL i s h e n g&G u oL i e唧D 删幻nc o f 如鲈，脚n 跏矗蚵，蕊口，砌“n1 3 0 0 2 5 A b s t r a c t T h ed e v e l o p m e n ta n dk e yt e c h n o l o g i e so fc y b e r c a r ss y s t e ma r ep r e s e n t e d，p u t t i n ge m p h a s e so nt h et e c h n o l o g i e so fn a V i g a t i o na n dc o n t m l，s e n s o ri n f o n l l a t i o nf u s i o na n dc o m m u n i c a t i o n s T h es t u d i e sb o t ha th o m ea n da b r o a ds h o wt l l a tt h eC y b e I。C a r sS y s t e mh a sag o o da p p l i c a t i o np r o s p e c ti nl o c a la I at r a n s p o r t a t i o na n di sah o t s p o ti ni n t e l l i g e n tv e h i c l es t u d y K e y w o r d s：C y b e r C a 璐S y s t e m；N a v i g a 6 伽a n dc 仰t r o l；S e 璐o rt e c l l I I o l o 留；M a c l l i n eV i s i o nj h 一刚茜在各种大型比赛场馆、会展中心、公共游览园区、机场车站交通枢纽等人员流动密度较大的区域内，为了防止交通拥挤、发生事故、停车困难、污染环境，通常限制普通机动车辆通行，但这同时也给人们的活动带来了很大不便。为了有效解决上述区域内的门到门交通问题，一种新型的公共交通车辆系统业已问世。这种交通车辆系统也被称为c y b e 以a r sS y s t e m，这是智能车辆研究领域的一个新突破3J。c y b e r C a r 是一种微型低速电动智能车辆。控制中心可对多台车辆进行集中调度和管理。它们具有无噪声、无污染、使用方便和安全可靠等特点，是“以人为本”技术理念在交通行为中的最佳体现。区域智能交通车辆研究涉及的关键技术主要包括车辆导航控制技术、传感器信息融合技术、通信技术等，而近年来由于计算机图像处理技术的飞速发展和控制理论的不断完善，视觉导航和先进控制技术成为车辆自主导航研究中的热点之一。随着人们对生活质量要求的不断提高，区域智能交通车辆系统研究在区域交通中将具有良好的应用前景H。J。1 研究背景和主要内容1 1区域智能交通车辆系统研究背景2 0 世纪以来，汽车工业在全球得到了快速发展，欧洲很多国家的汽车保有量大幅上升，城市交通中阻塞问题十分严重。私人轿车的广泛使用导致城市区域交通中的道路拥挤、能源消耗、空气污染、噪声污染和交通安全等问题显得更为严重，所以欧洲很多国家禁止普通机动车辆在会展中心、游览园区、机场车站交通枢纽等人员流动密度较大的区域内行驶，而这严重降低了市区人们的生活质量。同时为了方便老人、小孩、患病者和穷人等在上述区域中的行走，欧洲的一些国家在2 0 世纪9 0 年代初最早提t 国家自然科学基金项目(5 0 1 7 5 0 4 6)、中国博士后科学基金项目(2 0 0 4 0 3 6 3 9 7)资助。原稿收到日期为2 0 0 6 年1 月2 5 日，修改稿收到日期为2 0 0 6 年5 月8 日。万方数据汽车工程2 0 0 7 年(第2 9 卷)第3 期出一种城市区域内新型区域智能交通车辆系统cybercarss y s t e m，这种系统能为人们提供门到门的服务，能将噪声污染、大气污染以及交通事故大为降低，对城市的面貌有很大改善旧。3J。在初始阶段，cybe尤ars只是为在市区或限定范围内以低速行驶的短途运输而设计的，长期目标是c y b e 尤啪能够在专用轨道上高速自动运行。1 2区域智能交通车辆系统研究内容区域智能交通车辆系统是霪鋈薹羹鞫蚕攀菱确汽鋈噬纛蒌雾篓畦，憾鍪藜囊酾囊羹蓁孺靖墓薹薹羹墼霎基墅墼查蓑薹通满遂!饕萋拇薹墨瞬垂羹薹蓄毳艨誊霪蠢黧餐哩!霎篓蠢咝憋瑟萋燮眨塑毛蓑冀埋薹篓重；。枣隧塑凄薹坠囊叫二霪薹蟊薹|鍪羹一蜷确羹黟嶷雾搁鲫薹剐冀羹羹二錾i=吾；f 蕊雾蒜爵甜萎霎；塞雾霉羹催羹囊渊淄1；1 囊霪i；璺鲤同时，也测量催化转化器后的排放物浓度c。，催化转化器对排放物的转化效率E 为E：里凸10 0 c“2发动机燃用甲醇一汽油混合燃料的排放特性2 1C o 排放及催化转化效率图1 给出了发动机燃用甲醇一汽油混合燃料与汽油时催化器前、后的c O 排放及其催化转化效率。由图1 可见，燃用混合燃料催化器前的C O 排放随负荷的变化趋势与汽油基本相同，随负荷的增大而嘉善U蠢蔷U平均有效压力，M P a(a)”-25 0 0 r m j“平均有效压力M P a(b)n 2 30 0 0 r m i“图1c 0 排放及其催化转化效率逞蒸蓑8蠢薹蓍U略有降低。在中、小负荷时，随着混合燃料中甲醇含量的增加，c O 排放有明显的降低；但在较大负荷时，燃用M 1 0 时的c O 排放与燃用汽油时基本相当，燃用M 2 0 时明显降低，改善效果可达1 5 左右。发动机转速对C 0 排放的影响不明显。发动机在中、小负荷工况下运行时，电喷汽油机的控制策略是闭环控制，过量空气系数保持在1 01 0 5 之间，以利于三效催化转换器正常工作，因此，随着混合燃料中甲醇含量的增加，电控系统使发动机的进气量自动减少，以维持过量空气系数在1 o 1 0 5。但在接近全负荷时，电控汽油机处于开环控制，此时过量空气系数小于1，由于甲醇一汽油混合燃料的理论空燃比小，导致实际的过量空气系数增大。所以可以认为，C O 排放降低的主要原因是甲醇燃料自携氧要比空气中的氧气更有利于燃料的充分燃烧，或者说原子氧要比分子氧更容易参加氧化反应 7 。c O 排放下降的另一个原因是由于甲醇化学结构中的羟基O H 使其燃烧反应特点与汽油中的各种烃类有所不同，使着火温度较低和不易熄火。在较大负荷，过量空气系数增大对c O 的排放的降低也有积极的作用。从图1 中还可以看出，燃用3 种燃料时催化器后的c O 排放基本相同。在中、小负荷时，发动机燃用M 1 0 和M 2 0 燃料时的催化转化效率与燃用汽油时基本相同，均达到9 0 以上，但在大负荷时燃用M 2 0 燃料的c O 转化效率略低于燃用M 1 0 和汽油，但最低也在8 0 左右，使c O 排放维持在一个很低的水平。可见C O 在催化剂中的转化效率与燃料中的含醇量、发动机的转速和负荷有关。2 2H C 排放及催化转化效率图2 给出了发动机燃用甲醇一汽油混合燃料与汽油时催化器前、后的H c 排放及其催化转化效率。从图2 中可以看出，燃用混合燃料发动机的H c 排放随负荷的变化趋势与燃用汽油相同，随负荷的增加而增加，在转速较高时增加比较明显。在中、小负荷，发动机燃用混合燃料与燃用汽油时的H C 排放相差不大，在大负荷，随着混合燃料中甲醇含量的增加，H c 排放有所增加。在中、小负荷，发动机转速对混合燃料的H c 排放影响不大，在较大负荷，高转速时有较高的H C 排放。由于中、小负荷的闭环控制策略使过量空气系数保持在1 0 1 0 5 之间，同时由于甲醇含氧改善万方数据万方数据汽车工程2 0 0 7 年(第2 9 卷)第3 期先开始进行C y b e 托a r 的研究。该课题组自主改造研发的初始样车试验平台J L u I V 一5 C y b e 以a r 见图3。图3 吉林大学智能车辆样车该课题组运用机器视觉快速识别导航路径，通过对不同数字标识符和加速、减速、停车、转弯等特殊形状标识符的识别来实现不同停车位识别和不同车辆操作的功能控制。试验车上安装有红外避障传感器，可以实现障碍物的探测，并及时停车或更改行车路线，避免造成交通事故。同时还安装了G P s、激光等先进传感器辅助整车导航控制，配有友好的音乐背景，具有L E D 和语音自动报站系统等。目前吉林大学智能车辆课题组已经完成了对车辆控制软件的系统开发，可实现车辆在结构化道路中的直线行驶、弧线行驶、自动加减速、自动停车、避障停车、紧急停车和语音与L E D 自动报站等功能。已于2 0 0 5 年9 月完成了南岭校区综合道路实验，并于2 0 0 6 年5 月在全国第六届科技活动周中成功展出，图4 为展览照片。图4 儿u I V _ 5 样车科技活动周展览照片上海交通大学机器人研究所的C y b e 尤a r 研究主要是依托与欧盟在2 0 0 4 年1 1 月5 日签订的C y b e r C 3 国际合作项目，该项目以机器人研究所为负责单位，法国国家信息与自动化研究所(I N R I A)、葡萄牙科因布拉大学机器人系统研究所为合作单位。这一项目是欧盟第5 框架中大型研究项目C y b e 尤a r s在亚洲的推广和应用，旨在通过一系列的技术研讨会，增强亚洲科研人员与欧盟C y b e r C 躺项目的联系；通过成立由欧亚各国专家组成的相关工作小组和研制新型的c y b e r c a r 车辆来促进各个合作者之间的技术交流和相互之间的合作；将先进的信息和通信技术应用在车辆和交通系统上，并在上海世纪公园建立示范性应用；通过对潜在用户和应用场所的分析和研究，特别是2 0 0 8 年北京奥运会和2 0 1 0 年上海世博会，探索c y b e 尤a r s 在中国和亚洲其他国家的应用前景，并为亚洲未来的陆上交通运输提出参考意见旧J。该实验型样车已经于2 0 0 5 年9 月在上海交通大学校园内展出。4 结束语区域智能交通车辆系统是智能车辆应用研究的重要突破，集先进导航控制技术、传感器信息融合技术、通信技术等高新科技于一体，欧洲一些发达国家在该领域研究处于领先地位并逐渐进入实用化阶段。我国在该领域的研究水平整体上较国外仍相对落后，但随着人们生活条件的改善，对生活质量要求的逐渐提高，区域智能交通车辆系统在2 0 0 8 年奥运会、2 0 1 0 年世博会、大型雕塑公园、大型会展、社区、游览区、公园等将有广阔的应用前景。参考文献 1 B i 8 h o pR As u r v e yo fI n t e u i g e n tV e h i c l eA p p l i c a t i o n b d d w i d e c I E E EI n t e l l i g e n tV e h i c l es y m p o s i u m，2 0 0 0 2 金永集纵谈城市交通 M 北京：中国城市出版社，2 0 0 2 3 高龙c y k 托”阴影路径识别算法研究 D 长春：吉林大学，2 0 0 5 4 党宏社，韩崇昭，段战胜智能车辆系统发展及其关键技术概述 J 公路交通科技，2 0 0 2，1 9(6)5 马雷高速智能车辆滑模变结构转向控制系统的研究 D 长春：吉林大学，2 0 0 3 6 徐有春，王荣本，李兵，等世界智能车辆近况综述 J 汽车工程，2 0 0 1，2 3(5)7 M a 8 u d aH，H i m 8 i m aY，I t oT D e v e l o p m e n to fD 8 i h 8 t B uA s V 2 c I E E EI n t e u i g e n tV e h i c l es y m p 0 8 i u m，2 0 0 0 8 F 瑚|J l k eu，G a v r i l aD，e ta 1 A u t o n o m o u 8D r i v i n gG o e sD o w n t 嗍 c I E E EI n b e m g e ms y 8 t e m s，1 9 9 8 9 s r i n i v 聃aN AV i 8 i 帆b 船e dV e h i c l eD e t e c t i o n 蚰d。I h c k i n gM e t h 一0 df o rF o r w a r dc o m s i o nw 蛐i n g c I E E EI n t e u i g 即tV e h i c l eS y m p 0 8 i u m，2 0 0 2 1 0 周欣，黄席樾汽车智能辅助驾驶系统中的单目视觉导航技术 J 机器人，2 0 0 3(4)1 1 s u nz e h 蚰g，B e b i 8G e o q g e 0 n r o a dV e h i c l eD e t e c t i o nu 8 i n gG 8-b o rF i h e 糟蚰ds u p p o r tV e c t o rM h i n e s c I I l b 唧砒i o n a lc o n f e 陀n c eo nD i 西t a ls i g I l a lP l o c e s s i n g，G r e e c e，J u l y2 0 0 2 万方数据