原创 先进的车辆系统

先进的车辆系统是指借助车载设备及路侧、路表的电子设备来检测周围行驶环境的变化情况，进行部分或全部的自动驾驶控制以达到行车安全和增加道路通行能力的目的。车辆通过车载信息设备(包含汽车黑匣子)将车辆的行驶信息发送给交通控制中心，从而使交通控制中心能够采集到所有车辆的状态，每辆车通过信息接收装置，接收其他车辆的分布和运行信息，判断自身周围的行驶环境，完成自动行驶功能。车辆内的信息接收装置，还可以为驾驶员提供交通信息以外的其他信息。

一、汽车黑匣子

汽车黑匣子是采集汽车行驶状态的前端设备，是交通控制中心进行交通监控信息采集和交通全局优化管理的硬件基础。

1．汽车黑匣子的功能

汽车黑匣子应具备的基本功能有：

(1) 采集车辆状态信息；

(2) 存储车辆状态信息；

(3) 具有通信接口，能将车辆状态信息输出；

(4) 可连接其他通信设备，通过无线通信等方式传送车辆状态信息。

2．汽车黑匣子的记录内容

汽车黑匣子一般应该记录以下车辆信息：

(1) 数值量：可包括车速、转速、机油压力、气压I、气压II、蓄电池电压、水温、燃油；

(2) 操作量：可包括左向、右向、远光、倒车、制动、缓速、前／中门、电喇叭等；

(3) 报警量：可包括车速、转速、水温、水位、气压I、气压II、油压、电瓶电压、机油滤、燃油滤、仓温等。

3．汽车黑匣子的基本组成

汽车黑匣子可以提供多种信息方案，一般具有如下组成部分：传感器、数据转换部件、数据处理部件、数据存储单元、通信接口单元。汽车黑匣子外观如图1所示。



目前，不少从事智能交通和汽车电子设备研究的公司、科研机构都展开了对汽车黑匣子的研究，并取得了一定的成果，这将为交通监控系统提供快速准确的数据源。

二、车载信息设备

车载信息设备可以存储地理信息系统的数据，GIS提供从最简单的点击式查询到辨证思维的空间分析方法，最引人人胜的作用是通过各种假设分析来模拟区域内空间规律和发展趋势。GIS软件提供缓冲区分析工具对地物要素问相互关系进行计算度量，通过空间上的“相交、合并、切割”等运算，可获取和派生空间决策的依据，其操作结果可通过可视化的地图、影像、多媒体方式加以直观表达，这是GIS无与伦比的优势。

采用GPRS+wAP技术，使车载设备保持网络在线，不但能及时下载地理信息数据，完成路线选择功能，还可以获取互联网上的丰富信息，包括汽车维修服务、加油站、停车住宿、就餐娱乐等信息，这些信息分布在GIS中不同的图层，根据用户查询的内容，分别显示一层或多层信息。

由于信息来自于互联网，使得信息的更新更加迅速和方便，在车载设备中不必保存大量的信息，在需要时只要从互联网上的网站下载即可。在互联网上存储大量的地理信息数据，这些数据的加工和处理由网站管理人员利用网站的服务器系统完成，减轻了车载设备的负担。

车载设备还可以帮助车辆完成自动行驶功能，实现危险预警、驾乘人员安全保护、视觉强化、防止纵向碰撞、防止侧向碰撞等功能。

三、自动行驶系统

先进的车辆系统能够在必要时提供自动控制下的安全行驶功能。自动行驶功能是在强调安全的情况下使用的，包括三个条件：①驾驶员比较疲惫，进行长时间的驾驶容易出安全问题，借助自动行驶功能，可以增强驾驶的安全性；②随着科技的发展，汽车的速度越来越高，一些高性能车辆的速度可以达到360km／h，这个速度已经超出了驾驶员的反应能力，很容易出安全事故，在这种情况下，驾驶员难以胜任驾驶工作，可以通过提高自动驾驶系统的反应速度达到高速行驶的目的；③驾驶员工资在货运成本中占有很大比重，特别是货运驾驶员的工作时间受到严格控制。其次，货车中途停车(尤其是夜宿)易遭受意外损失。货车采用无人驾驶体制，可以长年不停顿运行，经济效益将明显上升，对于利用专用路线运输的货运车队，实现无人驾驶的技术复杂程度也会相对小些。

一个先进而完整的自动行驶车辆系统是由一系列车一路通信系统与车一车通信系统所组成。路侧设备包括：磁引导设施、路边通信设施、泄漏同轴电缆(LCX)；车辆设备包括：磁传感器、磁感应器、摄像机、雷达、收／发控制器等。

先进的车辆系统的核心功能就是车辆能够自动驾驶，这就要求车辆能自动控制行驶速度和行驶方向。对于速度控制，系统往往控制的是一个车队，由LCX传递的控制头车的行驶速度，尾随车辆则需要控制和保持与前后车辆之间的距离(车辆间距大小取决于头车控制速度)，这样进入专用车道的整个车队系统中各车的行驶速度是变化的，车辆行驶速度大小取决于车辆驶入专用车道后的实际间距以及从LCX传递的速度控制指令。对于航向控制，主要是调整车辆行驶过程中发生的偏移，这种控制综合考虑车辆中心线与磁性标记参考线的相对位置，以及同时由LCX传送至车辆的道路线形信息。当某些磁性标记损坏或丢失时，航向控制则通过CCD摄像机获得相关行驶区域数据，处理后的数据用来辨别和区分道路与障碍，生成适合于车辆行驶自动控制的区域地图。当发生不正常情况时，如路侧设备与车辆通信中断，车辆本身会发出预警信息，车辆行驶状态由自动方式转为人工方式。

美国于1997年历时数月，在加州圣迭戈至洛杉矶的1一15号州际公路上进行大规模自动化公路系统试验。该路段长12km，在路面下埋设92000个3M公司的磁棒，路侧设有监控站。以10～20辆别克安全型轿车组成车队，进行无人驾驶自动运行试验。试验车在前后保险杠装有磁感应器、纵向和横向激光测距仪，全方位视频探测器结合车载风门、转向、刹车自动控制器，组成智能型的常用车速自适应控制、车道自动保持和盲区自动防碰撞等系统，取得车队车速200km／h、车头间距lOm左右的安全行驶结论。

俄亥俄州立大学在1一15公路6.5km长的公路上铺设3M公司的雷达反射带，用三辆车做超车试验，其中一辆由人驾驶，另两辆无人车辆装有摄像系统以进行横向控制，激光测距雷达作纵向控制，还装有一台小功率雷达作侧向监测。试验证明：采用车距控制和车道自动变换技术的自动车辆可以安全地对人工驾驶车辆进行超车。

休斯敦Metro公司与卡内基一梅隆大学合作，研制两辆装有自动驾驶系统的大型客车，在公路作运行试验后宣称：由于驾驶系统能作纵向和横向控制，支持车辆保持和车道变换，并能在车队行驶过程自动保持车头间距不变，大客车在车队中可实施自动驾驶并获得足够的安全度。

伊顿、本田、丰田等公司也以各自研制的自动化车辆参加专项试验。曾在该道路上作过进、出车道，车辆停、起，自动变换车道，自动规避障碍物和紧急刹车等试验。他们认为：凭借公路和车辆上的设备可以实现自动驾驶。

试验成功具有重大意义，说明技术上初步可行。但要在自主车辆(个人轿车)范围推行此项目却存在用户经济上的可接受性，在技术上也还有不少难题有待解决，如车速控制精度和车间距的关系、车道横向位置的重复行驶精度、车辆失效概率等。因此，美运输部已撤消对此项目的财政支持。但是，美、日等国家都还在专用试验场上作控制行驶精度和可靠性的进一步试验；欧盟对专业货运车队的自动行驶也正在进行多种探索。

荷兰鹿特丹港有大量大吨位集装箱(50t)需转移到70km外集散站，以避免港口拥挤。为此，进行一项“组合路”试验。沿高速公路一侧，加修两条带轨道的特殊货运车道，在轨道旁的路面上，每隔一定距离埋设传感器，以采集轨道和车辆运动信息，轨道用来保证车辆按道路线形行驶；在ITS 98’展览会上(地点荷兰)，现场显示无人驾驶车队运行，车速50km／h，车头距约166m。

德国和意大利汽车制造厂商合作开发一种无人驾驶车辆，组成车队行驶。首车由人驾驶，后随无人驾驶车辆尾随首车跟驰行驶。风门、转向和制动等操作信息，通过称为“电子拖条”工具，以5.8GHz微波在车间依次传送。如首车减速，减速信号将在80ms内传送给后车，后车将在0.3s内自动做出制动反应，这种反应速度已远远超过最熟练的驾驶员操作。

日本正开展双元货车研制，这是一种能作两种模式运行的汽车。第一种是在市区普通道路作有人驾驶的短途运输；另一种是在城市间作长途无人自动驾驶。由专用导航道路侧向臂架的线路引导，以100km／h车速行驶，车头时距为l～3s。

我国的自主驾驶汽车研制也取得了巨大的成就，由一汽集团公司和国防科技大学合作研制的自主行驶汽车在高速公路上行驶的最高稳定车速达到130km／h，其最高峰值速度为170km／h，并且具有超车功能，其总体水平已经达到世界先进水平。

经过全球交通行业的不懈努力，理想的地面运输模式一定能够实现。

先进的车辆系统和先进的交通管理系统依赖于高速通信，未来的监控系统将为车辆提供更多、更丰富的信息，更多地参与车辆与管理机构的信息交互，能够最大程度地保证车辆行驶安全并提高交通效率。