張海波

（南充職業(yè)技術學院 四川 南充 637000）

基于ITS的汽車電子監(jiān)測技術設計

張海波

（南充職業(yè)技術學院 四川 南充 637000）

為了解決汽車數(shù)量劇增帶來的交通安全問題，建立了智能交通系統(tǒng)，即ITS，對于提高汽車交通安全具有重要意義。同時為了進一步從根本技術上實現(xiàn)對汽車交通安全的控制管理，開始了汽車電子監(jiān)測技術的研究。論文首先分析了智能交通系統(tǒng)（ITS）的功能、作用，并闡釋了汽車電子監(jiān)測技術的定義及主要技術，最后重點分析了在ITS基礎上的汽車電子監(jiān)測技術設計，主要是從各個功能組成模塊進行分析，共同組成了整個監(jiān)測系統(tǒng)。

ITS；汽車；電子監(jiān)測技術；設計

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車在人們的日常生活中成為重要的交通工具。隨之而來的交通事故、交通堵塞等問題，也成為急待解決的主要難題，于是出現(xiàn)了智能交通系統(tǒng)（ITS），為解決汽車帶來的交通問題做出巨大貢獻。從ITS汽車電子監(jiān)測技術的研究來看，目前主要集中在對電子監(jiān)測技術的應用方面，對汽車電子監(jiān)測的關鍵性技術設計還顯得有些薄弱。本文基于ITS理論技術對汽車電子監(jiān)測技術設計進行了關鍵性技術的分析和探討，并指出了它在實際應用中存在的問題及對策。

1 智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)，簡稱ITS，是利用先進的計算機信息技術、處理技術、電子自動控制技術以及數(shù)據(jù)通訊傳輸技術等，綜合有效的適用于整個交通管理體系中，對人、路、車實現(xiàn)規(guī)范統(tǒng)一的安排指揮，在大范圍內(nèi)全方位的進行交通運輸綜合管理的一種系統(tǒng)[1]。此系統(tǒng)具有實時、準確、高效的特點。在智能交通系統(tǒng)應用過程中，加強汽車行使安全，并提高汽車故障的診斷功能，在一定程度上提高汽車行使的安全系數(shù)。

2 汽車電子監(jiān)測技術概述

2.1 汽車電子監(jiān)測的含義

汽車電子監(jiān)測主要包括兩方面，一是有效的監(jiān)測汽車在運行過程中，是否出現(xiàn)跑偏、轉向失靈等異常情況，并及時給予必要的安全控制措施保障；二是，通過異常行使車輛的故障監(jiān)測，保障汽車的安全總成。而在ITS系統(tǒng)中，汽車電子監(jiān)測技術主要是通過在線監(jiān)測信號，將故障車輛的情況迅速的傳遞給ITS系統(tǒng)，進行準確及時的安全指揮，同時傳輸?shù)焦收暇S修中心，第一時間對故障車輛給予維修指導，并有效的對堵塞交通進行疏導，保證交通順暢。

通?；贗TS的汽車電子監(jiān)測技術，主要實現(xiàn)的是對汽車安全行駛狀況的監(jiān)測，其中整個系統(tǒng)主要包括汽車運行狀態(tài)監(jiān)測模塊、安全總成故障診斷模塊兩部分，與車輛通訊設備、報警裝置、微處理等共同組成汽車的電子監(jiān)測系統(tǒng)，將汽車的異?，F(xiàn)象和安全診斷結果進行傳輸。

2.2 汽車電子監(jiān)測關鍵技術分析

在整個ITS系統(tǒng)中主要作用于汽車電子監(jiān)測的技術分為3大組成部分，它們共同為汽車安全行駛提供技術保障。

1）汽車電子技術

汽車電子技術與我國經(jīng)濟的發(fā)展息息相關，無論是真空管、晶體管還是集成電路的技術進步，都為實現(xiàn)計算機信息技術電子裝置提供了堅實的技術基礎。而目前，在國外一些發(fā)達國家，汽車電子技術已步入新的時代，實現(xiàn)了電子技術、自動優(yōu)化控制技術、傳感器技術以及機電一體耦合技術的綜合交叉，進入了小系統(tǒng)商品成熟階段[2]。其中傳感器是汽車電子監(jiān)測技術在重點，是唯一獲得電子設備外信息的途徑，能夠有效的實現(xiàn)對汽車安全行使的監(jiān)測。

2）傳感器

傳感器又被稱作轉換器，能夠?qū)⑵囯娮釉O備外的信號進行變換，將被監(jiān)測的非電量有效的轉換為電量，實現(xiàn)電能形態(tài)的變換。而在汽車技術中使用的傳感器，能夠有效的促進汽車的高檔化、自動化和電子化的實現(xiàn)。為了進一步的從汽車的設計上，避免安全故障、高燃耗等問題，利用傳感器對汽車多樣過程的控制進行參數(shù)檢測是必要的，并通過微電腦信息處理功能，能夠成為汽車電子化的關鍵技術之一。

通常傳感器會根據(jù)汽車的設計、軟硬件、電氣、機械的不同，而在數(shù)量上有所差距，盡量從性能、價格、尺寸上對傳感器進行要求。一般傳感器都必須具備以下的要求，首先要能夠適應各種能夠環(huán)境。汽車環(huán)境溫度變化范圍較大，會在-40～80℃間波動，加之汽車行使的路面狀態(tài)、烈日、暴雨等都會造成汽車環(huán)境溫度的懸殊變化，因此設計的傳感器必須具有耐震、耐水、耐溫、抗電磁干擾等優(yōu)勢。

3）監(jiān)測系統(tǒng)

通過計算機實現(xiàn)的監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)其功能又被稱為計算機數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，都是利用計算機信息技術對汽車生產(chǎn)過程中的參數(shù)、工礦進行數(shù)據(jù)信息的巡回檢測。而計算機監(jiān)測系統(tǒng)主要功能包括采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)操作人員的指令信息，進行采集數(shù)據(jù)的處理，保存數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)信息顯示報道出來，進行汽車事故報警和表格打印等。同時監(jiān)測系統(tǒng)的信息處理只是將生產(chǎn)過程的信號進行必要的預處理，而監(jiān)測系統(tǒng)的輸出是通過外部設備和人機接口實現(xiàn)的，能夠有效的提供各項數(shù)據(jù)信息，以供操作人員進行分析判斷，掌握最先的汽車生產(chǎn)情況，對整個過程實現(xiàn)監(jiān)視。

3 基于ITS的汽車電子監(jiān)測技術設計

3.1 汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)分析

為進一步提高汽車電子監(jiān)測技術，通過對各系統(tǒng)組成部分的優(yōu)化發(fā)展，能夠有效的形成組件式的汽車電子檢測系統(tǒng)，大大提高汽車交通安全的同時，又便于進行系統(tǒng)的開發(fā)管理。從汽車電子監(jiān)測技術的整體功能上來說，系統(tǒng)的組成部分包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及信息輸出、執(zhí)行模塊等部分。

其中監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊，是利用傳感器、激光雷達、超聲波、紅外線、攝像機等技術工具實現(xiàn)的，對汽車整個運行狀況及路面的監(jiān)測，類似于監(jiān)測系統(tǒng)的眼睛。汽車在行駛過程中，一般都會隨著路況的不同而進行路線的改變，多出現(xiàn)轉向、制動等現(xiàn)象，而這些情況也最容易導致汽車出現(xiàn)異常和故障，嚴重影響汽車的交通安全。利用汽車生產(chǎn)安裝的傳感器、攝像機和紅外線等工具，能夠快速穩(wěn)定的反映出整個汽車情況，得到全局信號，實現(xiàn)對汽車監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的采集。同時利用傅立葉還能對汽車數(shù)據(jù)信息進行一定的分析、判定，并對汽車故障進行及時診斷，將所有信息實現(xiàn)時域定位，自行進行汽車交通安全的監(jiān)測。

同時傳感器能夠準確快速的測算出汽車間的安全距離，指揮車輛進行橫向、縱向控制。其中進行橫向距離測算時，會利用DGPS進行周期采樣，一般為200 ms控制周期為50 ms。當然利用汽車前輪的轉角變化量也能計算出汽車橫向位置，采用下列公式就能推算出汽車前輪目標轉角變化量[3]：

上式中的Tc為汽車橫向控制周期，而K1和 K2是依照目標路徑誤差（ε）最小原則來實現(xiàn)的橫向安全距離計算。而縱向汽車間距，主要是通過油門、制動來實現(xiàn)的控制，同時應用了非線性滑?？刂评碚?，推測出前后車間距s（t）的控制。在下列算式中，K＞0的系數(shù)。

根據(jù)我國出現(xiàn)的汽車追尾碰撞預警系統(tǒng)分析，我國在智能交通系統(tǒng)中采取的安全車間距離計算是通過以下公式實現(xiàn)的：

在上式中， Tγ通常代表汽車駕駛員的反應時間，多為0.5～2 s間； Td是制動協(xié)調(diào)時間，一般為0.2 s；V為自身駕駛汽車的速度， Vrel是前后兩車的相對速度，α是減速度。根據(jù)公式就可以算出 Vrel，通過實際車距離和時間微分獲得：

而數(shù)據(jù)處理模塊，是通過車載計算機來進行的，一般都是嵌入式系統(tǒng)，具有實時性和可靠性等特點。數(shù)據(jù)處理模塊位于數(shù)據(jù)采集和信息輸出、執(zhí)行模塊間，實現(xiàn)著整個汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)的傳遞作用，相當于監(jiān)測系統(tǒng)的心臟、大腦。它能夠?qū)⑺衅嚬收系淖孕性\斷，與整體車輛進行結合，綜合的實現(xiàn)對車輛整體狀態(tài)的監(jiān)控。最后的監(jiān)測信息輸出、執(zhí)行，能夠全面有效的顯示各種數(shù)據(jù)信息、警告、信息存儲等，能夠?qū)⑵嚠惓９收咸幚淼淖罱K結果進行傳達，類似于監(jiān)測系統(tǒng)的嘴。

3.2 .基于ITS的汽車電子監(jiān)測技術設計

基于ITS的汽車電子監(jiān)測技術在設計上，首先需要強調(diào)的是數(shù)據(jù)采集方案的設計。多數(shù)汽車電子監(jiān)測技術在數(shù)據(jù)采集上，采用的是程序輪詢式，指根據(jù)系統(tǒng)的功能，提前設置好數(shù)據(jù)采集的時間間隔，再對需要獲取信號的設備進行信息的采集。當然對于這些采集的信息也要進行必要的處理，保證信號源設備的高級別，及時的實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理，如：剎車系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等都需要進行優(yōu)先數(shù)據(jù)采集處理[4]。主要集中在對以下幾個方面的系統(tǒng)開發(fā)和技術設計。

首先是系統(tǒng)組成。監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸與執(zhí)行3大模塊組成。其具體工作流程如圖1所示。

圖1 汽車電子監(jiān)測技術系統(tǒng)組成構架圖Fig.1 Structure diagram of automobile electronic monitoring system

其中監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊，是利用傳感器、激光雷達、超聲波、紅外線、攝像機等技術工具實現(xiàn)的，對汽車整個運行狀況及路面的監(jiān)測，類似于監(jiān)測系統(tǒng)的“眼睛”。汽車在行駛過程中，一般都會隨著路況的不同而進行路線的改變，多出現(xiàn)轉向、制動等現(xiàn)象，而這些情況也最容易導致汽車出現(xiàn)異常和故障，嚴重影響汽車的交通安全。利用汽車生產(chǎn)安裝的傳感器、攝像機和紅外線等工具，能夠快速穩(wěn)定的反映出整個汽車情況，得到全局信號，實現(xiàn)對汽車監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的采集。同時利用傅里葉還能對汽車數(shù)據(jù)信息進行一定的分析、判定，并對汽車故障進行及時診斷，將所有信息實現(xiàn)時域定位，自行進行汽車交通安全的監(jiān)測。整個汽車運行狀態(tài)監(jiān)測模塊實行過程如圖2所示：

圖2 汽車電子檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理結構Fig.2 Structure of data processing of automobile electronic detection system

當然在進行時間間隔設置時，也可以根據(jù)信號源設備的優(yōu)先程度進行不同時限設置，信號源設備優(yōu)先級越高，時間間隔就越短；反之，時限間隔越長。這樣能夠及時的保證整個監(jiān)測系統(tǒng)信號源信息的及時采集，并對其進行合理判斷，保證設備的運行[5]。同時信號中斷式、用戶查詢式數(shù)據(jù)采集方法，也是常見的汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案，它們3種不同數(shù)據(jù)采集方式，共同作用于汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)。汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)整體功能流程圖如圖3。

而汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)主要是在車載嵌入式計算機系統(tǒng)上實現(xiàn)的，在設計過程中，要重點考慮監(jiān)測系統(tǒng)的實時性、可靠性和可伸縮性[6]。上圖所示的輸入面板，是用戶與系統(tǒng)進行交互的接口，汽車用戶可以有效的通過輸入面板，進行各項數(shù)據(jù)信息的查詢，為自身汽車行使提供實時監(jiān)測。同時進入存儲器就能查詢到汽車在整體行使過程中的各項數(shù)據(jù)參數(shù)，包括對汽車故障異常的分析數(shù)據(jù)，駕駛過程的環(huán)境、路況分析，都可以及時的提供最全面完成的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖3 汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)整體功能流程圖Fig.3 The function chart of automobile electronic monitoring system

4 結束語

在智能交通系統(tǒng)（ITS）的綜合管理指揮下，為我國的交通安全提供了一定幫助，但是并不能從根本上改善汽車交通安全問題。于是在ITS系統(tǒng)的基礎上，開始了對汽車電子監(jiān)測技術的研究，對于提高汽車行使安全具有重要意義。同時整個汽車電子監(jiān)測系統(tǒng)，是由相對獨立的不同模塊組成的，更便于模塊化結構功能的實現(xiàn)，也能夠?qū)Ω鱾€模塊進行新內(nèi)容的優(yōu)化發(fā)展，利于進行系統(tǒng)的后期維護更新。

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Automotive electronic monitoring technology based on the design of ITS

ZHANG Hai-bo
（Nanchong Professional Technic College, Nanchong 637000, China）

In order to solve the dramatic increase in the number of cars brought traffic safety issues, the establishment of intelligent transportation systems, namely ITS, to improve vehicle traffic safety is important. Meanwhile, in order to further realize the car traffic safety control management from the fundamental technology, began to study automotive electronic monitoring technology. Thesis analyzes the Intelligent Transportation Systems (ITS) function, role, and explain the definition of automotive electronic monitoring technology and key technology, and finally focuses on the design of automotive electronic monitoring technology based on ITS, mainly composed from various functional modules for analysis, a common component of the monitoring system.

ITS; cars; electronic monitoring technology; design

[TN98]

A

1674-6236(2014)14-0092-03

2014-02-14 稿件編號：201402045

張海波（1977—）,男,四川南充人，碩士，講師。研究方向:電子技術、電氣工程。