汽车祀上程年第卷第期智能交通系统及其车辆自动控制技术秦贵和葛安林雷雨龙吉林工业大学摘要本文简要介绍了智能交通系统的概念发展状况基本内容和研究开发过程进一步阐述了智能交通系统中的先进车辆控制技术综述了汽车纵向控制横向控制自动驾驶及车列控制最后对我国如何发展智能交通系统和先进车辆自动控制技术进行了探讨叙词智能交通系统自动操纵纵向控制横向控制玫夕飞飞山智能交通系统的含义和名称有各种不同的说概述智能交通系统是综合利用各种新技术使与公路交通相关的道路管理车辆运行方式等从本质上有所更新法一种典型的定义是智能交通系统是使用现有的公路网络最有效和最经济最优的所有技术过程概念的集合另一典型的定义是智能交通系统是利用先进技术使路面交通系统更高效更少阻塞更安全更少污染的世界性运动【它不仅仅依靠扩大交通系统的外延方它不是一般意义上的一个项目或工程智能交式而更注重其内含的发展来满足不断增加的交通流量需求通系统发展的初始阶段有各种不同的名称如美国称为智能高速公路系统日本称为车辆信息与通讯系统现在普遍使用的名称是智能交通系统而是一次公路交通革命其目的是通过车辆和交邓通系统信息化和自动化达到路面交通的高质量高效率安全运行效率的提高使相同交通生产量所需智能交通系统相关技术智能交通系统涉及到的理论与技术领域非常广泛除传统的车辆及交通技术和理论外还包括电子技术计算机技术控制技术与理论通讯技术车辆行驶平均时间和里程大大缩短达到节省燃料减少污染和缓解拥挤的目的智能交通系统什么是智能交通系统原稿收到日期为乃年人一机工程学地理信息系统管理科学等还涉及到政府管理和立法问题传统的地面车辆交通体在智能交通系统系已形成了一套管理制度和法规日修改稿收到日期为月〕年月日年第卷第期汽车工程中要对这些制度和法规进行充实和更新业运输车辆提供调度配货自动结算定位和通讯交通和车辆问题受到社会的广泛关注它影响到社会的各个方面而自身又是多种理论与技术的综合体服务实现公交车辆的调度调配自动化乘客自动计数电子收费公交信息服务以及交通信号优先控制等功能这可以从各种学术会议和展览会的内容中体现出现来除交通车辆和机械工程的专业会议特殊车辆信息服务系统踪状态监控等特殊服务为警车救护车外几乎所有的信息通讯自动控制仪器仪表电子等会议都有涉及车辆及交通的文章或议题名的控制类会议抢险车辆特殊物资运输车等专用车辆提供路线跟智能交通系统发展概况智能交通系统的思想在了并启动了一些探索性项目如知自动化世界联合会控制系列会议年代就被提出来都有车辆交通方面的议题而且占有较大的比例从年代开始近些年论文集中有关车辆和交通控制智能交通系统受到广泛的重视欧洲日本美国建模信号及参数估计的文章占到近章主要集中在智能交通系统领域这些文以及澳大利亚等相继启动了各种以智能交通系统为与车辆和交通相目标的研究与开发项目如欧洲的关的信息和控制装置传感器执行器以及软件等也是电子和信息行业的巨大潜在市场智能交通系统基本内容智能交通系统主要包括以下儿个方面交通管理体系项目项目等口本侥和飞项目美国各国家各地区研究的项目内容对智能交通系统的定义不尽相同各项目的重点也有所不同但目标都是综合利用新的信息技术计算机技术这是智能交通系统的交通管自动化技术管理理层它获取道路车辆气候地理和特殊事件等实时信息动态地给出最优管理控制技术提高道路与车辆利用效率提高安全性减少污染及阻塞的发生主要包括交通由于智能交通系统涉及面广控制行车路径引导交通信息服务排放检测与控制交通事故管理等方面交通信息系统础规模大对国民经济有重大影响这些国家都成立了一些政府机构或半政府机构对智能交通系统的开这是智能交通系统的基发应用和工程进行领导和协调它能提供车辆交通和道路偶发事件位置道路交目前一些相对成熟的智能交通系统项目正在通情况的动态数据最佳路线道路及目的地周边地理信息天气信息推荐速度车辆位置通讯工得到推广应用发展很快发达国家正在完善各种已建立的局部智能交通系统并连人国家整体网具等它包括车上装置通信系统控制中心以及络大力发展智能交通系统基础建设包括交通硬件和软件信息基础设施管理及技术人才培养修正和拟订中长期发展计划对智能交通工程和研究相应数据库车辆定位系统无线通信网络和交通地理信息系统是交通信息系统的基础车辆控制系统用户可在行车中及行车前的旅行规划中应用这些信息全效率更高驾驶员和乘员更舒适项目给予持续大力度的投人通系统产业有同时形成了智能交其直接目标是使驾驶更安研究开发也很活跃较受关注的领域动态交通管理车辆通过操纵的人的因素与安全性部分或全部自动化避免操纵错误提高车辆的机动性达到安全高效和舒适的目的是交通自动化的一项重要组成部分和难点车上传感器信息设备信息与控制网络动力学与自动操纵技术实验系统与装置包括它包括车上控制网专用实验道路实验车辆以及仿真软硬件与检验方法评估络自动操纵控制系统自动防碰撞系统道路识别及定位传感器等近两年的应用热点和发展趋向如下功能是实现各种交通电子自动收费系统信息技术它是基于先进定位与通信技术的设施和车辆使用收费的自动化自动收费减少停车车上无线通信系统和信息服务系统是现代提高车辆安全性方便性机动性的基础汽车的主要技术形象标志应用技术和办理收费手续的时间可以实现各种灵活的收费它已成为现代的应用市策略提高收费工作效率它包括自动收费设备车辆动态自动识别系统不停车收费系统停车位引导和计费系统等运营车辆和公共交通车辆服务系统为专有人预计场在今后三年内将翻番达到亿美元高精度信号使定位达到一被广泛应用汽车土程以年第卷第期于公交与运输车辆系统被盗车辆追踪导航故障控制装置和管理体系这是一个完整的系统它为车辆定位等此类项目提供一个原始模型和一系列实施经验建立和调整管理规章制度和相关立法人们对交通设施使用的经费筹措及推广应用电子收费系统高速公路商业化在推广应用中必须注收费观念的变化以及自动灵活收费与监控技术的应用可以利用时段价格区域价格的商业手段调节交通流意分析当地的特点必须考虑与上层管理系统以及横向其它系统的接口我国对智能交通系统的研究开发处于起步阶段应用项目很少但已经认识到发展智能交通系统的意义相关部门相继开展了一系列的工作中国委员会先进的汽车控制技术智能交通系统的目的是高效率地使用道路和车辆年成立了以推进中国智能交通系统标准化为目的年成立了交通智能运在同样的道路上提高交通流量就要提高车速和减小车间距这些指标提高到一定程度时人的输系统工程中心飞近些年在智能交通系统操纵能力不能满足安全性要求因此降低驾驶的劳技术交流和普及方面也开展了一些工作年举行了中国智能交通系统设计大赛年在动强度和复杂性也是汽车技术追求的目标控制目北京召开了国际智能运输技术与设备博览会标由以往的提高机械性能发展为辅助或部分取代或全部取代人的操纵达到减少由于人的局限性造成的事故减轻驾驶强度提高交通效率降低污染的目前我国智能交通技术的研究开发和应用的实质性工作仍然比较薄弱基础设施和工程项目规模小数量少整体目标水平基础和发展潜力与先进国家差距很大道路汽车的纵向控制和车辆基础整体水平低资金投人不足管理领导纵向控制是在行车速度方向上的控制即车速以及本车与前后车或障碍物距离的自动控制阶层对智能交通系统的理解和认识不足技术和工程人才匾乏不良的交通习惯等将会影响我国智能交通系统的发展和应用效率巡航控制就是一种纵向控制这类控制问题可归结为对在先进车辆控制技术发动机输出和刹车的控制【一刀各种发动机模方面国内汽车企业目前无力关注并给予研究开发型汽车运行模型和刹车过程模型与不同的控制器算法结合构成了各种各样的纵向控制模式典型结构如图设资助在国家极少的科研资助下开展了一些理论性的或仿真性的研究工作,智能交通系统项目的研究开发过程一个新的智能交通系统项目的研究开发过程总曰月乐医迹画画医夏画医画到一一一一一一一曰、、牛圣广广,体上包括以下步骤旦一巢一孙匕二匕二二二达乞兰二习交通需求分析和制定解决方案详细分析交通现象反应出的问题和潜在的交通需求拟订解决的方案提出整体结构预计实现的目标实施计划一图辆【兰匕二笠止划传感器纵向控制基本结构基于传统控制的方法如可行性论证效益估计一一一甘节跳控制一般是建论证方案和计划的立发动机和汽车运动过程的近似线形模型在此基础上设计控制器差可行性对当前和长期效益进行评估预测潜在的这种方法实现的控制由于对模环境社会方面的影响必要时通过仿真或演示型依赖性大及模型误差较大所以精度差适应性项目对理论技术和其它方面的一些未知问题进行基于智能控制的方法如模糊控制神经网络探索避免盲目性技术攻关控制在纵向控制中也得到广泛研究和应用并取对一些新技术和尚未解决的问得了较好的效果被认为是最有效的方法从目前题进行研究开发包括研究开发新器件和装置研究具体实施方法制定相关设施和装置的标准获取基础数据等的论文和研究的项目看寻求简单而准确的发动机刹车过程和汽车运动模型以及对随机扰动有鲁棒性和对汽车本身性能变化有适应性的控制器仍是研究的主要内容实验不范工程在一些典型区域或路段建设实验示范系统包括车外基础设施车上信息与目前应用的系统如巡航控制防碰撞控制都是年第卷第期汽车自主系统即由车上传感器获取控制所需信息在辆自动编队行使的方式也就是把一组相智能交通环境下单车可以通过通讯信息系统获得更多的信息用于控制邻的高度自动化的车编为一个车列息的勾通保持协调行驶这是一个相互对于纵向控制可利用本车距离很近高速行驶动态组编的车队车间靠信及周边车辆位置当前及前方道路情况前车操纵状态等信息实现预测控制达到提高速度减小车间距的同时保证安全即达到安全高效的目的如果说火车列车是由机械是行驶在公路上连接的车辆系统那么的由信息连接的可动态编组的车辆构成的列横向控制横向控制指垂直于运动方向上的控制对于汽车也就是转向控制车依靠传感器和信息通讯系统及先进的车上控制系统保持车间相对距离在安全范围内其运行状态目标是控制汽车自动保持期望是在交通系统范围内优化既通过交通控制中心动态编组调度使各车列一路绿灯高速安全行驶有两种组织形式的行车路线并在不同的车速载荷风阻路况下有很好的乘坐舒适性〔横向控制有两种基本设计另一种是一种是无车间通方法一种是基于驾驶员模拟的方法【,讯依靠车上传感器获取前后车运行状态以及道路周边交通情况给予汽车横向运动力学模型的控制方法由于无法预知前车及头车操纵和运基于驾驶员模拟的方法一种策略是使用较简单的运动力学模型和驾驶员操纵规则设计控制器另一策略是用驾驶员操纵过程的数据训练控制器获取控制算法型【行状态要求车间安全距离长车间相对速度和相对跟离稳定性差另一种是有车间通讯由于各车可预知头车及前后车的操纵及运行状态使各车之基于运动力学模型的方法要建立较精间控制协调车间的安全距离可以更小相对速度和相对距离稳定性好确的汽车横向运动模型典型模型是所谓单轨模或称为自行车模型也就是认为汽车左右两在控制中除了单车的纵向和横向控侧特性相同横向控制系统基本结构如图控制制外还要考虑保持队形稳定的控制即保持相对距离为了研究其稳定性往往把目标一般是车中心与路中心线间的偏移量同时受舒适性等指标约束作为一个羹萨匹匣巫少车辆偏移偏转角整体建模分析以确定适当的控制算法和参数一种典型的模型是质量型一弹簧一阻尼系统模其基本思想是把单车看作一个质量车间的相互作用由虚拟弹簧和虚拟阻尼来模拟为保持图横向控制系统队形的控制算法和控制参数反映弹簧刚度和阻尼系自动驾驶当实现了纵向和横向自动控制就可以按给定目标和约束自动控制车运行数把行进的看作由弹簧和阻尼连接的系统求出当头车运行状态变化时使队形最稳定的弹簧刚度和阻尼系数由此确定车的最佳控制参所以从车本身来说自动驾驶就是综合纵向和横向控制但要真正数实现点到点的自动驾驶运行车辆控制系统必须获取道路和周边交通情况的详细动态信息和具有高度智能的控制性能结束语随着我国交通和车辆技术的不断发展智能交通系统和车辆自动化信息化技术将得到广泛应用完善的交通信息系统和高性能高可靠性的车上传感器及智能控制系统是实现自动驾驶的重要前提由于点到点自动驾驶的难度人们提出首先实现自动驾驶路段的概念即在路况简明的高速公路段开辟可自动驾驶路段进人这种路为了推进我国智能交通系统的发展应当开展以下几个方面的工作段可以启动自动驾驶出这个路段时再转人手操纵建立并逐渐完善智能交通系统组织协调机制由于道路条件和车上控制系统性能的限制目智能交通系统是一个综合性的涉及面广的系统前考虑的自动驾驶结构儿乎都是手动自动可转换的工程项目规模大投入大对经济发展和社会生活影响大没有政府的组织协调和扶持是不可能正车列控制为了提高交通效率智能交通系统还提出了车确发展和充分发挥效率的应尽快建立起从上到下的一套领导协调机制制定出中长期发展规划制汽车工程扬荫凯科学进展加年智能交通系统望刹第卷第期定或提请制定适合我国国情的智能交通系统项目研巧概述及我国的发展对策选择地理究开发工程资金筹措以及设施使用规范智能交通系统在宏观上的有序协调发展确保班么短开展基础理论研究和技术开发工作智能邵们交通系统是以高新技术为基础的要建设和发展智能交通系统必须具有解决存在的和不断出现的理论技术问题的能力要形成相关设备元器件和软件的开发生产能力培养我国智能交通系统产业人才培养和知识普及男一滋卿仅一无必须吸引培养足够的合格人才包括研究人员工程技术人员管理人员开展针对开发建设维护和管理人员的不同层罗多一罗璐次的培训工作在专业教学中引人智能交通系统的理论技术和工程方法方面的内容如还要开展智能拓刁交通系统的知识普及工作这对于获得社会的广泛支持和充分发挥其使用效率具有重要意义加强国际交流邵一男〕夕加强国际交流尽快掌握国罗”多男〕夕外智能交通系统技术和发展趋向学习国外的开发建设经验加快我国智能交通系统发展和提高工作效率及资金使用效率化卯一驯一学习国外技术和经验必须平衡砚结合国情和与国际接轨两方面问题标准化评估规范和法规制定制定或推荐—卯相关装置工程软件以及接口标准规范概念和术恤》助语拟定性能检验效益评估方法制定智能交通系统的设施建设与受益设施使用及管理维护收费和环境保护等法规一吧浏无避免局部乱引进乱建设将卯来无法连网的先乱后治理的现象罗】。】龟参考文献助‘们留】—勿田卯卯鹅邵一男正罗泊乡配谓川罗男卯上接第页们罗参考文献‘泊爪酬北京市地方标准田阵一刃一丁力罗一蔡风田主编汽车排放污染物控制实用技术北京人民交通出肠尧科卜版社