智能交通与智能汽车课件.ppt

基于智能交通系统的智能汽车,李克强,2,智能汽车与智能交通系统智能汽车的现状下一代智能汽车,内容,1900,1920,1940,1980,2000,Benz一号车世界首次公路行驶(1886),福特大量生产方式导入(1913),1960,现在,新技术对策,交通事故 交通堵塞 交通污染,汽车发展简史,ITS的定义：利用信息、通讯、控制技术把车辆、道路、使用者紧密结合起来，以解决交通事故、拥堵、环境污染及能源消耗等问题为目的的，具有智能化特征的现代交通系统。（ITS不仅仅是一个交通管理系统！）,ITS 与AVCSS、IV、ASV/DAS等的相互关系,ITS：Intelligent Transportation Systems(美国)Intelligent Transport Systems(日欧),ITS是复杂的应用系统，主要构成如下：,ATMS(先进交通管理系统),ATIS(先进交通信息服务系统),AVCSS(先进车辆控制与安全系统).,AVCSS终极目标：智能汽车与智能公路(IV&IH),AVCSS初级目标:驾驶辅助系统（ASV/DAS）,基于仪表盘的 显示装置,电子油门,距离控制,ECU,转向传感器,时距开关,巡航控制开关,制动 ECU,发动机 ECU,速度传感器,雷达传感器,ASV/DAS 产品1：自适应巡航控制系统（ACC）,ASV/DAS 产品2：车道偏离预警系统（LDWS）,ITS智能交通系统,ITS 与AVCSS、IV、ASV/DAS等的相互关系,ITS产业化的重要领域,AVCSS 先进车辆控制及安全系统,基于ITS的智能汽车系统分类,1.自主式基于车载的驾驶辅助系统 ACC、LKS、。2.协调式基于车路通信的驾驶辅助系统基于车车通信的驾驶辅助系统基于4G移动通信的驾驶辅助系统（车联网）,基于ITS的智能汽车与其它特殊用途（军用）智能汽车不同!,军用智能汽车,道路偏离碰撞预警系统,车路协同系统,15,1.传感技术,利用机器视觉技术的检测利用雷达（激光、毫米波）检测前行车辆,2.通信技术(Beacon、DSRC、3G/4G),数台智能汽车之间协调行驶必须的技术车路协调通信技术,智能汽车关键技术,16,3.横向控制,利用引导电缆的横向控制 利用磁气标志列的横向控制 利用机器视觉技术的横向控制 利用具有雷达反射性标识带的横向控制,丰田磁标引导无人驾驶大巴,机器视觉,智能汽车关键技术,17,4.纵向控制,利用激光雷达测车间距离的纵向控制 利用毫米波雷达测车间距离的纵向控制 利用机器视觉技术测车间距离的纵向控制 利用车间通信及车间距离雷达的车队列(platoon)行驶纵向控制,毫米波雷达,智能汽车关键技术,18,智能汽车与智能交通系统智能汽车的现状下一代智能汽车,内容,19,2020,2010,2000,1991年：运输省-先进安全汽车（ASV）,1996年：车辆信息与通信系统开始投入使用,1999年：Smartway项目,2002年：在全国主要道路上引进,1992年：通产省-先进道路系统（AHS）,2005年：智能道路计划Smartway,2009年：i-Japan计划 提高物流效率，减少拥堵、排放，,2010年：new IT 计划，全面实现电子交通管理服务、局域信息交互及绿色交通,日本,20,日本ASV项目技术路线图,第1期(1991-1995),第2期(1996-2000),第3期(2001-2005),自主式驾驶辅助系统（ACC、LKS）,路车协调式驾驶辅助系统,可实用化的智能汽车系统,核心技术开发,实用化技术开发,普及推广,第4期(2006-2010),全面普及,车间通信式驾驶辅助系统,实用化技术开发,实用化技术开发,实用性最终验证,核心技术开发,核心技术开发,核心技术开发,日本,先进安全汽车（ASV:Advanced Safety Vehicle）,前方静止障碍物报警,汇入主路车流辅助,弯道辅助,AHS行驶安全辅助系统,NISSAN 公司的“交叉路口事故防止系统”,基于车车通信的交叉路口防撞系统,双向通讯,单向通讯,相互通讯告诉各自的位置、速度、方向等，让对方知道“我在这里！”,25,2010,2000,1990,2004：CICAS协同式 交叉路口碰撞防止系统,2009：IntelliDrive,1990：美国交通部-智能车辆道路系统（IVHS）,1998：公布ITS框架，耗资2500万美元,80年代中期：加州-PATH FINDER,2004：IVBSS集成车载安全系统,2003：VII车路协同系统项目,美国,基于ITS的智能汽车项目（美国）,IVBSS:Integrate Vehicle Based Safety Systems 集成车载安全系统项目IVBSS项目的主要目的是集成现有的安全和碰撞防止系统，使其能够在多种环境下提供可靠合理的报警信息。VII:Vehicle Infrastructure Integration 车路协同系统项目提供基于车路协同的行车辅助服务，提高交通安全、交通流畅性。在全美建立车-车、车-路通讯系统，实现车、路一体化交通。CICAS:Cooperative Intersection Collision Avoidance Systems 协同式交叉路口碰撞防止系统应用先进车辆技术、先进道路设施技术加强驾驶员对路口交通状况的感知能力，并安全通过路口。IntelliDrive应用车-车，车-路，车-X无线通讯技术，感知车辆周围360度范围内的危险。应用多种信息技术，向出行者和运输管理者提供多种实时交通信息。通过提供实时交通拥堵和其它信息，辅助出行者选择合适路线，减少 环境污染。,集成车载安全系统项目,IVBSS:Integrate Vehicle Based Safety Systems,IVBSS,换道/并线防撞,路线偏离防撞,行驶追尾防撞,Data Base,Communication,Hot Spot(DSRC),Satellite to,Vehicle,(GPS),Vehicle,-,to,-,Vehicle,(DSRC),Vehicle,-,to,-,Roadside,(DSRC),Private,Sector,Uses,车路协同项目(VII:Vehicle Infrastructure Integration),IntelliDrive 项目在VII项目基础上，美国交通运输部发起了IntelliDrive项目,安全：应用车-车，车-路，车-X无线通讯技术，感知车辆周围360度范围内的危险。交通机动性：应用多种信息技术，向出行者和运输管理者提供多种实时交通信息。环境：通过提供实时交通拥堵和其它信息，辅助出行者选择合适路线，减少 环境污染。,IntelliDrive 项目特点,Google Fleet自动驾驶设备包括车顶的激光测距仪、视频摄像头、4台标准车载雷达，Google Fleet的电脑资料库中，精确地贮存了每条公路的限速标准以及出入口位置。驾驶者只需微微扳动一下方向盘，就可以将Google Fleet转换为一辆普通的汽车,谷歌无人驾驶汽车,旧金山工业设计公司Mike&Maaike设计的自驾驶汽车。这款7座椅自驾驶汽车名为“Atnmbl”，是为2040年设计的电动与太阳能动力车。,Atnmbl无人驾驶汽车,33,2010,2000,1990,1995：Program for Mobility in Transportation in Europe,1989-1991：欧盟主导-DRIVE I,1992-1994：DRIVE II,1986-1994：奔驰主导-欧洲11家汽车公司参加Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety（PROMETHEUS）,2001-20 xx：e-Safety,2004：PreVENT综合项目,2006：CVIS项目,2006：I-Way项目,2006：Car2Car项目,2009：CityLog项目,欧洲,基于ITS的智能汽车项目（欧洲）,eSafety综合项目充分利用先进的信息与通信技术，加快安全辅助系统的研发、推广和应用，为道路交通安全提供全面的解决方案。包括PReVENT、CVIS、I-Way、Car2Car等70余个子项目。PReVENT项目利用先进的信息、通讯和定位技术，开发自主式和协调式主动安全系统，降低事故发生率和减小事故严重性。I-Way项目(Intelligent co-operative system in cars for road 通过提供实时的、来自附近车辆的信息和来自路旁设备的信息，来增强驾驶员的感知能力和对危险状况的反应能力。Car2Car项目推动车-车、车-路通讯技术及其接口的标准化；发展战略和商业模式，推进车、车通讯技术市场化。,充分利用先进的信息与通信技术（Information and Communication Technology），加快安全辅助系统的研发、推广和应用，为道路交通安全提供全面的解决方案。欧盟框架6项目中，安排eSafety子项目70项，共约1.6亿欧元。,eSafety 项目,eSafety 技术发展路线图,车道偏离报警系统 LDWS,38,盲点辅助报警系统 BLIS,Blind spot Information System,PReVENT项目(Preventive and Active Safety),目标是开发下一代先进主动安全技术，并推进这些技术在欧盟道路上的实际应用。PReVENT项目将先进的传感器技术、车-路、车-车通讯技术、车辆定位技术整合到驾驶辅助系统中，并开发、演示、测试和评价了这些技术。,40,PReVENT 应用：INTERSAFE交叉路口防止碰撞,基于信息、通讯技术，防止交叉路口违章，防止转弯碰撞事故提升交叉路口行驶安全。,PReVENT 应用：WILLWARN-协调式预警系统,若转弯过后有交通事故、冰雪路面、施工现场，提醒驾驶员注意。低能见度下，提醒驾驶员注意前方车辆。,Car2Car项目推动车-车、车-路通讯技术及其接口的标准化发展战略和商业模式，推进车、车通讯技术市场化,智能速度控制 项目（ISA：Intelligent Speed Adaptation),在有速度限制的地方自动控制车速,Picture from LAVIA project(France),44,高等院校及研究院所做了大量的基础性研究工作，突破了大量的关键技术，研发了原理样机。一些汽车企业已经在开展先进安全车辆技术的工程化和产业化方面的工作，正积极地与高等院所开展技术合作。一些汽车零部件企业已经着手汽车安全产品的产业化和商品化工作。,中国,45,自主式-基于车载的驾驶辅助系统FCW、ACC、LDW、LKS,Technology improves safety values!,EVB制动执行装置,雷达,摄像头,人机交互装置,清华,46,自主式-基于车载的驾驶辅助系统FCW、ACC、LDW、LKS,关键技术-环境感知技术,雷达,机器视觉,车辆状态传感器,白天,夜间,清华,47,自主式-基于车载的驾驶辅助系统FCW、ACC、LDW、LKS,关键技术-制动执行装置,电子真空助力器(EVB,Electronic Vacuum Booster),清华,48,自主式-基于车载的驾驶辅助系统FCW、ACC、LDW,清华,49,协调式-基于车路通讯的驾驶辅助系统,清华,50,协调式-基于车路通讯的驾驶辅助系统,基于交通信号灯的交叉路口安全辅助系统,违章报警功能-通过对驾驶员的提示、报警和对车辆制动的自动控制，防止因违反交通控制信号而引起的交通事故；同时提醒驾驶员注意即将变化的交通信号，防止因信号突然变化引起的急减速。,通行辅助功能-通过预知交通信号的变化时间，向驾驶员提供推荐车速，减少在交叉路口的不必要停车。,清华,51,协调式-基于车路通讯的驾驶辅助系统,带无线通讯装置的交通信号灯,清华,52,清华,协调式-基于车路通讯的驾驶辅助系统,交叉路口红路灯辅助,53,智能汽车与智能交通系统智能汽车的现状下一代智能汽车研究背景美国：未来车世纪中国：智能环境友好型汽车,智能汽车的现在与未来,我国每年交通事故造成的死亡人数逾10万；汽车带来的交通拥堵造成巨大的直接与间接经济损失；汽车舒适性差导致疲劳驾驶问题时有发生。,交通拥堵持续加剧,交通安全形势严峻,有效提高汽车行驶安全和舒适性,研究背景-未来汽车发展面临的挑战,疲劳驾车危害严重,汽车尾气排放约占温室气体排放的30%,占城市空气污染的70%。,汽车消耗我国汽油产量的87%，柴油产量的51%，全社会燃油消耗总量的30；,解决汽车节能和环保的瓶颈问题,研究背景-未来汽车发展面临的挑战,未来汽车发展受到交通安全、节能与环保等社会要求的严格制约；探索和掌握下一代汽车系统新技术，已引起各国的极大重视。,研究背景-未来汽车发展面临的挑战,Lexus LS600,Prius 2011,途锐混合动力车（2011）,研究背景-日本、德国（2007）,GM的EN-V电动网联概念车,研究背景-美国（2009）,59,智能汽车与智能交通系统智能汽车的现状下一代智能汽车研究背景美国：未来车世纪中国：智能环境友好型汽车,智能汽车的现在与未来,未来车世纪改变汽车DNA,新的汽车DNA特点的包括电力驱动和汽车联网技术的联姻。电力驱动：使用电动机做为动力，采用电气能源做为燃料，并采用电子自动控制方式。电动汽车包括：蓄电池电动车、增程型电动车和燃料电池电动车。汽车联网：使得汽车可通过道路基本设施和路旁辅助设备实现无线互联。这些依赖于GPS定位技术、GIS信息、V2X通信等技术。,蓄电池电动车增程型电动车燃料电池汽车 全新外形设计,XR-3 Tilting Three Wheel Vehicle ConceptRobert Q.Riley Enterprises,新能源智能化汽车,未来车世纪改变汽车DNA,道路的充电设备 通过路面上的充电设备给正在驾驶的车辆充电，实现无限续航。,感应充电轨道,韩国科学院展示的运用路面感应带进行充电的电动车,未来车世纪改变汽车DNA,传统汽车的连续行驶里程超过400公里，速度超过150公里每小时城市里的平均交通速度不超过30公里每小时，日常行驶里程不超过40公里对于新型USV，完全可以设想其可以承载低于500Kg，长度可以低于2.5米，在重量和空间上比传统汽车小3到4倍对于新型USV，要设计出比传统汽车更经济、外观更时尚的产品,未来车世纪城市用USV,城市用车的平均乘坐率在1到2之间，并且城市可用的陆地空间有限，这是一种比较合适的设计,未来车世纪城市用USV,丰田Winglet小巧轻便、操纵性好S/M/L三个型号，适合不同身高最大速度6公里每小时最大行驶里程10公里充电时间1小时,未来车世纪城市用USV,丰田Winglet铃木都市环保概念车（PIXY+SSC）PIXY:一人乘坐的低速移动工具；发电机驱动SSC：与PIXY直接 接合和连接，轻型 汽车移动单元，燃 料电池驱动,本田U-3X锂电池驱动通过身体倾斜调整 行驶方向总重量不足10Kg最高时速6公里可连续工作1小时,66,未来车世纪变革构想的融合,构想融合新的汽车DNA(电动和无线互联)+移动互联网+清洁能源+动态定价市场,个人移动系统变革零排放可回收能源避免碰撞行进中安全沟通网络驾驶乐趣和自动驾驶动感设计出行时间短、出行更具计划性占据空间小、停车省时提高道路通行量减少噪音降低成本,利益更多自由+可持续性移动+可持续性经济增长和社会繁荣,全部构想实现利益 部分累计利益之和,车联网面向道路交通，以车辆为网络终端，为交通参与者提供信息服务，同时为交通管理者提供决策支持，是物联网技术在智能交通领域的延伸。,未来车世纪车联网,68,未来车世纪移动互联网,移动互联网和汽车的关系类似于计算机和互联网的关系汽车实时共享海量信息和信息定位数据优化交通管理，减少出行费时，提高出行计划性驾驶员之间同样实现信息共享，保持人际、社交和商业网络之间的无缝连接驾驶员可在汽车自动行驶时，做自己想做的事情,移动互联网的特点,69,Internet,数据中心/云端,后台/服务中心,车联网的概念及内涵,70,车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车-X（X：车、路、行人及互联网等）之间，进行无线通讯和信息交换的大系统网络。能实现智能交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。它是物联网技术在交通系统领域的典型应用。,车联网的概念及内涵,71,“三网”融合的网,车联网,车联网的概念及内涵,72,便捷（信息服务及管理）V2V、V2I交互，移动互联丰富的环境数据提高行车效率交通、通行、停车天气、道路状况性能管理,节能环保减少排放节约燃油,安全提高驾驶员注意力减少或者消除碰撞驾驶建议驾驶报警车辆安全控制,车联网的功能,73,便捷：信息服务及管理,车联网可为交通管理机构提供的服务极大地提高实时交通、通行、停车和道路条件信息的数量和质量；更高效地管理运输系统；为城市交通规划提供支持。车联网可为消费者提供的服务选择出行方式的实时信息支持；路径规划的信息支持；加油站/充电站推荐。,车联网的功能-便捷,74,车联网的功能-安全,安全：车联网技术有助于减少道路交通事故,前方事故警告,协同式交叉路口通行,道路危险预警,队列协同控制,行人及非机动车预警,75,车联网的功能-节能环保,节能环保：车辆网技术能促进车辆节能及环保行驶,3G/4G,车联网关键技术体系,“三纵四横”关键技术体系,汽车,体系架构,通信与网络,智能终端,车联网平台,交通,金融保险,车内数据标准及架构,路侧数据标准及架构,业务数据库及服务架构,多模式通信自组织网络,集成通信交通传感网络,事故数据上报系统,智能车机智能手机,智能交通管理终端,移动支付事故数据采集,信息服务节能控制,交通调度安全监管,数据分析在线理赔,76,77,车联网关键技术体系,78,车联网关键技术,车内网络技术面向车联网的无线数据交互及异构网络融合技术高精度定位和地图技术基于车联网的车辆智能感知和控制技术基于车联网的信息服务平台,79,车联网关键技术,车内网：应用成熟的车载总线技术实现车内各总成部件有序接入 和信息共享的标准化网络。智能电力网：电力接入车载装置联网：信息共享车载终端：车内网的人机交互、车内网与车外网互联,80,车联网关键技术,面向车联网的无线数据交互及异构网络融合技术通信协议和通信数据标准DSRC/WAVE网络、3G/4G移动通信网络、有线网络融合技术,81,高精度定位（DGPS、WLAN、RFID）和地图技术（ADAS MAP/LDM）定位精度（CVIS）：10m级、1m级、分米级、动态地图构建：道路几何线形信息、交通标志、标线信息、交通状态、信号灯、邻车、行人状态。,车联网关键技术,82,基于车联网的车辆智能感知和控制技术车辆状态感知和控制技术车际网融合车载移动互联网融合,车联网关键技术,83,基于车联网的信息服务平台动态交通信息、车辆信息采集和处理技术基于车联网的云计算技术面向驾驶员的智能信息服务技术面向服务对象的智能数据挖掘技术,车联网关键技术,84,智能汽车与智能交通系统智能汽车的现状下一代智能汽车研究背景美国：未来车世纪中国：智能环境友好型汽车,内容,安全,节能,环保,智能汽车（IV）,清洁汽车（CV）,？,舒适,智能环境友好型汽车,智能环境友好型汽车提出（2006年）,i-EFV（intelligent Environment-Friendly Vehicle):具有清洁能源动力、电控化底盘与智能信息交互三大系统，,集成结构共用、信息融合与控制协同三大,技术，,综合实现安全、舒适、节能与环保四大功能的,下一代新型汽车。,智能环境友好型汽车背景,三大系统：清洁能源动力、电控化底盘、智能信息交互；三大技术：结构共用、信息融合与控制协同；四大功能：安全、节能、环保与舒适。,功能融合：安全、舒适、节能、环保,性能改善：更安全、更节能、更环保,智能汽车：电驱动系统（快速响应、精确可控）提升系统安全性,新能源汽车：环境信息为能量最优分配提供参考，提升整车节能、环保性能。,i-EFVintelligent Environment Friendly Vehicle,复杂机电系统,i-EFV概念,i-EFV系统结构,安全节能环保舒适,工程问题,关键技术,功能复杂,目标多样,结构复杂,系统,设计,系统特点,i-EFV关键技术,i-EFV关键技术及科学问题,混合动力系统作为目前解决能源问题非常现实的手段之一，得到了非常广泛的研究和应用：充分解决当前电池电量续驶里程数不够的问题；通过合理分配、管理发动机与电池能量流动，较大幅度提升整车经济性。作为过渡技术，可充分利用现已有传统内燃机技术,智能混合动力电动汽车（i-HEV）：融合ITS系统与混合动力系统各自优势，综合实现安全、节能、环保；进一步优化提高整车综合的安全、节能与环保性能。,智能环境友好型汽车-研究平台,智能混合动力汽车(i-HEV)-系统结构,重点考虑智能混合动力汽车（i-HEV）整车纵向控制：综合实现安全、节能、环保；全面的环境信息识别优化整车能量分配，进一步提高整车节能、环保性能；电机快速响应、精确可控性进一步提高整车安全性。,传感系统 共用,执行系统 共用,电控系统架构,i-HEV,雷达,摄像头,GPS+GIS,G sensor,ESP,电机,系统设计问题结构共用,智能混合动力汽车(i-HEV)-关键技术,横摆角速度传感器,状态及环境感知问题信息融合,智能混合动力汽车(i-HEV)-关键技术,整车控制问题控制协同,智能混合动力汽车(i-HEV)-关键技术,i-HEV多目标自适应巡航功能定义,1）跟随前车：保持安全车距、车速,2）保持跟随过程燃油消耗最小,3）保持跟随过程符合驾驶舒适性,安全性,经济性,舒适性,安全,节能,环保,多目标协调,舒适,i-HEV多目标自适应巡航-系统定义,i-HEV多目标自适应巡航系统分析,安全性,经济性,舒适性,多目标协调,安全性优先相对距离较小，自车速度较大,安全性+经济性+舒适性多目标协调较稳定跟随过程,i-HEV多目标自适应巡航控制系统结构,发动机工作点对比,高速巡航跟车工况百公里油耗对比,i-HEV多目标自适应巡航系统仿真,i-HEV多目标自适应巡航实验平台及试验,该样车同时具有混合动力及智能安全辅助行驶的系统功能，降低油耗35-45%，降低排放2030%，同时具有定速巡航、自适应巡航和主动避撞功能。,国内首台智能混合动力电动车(i-HEV),正弦工况车速、距离跟随及动力部件工作状态,前车20km/h35 km/h正弦运动过渡阶段：以较慢和较大的误差跟随前车正弦运动。稳定阶段：自车以较小速度误差和距离误差跟随前车正弦运动。工作 模式：纯电动模式；发动机驱动并发电模式；电机制动能量回收；电机EVB协调制动。,i-HEV多目标自适应巡航实验,不同的选择，不一样的未来,Chryslers Jeepster Concept Vehicle,VW Beetle,Smart Car,High Energy Intensity,Lower Energy Intensity,Lowest Energy Intensity,下一代智能汽车,103,Thanks!,