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1、2013.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,1,课件编制：王兵、陈旭梅 编制单位：新疆大学机械工程学院汽车与交通工程系 北京交通大学交通运输学院交通工程系 新疆大学授课人：王兵,教材主编：陈旭梅,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,2,5.1 先进的交通管理系统-ATMS 5.2 先进的旅行者信息系统-ATIS 5.3 先进的公共交通系统-APTS 5.4 商用车辆运营系统-CVO,5.5 先进的车辆控制系统-AVCS 5.6 自动公路系统-AHS 5.7 先进的乡村运输系统-ARTS,第5章 ITS的主要内容,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编
2、制：王兵、陈旭梅,3,5.6 自动公路系统 AHS,概念 方案构想 现状 结构 实施,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,4,5.6.1 AHS概念,自动公路系统AHS （ Automated Highway Systems），是指用现代化的传感技术、通讯技术、计算机技术以及检测技术等装备公路系统，并通过车路通信和车车通信，达到车辆可自动控制方向、速度、车间距等，从而使汽车自动行 驶于其上的智能化公路系统以及其他的安装设备。 AHS系统的本质就是使公路系统具有一定的智能，并依靠车辆的智能控制车辆的自动驾驶，将交通流调整至最佳状态，从而减少由于人工驾驶引起的交通问题，提高
3、整个公路系统的安全性和运行效率。 视频： AHS,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,5,AHS中车辆的运行和人工驾驶的区别,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,6,5.6.2 AHS的功能与结构,(1)自动驾驶 (2)合作协调 (3)基础设施支持 (4)基础设施管理 (5)基础设施控制,自动驾驶方案的智能控制主要集中在车辆上，这样装备起来的智能车辆具有检测功能，检测内容包括驶近的车辆和车道界限等周围环境信息。在这一方案中，车辆不和基础设施进行通信联系，只与ITS控制中心交换信息，以获取确定路线及呼救等方面的服务信息。,AHS的功能,2009.9
4、,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,7,合作协调方案与自动驾驶方案内容相似，只是增加了车车通信功能，协调了车道变更控制，并有可能支持车队的控制。在这一种方案中，如果有一辆车想变更车道，就可以向周围车辆发出信息，请求它们减速，以形成空档，从而完成车道变更。车辆汇合进入其他的车道时，进行同样的处理。,(1)自动驾驶 (2)合作协调 (3)基础设施支持 (4)基础设施管理 (5)基础设施控制,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,8,基础设施支持方案通过对基础设施的总体装配，并增加了车路同步通信功能。道路部门监测总体的交通流和瓶颈路段的交通情况，并向车辆提供确切的位
5、置信息。,(1)自动驾驶 (2)合作协调 (3)基础设施支持 (4)基础设施管理 (5)基础设施控制,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,9,该方案中，基础设施仅指挥单一的车辆，车辆自己保持固定的速度，但是特别的驾驶行为（例如变更车道，进入车道等）由基础设施部门调控。在这“需求反应”的做法中，车辆如果要有特殊的驾驶行动，则会向基础设施管理部门提出请求，基础设施管理部门会向提出请求的车辆和其他车辆发出指令（例如，指令其他车辆增加间距以进行车道变更）。基础设施管理方案比基础设施支持方案提供了更大的利用效率。,(1)自动驾驶 (2)合作协调 (3)基础设施支持 (4)基础设施
6、管理 (5)基础设施控制,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,10,在基础设施控制方案中，车辆完全由基础设施控制。基础设施连续追踪每一辆车，并向每一辆车发出指令。这些指令控制驾驶、减速、刹车和转弯等。在这种方案中，车辆具有将指令转化成为发动机的控制程序和检测调节发动机响应的能力。,(1)自动驾驶 (2)合作协调 (3)基础设施支持 (4)基础设施管理 (5)基础设施控制,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,11,AHS的结构 AHS由智能化道路系统、智能车辆系统和车路通讯系统组成。其基本结构示意图如下图所示。,2009.9,教材主编: 陈旭梅;
7、课件编制：王兵、陈旭梅,12,5.6.3 AHS的发展,日本 1990年代 1995年11月在建设省土木研究所的试验路上进行了AHS实验（测试横向与纵向控制下的9辆车组成的汽车列队运行），这是世界上第一次AHS模拟实验 1996年7月，按日本ITS综合计划，进行了安全驾驶的试验 1996年9月，在上信越高速公路上，进行了第二次操作性模拟试验（11辆车组成的汽车群），这是世界上第一次在真正的公路上进行的AHS试验 1996年10月，官方成立了自动公路系统研究协会（AHSRA），并确立了到2000年建成AHS原型的研究目标。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,13,美国
8、美国AHS系统的开发大致经历了三个阶段：分析阶段、系统定义阶段和运行及评价阶段。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,14,美国 分析阶段 在此阶段，主要进行了自动公路系统的技术、非技术及相关因素效果的总体分析。美国DOT组织启动了15项AHS“优先研究项目”，研究其技术的可用性和其潜在利益。这项研究涉及到了355个组织，包括大学、法律人员和系统综合人员等。这些研究表明AHS可以提高每条道路的通行能力的20%30%，缩短旅行时间的20%30%，减少事故率的50%80%。此项研究也解决了大量的技术上和社会上的重大问题。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、
9、陈旭梅,15,美国 系统定义阶段 1993年12月，美国DOT组织向公众征集与联邦政府合作开发试验AHS原型的申请。并建立了由汽车公司生产部门、政府部门和学术部门等十一个参加者组成的国家自动公路系统共同体（NAHSC）。NAHSC在1994年11月开始进行系统定义阶段，重大事件有： 1995年6月 开发与设计目标 1996年6月 可行性AHS方案的识别与描述 1997年3月 演示系统技术的可行性 1999年3月 对提出的AHS系统构造方案的选择 2001年2002年 原型试验的完成,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,16,美国 运行评价阶段 运行评价阶段于2002年开
10、始 ，包括提交的AHS的系统结构与已有的习惯技术与规章制度的环境的融合、这一结构在大量操作环境下的评价。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,17,AHS的实施,AHS的实施过程有三个阶段： （1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,18,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,在此阶段，系统主要强调信息的提供和预警实施，以帮助驾驶员进行安全操作，从而减少交通事故的发生。系统通过路侧通信设施、路车通信系统及车载设备等，收集前方道路交通情况、车辆行驶状态和车辆周边环境等资料，根据车辆
11、间距、车速和车辆位置，判断车辆是否处于危险位置，在需要时给出警告信息，警告与提醒驾驶员采取正确的操作反应。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,19,此阶段的主要目标是防止纵向、横向和交叉口碰撞，主要配置如右表 所示。,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,20,在此阶段，系统能辅助驾驶员在事故潜在的危险区域控制运行车辆的加减速、刹车和转向操作，以避免事故的发生。此阶段的道路基础设施和车辆都具有了一定的智能，AHS专用道路系统能检测到更为准确的障碍物和交通环境的信息。车辆则具有辅助驾驶的功能。
12、 此阶段系统主要具有防撞功能和适度提高通行能力两个目标。,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,21,当系统检测到车间距达不到安全车距时，系统将会产生警告信息，并提供给司机，并且在必要时启动自动刹车。侧撞的产生主要由车辆变换车道或行驶车辆偏离车道中心线而引起的。AHS的车辆会自动辨识自身相对于另一车道的车辆位置或偏离中心线的程度。当变换车道有潜在的危险（侧向碰撞）或车辆偏离车道时，系统会将产生的侧撞警告信息传递给司机，必要时采取自动驾驶，从而防止侧撞的产生。,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2
13、009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,22,在弯道上，车辆发生对撞（或障碍物相撞）的预警系统操作过程 ：,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,23,通行能力提高：此阶段通行能力的提高主要通过车载导航控制系统，适当控制AHS车辆和其他车辆的间距来提高通行能力。,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,24,自动驾驶是AHS研究及发展的最终目标。在此阶段，系统完全自动控制车辆的行驶，具有检查车辆出入、车道控制、车间距控制、防
14、撞、合流以及分流等功能。其中变换车道的自动控制和合流的自动控制是此阶段的关键技术。,（1）信息提供阶段（2）辅助驾驶阶段（3）自动驾驶阶段,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,25,日本上信越高速公路的AHS试验 实验系统简介,5.6.4 AHS案例,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,26,日本上信越高速公路的AHS试验 AHS系统组成：车辆、道路基础设施,车辆,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,27,日本上信越高速公路的AHS试验 AHS系统组成：车辆、道路基础设施,道路基础设施,2009.9,教材主编: 陈旭梅;
15、课件编制：王兵、陈旭梅,28,日本上信越高速公路的AHS试验 试验结果1 此项操作模拟性试验主要是测试两个系统：安全驾驶系统测试其自动刹车控制防止与前车碰撞、防止逸出车道与邻接车道车辆碰撞、感知前方障碍物并预告危险的功能；自动驾驶系统实现11台车相距25米，列队以时速40公里80公里速度自动驾驶走行。 当管理ECU发出刹车指令0.20.3秒后，车辆开始减速。当两车到达安全距离时，用了4秒钟的时间，然后系统取消自动刹车。 由图像处理和磁钉两种方法测定车道偏离时，产生的误差大约为60毫米，应用这两种方法，都可以检测车道偏离的程度。,2009.9,教材主编: 陈旭梅; 课件编制：王兵、陈旭梅,29,日本上信越高速公路的AHS试验 试验结果2,