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引言1

A 驾驶员辅助系统开发的基础3

1 人驾驶汽车的能力4

1.1 人的信息处理过程4

1.1.1 信息接收5

1.1.2 信息处理7

1.1.3 信息交付8

1.2 驾驶员特性和人的能力极限8

1.3 在驾驶员-汽车-环境系统中对驾驶员的要求11

1.4 评估汽车驾驶任务对人的能力方面的要求13

2 驾驶员行为模型17

2.1 1983年Rasmussen提出的针对人的面向目标的行为三层模型17

2.2 1982年Donges提出的驾驶任务的三层结构18

2.3 针对驾驶员任务的引导和稳定层次的控制技术模型方法示例20

2.4 时间标准21

2.5 量化道路交通中基于技能、规则和知识的反应行为的新模型方法23

2.6 驾驶员辅助系统的推论24

3 驾驶员辅助系统与交通安全27

3.1 引言27

3.2 驾驶员辅助系统对交通安全的预期作用28

3.3 在评级和法律规定的背景下评价驾驶员辅助系统30

3.3.1 形式认证规定31

3.3.2 消费者组织的要求31

3.3.3 制造商内部的要求32

3.3.4 Beyond NCAP——未来的Euro NCAP评估32

3.4 自主干预的驾驶员辅助系统的法律限制33

4 驾驶员辅助系统人机交互用户友好技术的研发39

4.1 概述39

4.2 研发驾驶员辅助系统的人机交互（HMI）时提出的问题39

4.2.1 通过驾驶员辅助系统提供支持39

4.2.2 驾驶员辅助系统的优势和局限性40

4.2.3 所需的职能和专业领域40

4.2.4 研发驾驶员辅助系统时的影响因素40

4.2.5 驾驶员、驾驶员辅助系统和汽车之间的交互通道41

4.2.6 由驾驶员辅助系统导致的驾驶员-车辆之间关系的变化42

4.2.7 驾驶员的情境意识42

4.2.8 内部模型42

4.2.9 通过驾驶员信息系统和驾驶员辅助系统可减轻负担还是增加负担？43

4.2.10 驾驶员的责任43

4.2.11 人和机的优势44

4.3 驾驶员辅助系统人机交互的系统化开发44

4.3.1 驾驶员辅助系统中人机交互的系统化开发44

4.3.2 驾驶员的支持需求44

4.3.3 研发驾驶员信息系统和驾驶员辅助系统的指导方针45

4.3.4 针对驾驶员信息系统的规程——“人机交互原则的欧洲声明”（ESoP）46

4.3.5 驾驶员信息系统和驾驶员辅助系统的设计标准46

4.3.6 标准的发展47

4.3.7 汽车中人机交互的ISO标准47

4.4 驾驶员辅助系统设计的评估47

4.5 小结49

5 驾驶员辅助系统的设计和测试51

5.1 “驾驶员辅助系统”的定义解释51

5.2 撰写本书的目的52

5.3 驾驶员眼中的驾驶员辅助系统52

5.4 驾驶员辅助系统的系统化设计53

5.5 “自动应急制动”的系统化设计55

5.5.1 面向用户的功能定义55

5.5.2 系统架构方面59

5.5.3 驾驶员辅助系统功能测试60

5.5.4 “合理触发”测试案例——车辆回路测试60

5.5.5 “错误触发”的错误概率——特洛伊木马61

5.6 小结61

6 驾驶员辅助系统的评估方法65

6.1 面向用户进行评估的目标设置65

6.2 对评估方法的要求66

6.3 采用的方法67

6.3.1 对行驶模拟器的试验67

6.3.2 汽车试验场上的试验（受控区域）69

6.3.3 在真实道路交通中进行试验（现场试验）69

6.4 应用示例69

6.4.1 在行驶模拟器中评估安全系统70

6.4.2 在汽车试验场试验中评估安全功能75

6.4.3 在实际的道路交通试验中评估辅助功能76

7 EVITA——评估防碰撞系统的试验方法80

7.1 引言80

7.2 迄今已知的试验方法80

7.3 假目标EVITA81

7.3.1 目的81

7.3.2 方案81

7.3.3 结构82

7.3.4 试验过程82

7.3.5 性能参数83

7.4 试验车辆的测量方案83

7.5 危及试验参与者的安全84

7.6 评估方法84

7.6.1 防碰撞系统的效用84

7.6.2 被测试者试验84

7.6.3 评估时间段84

7.6.4 防碰撞系统的比较85

7.7 评估结果86

8 借助车辆硬件在环模拟技术评价驾驶员辅助系统88

8.1 目的88

8.2 驾驶员辅助系统的开发89

8.3 Vehicle in the Loop（车辆在环模拟测试）90

8.3.1 交通模拟和可视化91

8.3.2 交通模拟中试验车的定位91

8.3.3 借助Augmented Reality（增强现实）技术与驾驶员相连接92

8.3.4 传感器模块93

8.4 车辆在环模拟测试的总体架构94

8.5 车辆在环模拟试验的验证94

8.6 展望95

9 驾驶员辅助系统对机动车系统架构的影响97

9.1 引言97

9.2 系统架构98

9.3 驾驶员辅助系统对系统架构的重要影响100

9.4 装备变型和联网复杂性101

9.5 驾驶员辅助系统功能在控制单元上的划分102

9.6 联网技术105

9.7 小结106

B 驾驶员辅助系统的传感装置107

10 用于驾驶员辅助系统的行驶动态传感器108

10.1 引言108

10.2 一般性选择标准108

10.2.1 技术层面的要求108

10.2.2 商业层面112

10.3 驾驶员辅助系统的传感器技术参数113

10.3.1 传感器及安装地点113

10.3.2 车轮转速传感器113

10.3.3 方向盘转角传感器117

10.3.4 转速传感器和加速度传感器120

10.3.5 制动压力传感器122

11 超声波传感器127

11.1 压电效应127

11.2 压电陶瓷127

11.2.1 材料127

11.2.2 制造128

11.2.3 电滞现象129

11.2.4 压电常数129

11.2.5 去极化130

11.3 超声波换能器130

11.3.1 等效电路图131

11.4 机动车的超声波传感器132

11.4.1 传感器组件132

11.5 天线和发射形式133

11.5.1 模拟134

11.6 距离测量135

11.7 支架和固定方案137

11.8 功能和可靠性137

11.9 小结138

12 雷达传感器141

12.1 传播和反射142

12.2 车距和车速测量145

12.2.1 调制和解调的基本原理145

12.2.2 多普勒效应145

12.2.3 信号的混合146

12.2.4 脉冲调制148

12.2.5 频率调制152

12.3 角度测量162

12.3.1 基于天线理论的预研究162

12.3.2 扫描163

12.3.3 单脉冲164

12.3.4 多波束165

12.3.5 双传感器方案168

12.4 有效功率的主参数169

12.4.1 距离169

12.4.2 相对速度169

12.4.3 方位角169

12.4.4 功率和多目标能力170

12.4.5 24 GHz与77 GHz的对比171

12.5 信号处理和跟踪171

12.6 安装和调整174

12.7 电磁兼容性176

12.8 规格示例176

12.8.1 Bosch LRR2176

12.8.2 Bosch LRR3178

12.8.3 Continental（A.D.C.）ARS 200180

12.8.4 Continental ARS 300184

12.8.5 Delphi前视雷达（第三代）187

12.8.6 Delphi电子扫描雷达（第四代）188

12.8.7 Hella 24 GHz中程雷达192

12.8.8 TRW AC 20195

12.9 小结197

13 激光雷达传感器199

13.1 功能及原理199

13.1.1 基本原理199

13.1.2 距离传感器的测量方法199

13.1.3 结构202

13.1.4 透射和反射特性204

13.1.5 跟踪法和相应目标的选择206

13.2 在车内的应用208

13.2.1 激光防护208

13.2.2 朝前的传感器的集成（以ACC为例）209

13.3 附加功能210

13.4 最新示例210

13.5 小结212

14 3D飞行时间测量法（ToF）214

14.1 基本方案的分类和说明214

14.2 优点和应用215

14.3 3D探测的基本方案215

14.3.1 形状探测和光学不相干的调制飞行时间测量217

14.3.2 PMD原理218

14.4 PMD系统的模块220

14.4.1 PMD成像器：2D混频器和集成器220

14.4.2 照明222

14.4.3 再处理（特征提取，物体跟踪）222

14.5 总系统的有效效率和功率极限225

15 机器视觉227

15.1 图像传感器227

15.1.1 硬件组件和技术227

15.1.2 投影成像228

15.1.3 图像呈现230

15.2 图像处理231

15.2.1 图像预处理231

15.2.2 特征提取234

15.3 场景几何形状的3D重建238

15.3.1 立体观测238

15.3.2 运动立体视觉240

15.3.3 三焦点张量242

15.4 时间跟踪242

15.4.1 贝叶斯滤波器243

15.4.2 用卡尔曼滤波器进行时间跟踪244

15.5 应用示例244

15.5.1 行车道识别系统244

15.5.2 物体探测247

15.6 小结251

16 基于摄像头的行人探测255

16.1 要求255

16.2 可能的方法256

16.3 对功能原理的说明257

16.4 对软硬件要求的说明266

16.5 小结267

17 环境探测传感器的数据融合272

17.1 传感器数据融合的定义273

17.1.1 数据融合的目标273

17.2 传感器数据处理的主要组成部分274

17.2.1 信号处理和特征提取274

17.2.2 数据关联275

17.2.3 数据过滤277

17.2.4 分类278

17.2.5 状况分析278

17.3 环境传感器传感数据融合的架构模式278

17.3.1 分布式-集中式-混合式279

17.3.2 原始数据层-特征层-判断层280

17.3.3 同步-异步281

17.3.4 新数据-数据群-外部事件281

17.3.5 原始数据-过滤后的数据-预测的数据282

17.3.6 并行-顺序282

17.4 小结282

C 驾驶员辅助系统执行机构285

18 液压轿车制动系统286

18.1 标准架构286

18.2 电动液压制动器（EHB）的架构295

18.3 再生制动系统（RBS）的架构305

19 电动机械制动系统309

19.1 电动机械制动系统（EMB）309

19.1.1 目的309

19.1.2 系统架构和组件309

19.1.3 制动操纵装置311

19.1.4 中央控制单元312

19.1.5 车轮制动系统执行机构313

19.1.6 传感器314

19.1.7 控制方案314

19.1.8 供电314

19.1.9 通信系统（总线结构）315

19.2 混合制动系统316

19.2.1 目的316

19.2.2 系统架构和组件316

19.2.3 调节功能317

19.2.4 后轴执行器318

19.3 电子驻车制动装置（EPB）318

19.3.1 目的318

19.3.2 系统架构和组件319

19.3.3 电子控制单元的接口323

19.3.4 EPB的功能323

20 转向调节系统326

20.1 对转向系统的一般性要求326

20.2 转向助力的基本方案326

20.2.1 液压助力转向（HPS）326

20.2.2 可设定参数的液压助力转向机328

20.2.3 电动液压助力转向装置（EHPS）328

20.2.4 电动机械式助力转向装置（EPS）328

20.2.5 电子组件331

20.3 扭矩叠加的解决方案332

20.3.1 液压转向系的附加执行机构333

20.3.2 电动转向系统333

20.4 角度叠加的解决方案335

20.4.1 引言335

20.4.2 功能性336

20.4.3 调节器变型337

20.4.4 宝马5系转向机构上ZFLS执行机构的应用示例338

20.4.5 转向柱内集成的奥迪A4 ZFLS执行机构的应用示例340

20.4.6 雷克萨斯（Lexus）应用示例——转向轴固定的同轴转向柱执行机构343

20.5 线控转向系统和单轮转向机构344

20.5.1 系统设计和组件345

20.5.2 技术，优势和机遇347

D 驾驶员辅助系统的人机接口349

21 人机接口的设计350

21.1 人机接口的工作模型350

21.2 接口的基本划分351

21.2.1 控制元件351

21.2.2 显示352

21.3 设计指导原则和原理353

21.3.1 设计指导原则353

21.3.2 设计原则355

21.4 设计流程356

21.5 实践和设计流程359

22 操作单元361

22.1 对操作单元的要求361

22.2 确定操控器官，身体姿态和抓握方式362

22.3 操作件类型的确定363

22.4 避免未经授权的和不经意的调节363

22.5 规定空间布置364

22.6 规定移动方向、移动行程和移动阻力364

22.7 形状、尺寸、材料和表面的规定365

22.8 调节件的标识366

22.9 备选操控方案366

23 驾驶员辅助系统的显示装置367

23.1 对机动车显示装置的要求367

23.1.1 交互通道367

23.1.2 “实施规程”368

23.2 目前机动车内采用的显示方案368

23.2.1 车内的通信区368

23.2.2 组合仪表显示屏370

23.2.3 平视显示器（HUD）371

23.2.4 中控台内的中央显示和操作单元373

23.2.5 夜视系统的显示屏373

23.2.6 附加显示屏374

23.3 机动车的显示装置374

23.3.1 机电测量装置374

23.3.2 主动和被动段显示器375

23.3.3 组合仪表和中控台的图像显示378

23.4 未来的机动车显示方案379

23.4.1 接触模拟平视显示器379

23.4.2 激光投影380

24 驾驶员警报单元381

24.1 引言381

24.2 人进行的信息处理381

24.3 人机接口382

24.4 对警报单元的要求383

24.5 警报单元示例384

24.5.1 用于纵向引导的警报单元384

24.5.2 横向引导警报单元385

24.6 警报单元的预分类387

24.7 警告性前部碰撞应对措施的评价标准389

24.8 前侧碰撞警报的检验结果390

E 稳定层面上的驾驶员辅助395

25 基于制动器的辅助功能396

25.1 引言396

25.2 行驶动态基础396

25.2.1 静态和非静态车轮特性和行驶特性396

25.2.2 行驶动态的参数399

25.3 ABS、ASR和MSR401

25.3.1 控制方案401

25.4 ESP404

25.4.1 要求404

25.4.2 使用的传感器405

25.4.3 ESP的控制方案407

25.4.4 计算额定值并估计行驶动态参数415

25.4.5 安全性方案420

25.5 增值功能423

25.5.1 特殊稳定性支持功能423

25.5.2 特殊扭矩控制427

25.5.3 制动和增压辅助428

25.5.4 停车和速度控制433

25.5.5 高级驾驶员辅助系统支持436

25.5.6 监控和信息436

25.6 与基于EHB的制动控制系统的差别437

25.7 小结438

26 通过制动干预和转向干预进行行驶动态控制440

26.1 引言440

26.2 系统环境和用户要求441

26.3 制动控制和方向控制的方案和工作原理442

26.4 用于转向角干预的功能模块444

26.5 驾驶员转向建议的功能模块446

26.6 未来的研发448

27 摩托车的行驶动态控制系统450

27.1 行驶稳定性450

27.2 制动稳定性453

27.3 与行驶动态控制相关的摩托车事故455

27.4 制动调节系统的技术现状456

27.4.1 液压ABS制动装置457

27.4.2 电动液压联动式制动装置458

27.5 驱动防滑系统的技术现状461

27.6 未来的车辆动态控制463

28 商用车的稳定辅助功能469

28.1 引言469

28.2 商用车与轿车在ABS、ASR和MSR特性方面的比较469

28.2.1 商用车的特点469

28.2.2 调节目的和调节优先权471

28.2.3 系统结构475

28.2.4 商用车的特殊功能478

28.3 与轿车相比商用车行驶动态调节的特点478

28.3.1 商用车的特点478

28.3.2 控制目的和控制优先权479

28.3.3 系统架构482

28.3.4 商用车的特殊功能484

28.4 小结484

28.4.1 铰接式列车的行驶动态调节484

28.4.2 使用其他的调节器485

29 转向辅助功能487

29.1 转向传动比487

29.2 转向力矩辅助488

29.3 转向角辅助490

29.3.1 人体工程学491

29.3.2 转向特性492

29.4 驾驶员无关的转向干预495

29.4.1 行驶性能和行驶稳定性495

29.4.2 车道引导的辅助功能495

29.5 驾驶员认可程度496

29.6 小结496

F 基于车道引导和导航层面的驾驶员辅助系统499

30 视觉增强系统500

30.1 夜间或天气状况不佳时交通事故的发生频率500

30.2 视觉增强系统的照明技术和车辆技术重要性503

30.3 目前和未来用于视觉增强的大灯系统506

30.3.1 基于光源开发的视觉增强系统506

30.3.2 基于自适应光分布的视觉增强系统508

30.3.3 基于辅助光分布的视觉加强系统514

30.4 夜视系统516

30.4.1 机动车内夜视系统的传感装置516

30.4.2 机动车内夜视系统的显示519

30.4.3 图像处理520

30.4.4 系统方法的对比521

31 泊车辅助系统524

31.1 泊车辅助系统的分类524

31.2 对泊车辅助系统的要求524

31.3 技术实现525

31.3.1 信息式泊车辅助系统525

31.3.2 引导式泊车辅助系统526

31.3.3 半自动泊车528

31.4 小结529

32 自适应巡航控制系统532

32.1 引言532

32.2 ACC发展回顾533

32.3 要求535

32.3.1 符合ISO 15622的标准ACC的功能要求535

32.3.2 符合ISO 22179的FSRACC的附加功能要求535

32.4 系统结构536

32.4.1 梅赛德斯—奔驰Distronic示例537

32.4.2 BMW全速范围自适应巡航控制（FSR ACC）系统示例537

32.4.3 功能降级539

32.5 ACC状态管理和人机界面539

32.5.1 系统状态和状态转换539

32.5.2 操控单元及说明示例542

32.5.3 显示单元实例543

32.6 ACC的目标物体识别545

32.6.1 对环境传感装置的要求545

32.6.2 测量范围和测量精度546

32.7 目标选择550

32.7.1 路线曲率的测定550

32.7.2 路线预测552

32.7.3 车辆行驶轨迹553

32.7.4 目标选择的其他标准555

32.7.5 目标选择限制556

32.8 跟随控制557

32.8.1 对跟随控制的基本考虑557

32.8.2 模糊跟随行驶控制器562

32.9 目标丢失策略和弯道控制563

32.9.1 行驶接近策略565

32.9.2 超车辅助565

32.9.3 对静止目标的反应566

32.9.4 停车控制、低速控制的特殊性566

32.10 纵向控制和促动系统566

32.10.1 促动系统的基本结构和调整566

32.10.2 制动567

32.10.3 驱动569

32.11 使用和安全理念572

32.11.1 功能的可追溯性572

32.11.2 系统限制572

32.12 安全方案573

32.13 用户和验收研究574

32.13.1 验收574

32.13.2 使用574

32.13.3 补偿行为576

32.13.4 习惯性效应576

32.13.5 接管控制状况576

32.13.6 舒适性评估577

32.14 小结577

32.14.1 当前发展577

32.14.2 功能扩展578

33 正面碰撞防护系统581

33.1 问题阐述581

33.2 通过预防辅助进行正面碰撞防护582

33.3 反应辅助582

33.4 应急辅助583

33.5 制动辅助584

33.5.1 基本功能584

33.5.2 继续开发587

33.6 预警点和干预点588

33.6.1 行驶动态研究588

33.6.2 前部碰撞应对措施596

33.6.3 碰撞应对措施的潜在优势598

33.6.4 对环境探测的要求600

33.7 小结602

34 车道偏离警报系统605

34.1 车道识别系统及其应用605

34.2 事故数据一览605

34.3 车道识别系统607

34.3.1 环境影响和限制因素608

34.3.2 国家差异610

34.4 功能特性611

34.4.1 车道偏离警示系统（LDW）611

34.4.2 高级车道偏离警示系统（ALDW）612

34.4.3 车道保持辅助系统（LKS）613

34.4.4 车道偏离修正系统（LDP）614

34.5 小结615

35 车道保持辅助系统618

35.1 功能概述619

35.2 解决方案和技术实现621

35.2.1 车道识别621

35.2.2 控制策略621

35.2.3 人机接口622

35.2.4 执行机构623

35.3 系统限制624

35.4 小结624

36 车道变换辅助系统628

36.1 目的628

36.2 要求629

36.3 系统功能性的分类630

36.3.1 根据环境探测能力进行分类630

36.3.2 系统状态图631

36.4 解决方法和实施案例632

36.4.1 沃尔沃（Volvo）的盲点信息系统（BLIS）632

36.4.2 标致的“盲点探测器”633

36.4.3 梅赛德斯-奔驰的“盲点辅助装置”633

36.4.4 “奥迪侧向辅助系统”／VW“侧向辅助系统”635

36.4.5 小结636

36.5 达到的功能637

36.6 继续研发638

37 路口辅助系统640

37.1 在路口发生的交通事故640

37.2 路口辅助系统641

37.2.1 停车标志辅助641

37.2.2 交通信号灯辅助642

37.2.3 转弯／交叉相遇辅助643

37.2.4 左转辅助645

37.3 情境评估646

37.4 适当的警报和干预策略647

37.5 实施过程中的挑战648

38 用于商用车的车道引导辅助系统653

38.1 对商用车驾驶员的要求653

38.2 载重车和轿车的实质性差异655

38.3 事故情境657

38.4 商用车的自适应巡航控制系统（ACC）660

38.5 商用车的车道偏离警报装置664

38.6 紧急制动系统666

38.7 未来的研发667

39 导航和远程通信技术671

39.1 历史671

39.2 车载导航系统672

39.2.1 定位674

39.2.2 目的地输入677

39.2.3 行驶路线搜索678

39.2.4 导航679

39.2.5 地图显示680

39.2.6 动态模块682

39.2.7 数据传输和数据抽象化（数据载体）682

39.3 非车载导航683

39.4 混合导航684

39.5 辅助功能687

39.6 交通远程通信技术687

39.6.1 基于无线电广播的技术688

39.6.2 移动通信技术689

39.6.3 远程通信基本服务691

39.6.4 车-车通信，车-公共设施通信692

39.6.5 公路通行收费系统693

39.6.6 现代化交通控制694

39.6.7 远程通信服务未来的发展趋势695

39.7 对导航系统和远程通信技术提出的要求696

39.7.1 消费电子产品（CE）与汽车电子产品（AE）696

39.7.2 结构699

39.7.3 开发过程699

G 驾驶员辅助系统的未来703

40 机电一体化汽车底盘的未来704

40.1 联网的底盘704

40.2 线控制动系统的研发动因708

40.3 小结709

41 PRORETA超车防碰撞系统——防止超车碰撞事故的集成解决方案711

41.1 引言711

41.2 用于测定机动空间的基于视频的总体场景图像分割712

41.3 雷达信号和视频信号的传感器融合713

41.4 超车过程情境分析715

41.5 报警和主动干预的实现716

41.6 行驶试验的结果717

41.7 小结718

41.8 结束语718

42 协同自动化720

42.1 引言和目的720

42.2 协同自动化控制方面的问题721

42.2.1 并行-同时辅助722

42.2.2 并行-顺序辅助722

42.2.3 连续-同时辅助723

42.2.4 连续-顺序辅助724

42.2.5 协同车辆驾驶应考虑的人体工程学方面的问题724

42.3 实施726

42.3.1 线控726

42.3.2 H模式—马喻的实施727

42.4 小结730

43 自动驾驶733

43.1 2007城市挑战赛733

43.1.1 系统结构733

43.1.2 软件架构735

43.1.3 信息处理链736

43.1.4 环境探测736

43.1.5 动态对象737

43.1.6 车道识别737

43.1.7 任务规划和操控规划737

43.1.8 车辆控制738

43.2 小结738

44 驾驶员辅助系统的发展方向741

44.1 驾驶员辅助系统的集成操作方案741

44.2 利用驾驶员辅助系统改进环境平衡742

44.3 通过驾驶员辅助系统提高车辆的机动性能743

44.4 主动防撞系统744

44.5 自动驾驶745

44.5.1 认证的问题范围746

44.5.2 测试困境的解决方法747

44.5.3 获得公认度量指标的途径750

44.6 驾驶员辅助系统的演变750

44.7 小结752

词汇表754

作者索引761

公司和高校目录764