张海彬
摘 要：智能交通系统（ITS）对提高汽车交通安全、确保交通网络正常运行具有重要作用及现实意义。从技术层面出发，为使对交通安全的管理和控制能力得到进一步提升，汽车电子监测技术成为行业内的一项研究热点，因而对应用ITS优化汽车电子监测技术的实现路径进行了研究和设计，在对ITS的功能和作用以及汽车电子监测主要技术进行分析的基础上，构建了一种基于ITS的汽车电子监测技术的优化设计方案，重点阐述了构成整个监测系统的主要功能模块的实现路径。
关键词：智能交通系统（ITS）;汽车电子监测技术;优化设计;实现路径
中图分类号：TP274
文献标志码：A
文章编号：1007-757X（2020）11-0161-03
Abstract：Intelligent transportation system （ITS） plays an important role in improving the safety of automobile traffic and ensuring the normal operation of the transportation network. At the same time， from the technical level， in order to further improve the management and control of traffic safety， automotive electronic monitoring technology has become a research hotspot in the industry. This article mainly studies the application of ITS to optimize the implementation path of automotive electronic monitoring technology. The design， based on the analysis of the functions of ITS and the main technologies of automotive electronic monitoring， builds an optimized design scheme of automotive electronic monitoring technology based on ITS， focusing on the realization of the main functional modules that constitute the entire monitoring system path.
Key words：intelligent transportation system （ITS）;automotive electronic monitoring technology;optimization design;implementation path
0 引言
随着人们物质生活水平的不断提高，汽车成为日常出行必不可少的交通工具，在带来巨大便利的同时，由不断增加的汽车使用数量带来的交通事故、交通堵塞等问题日益突出，成为城镇管理急待解决的难题，不断发展完善起来的智能交通系统（ITS）成为解决交通问题的重要手段。目前主要采用ITS以及电子检测技术来进行监测，缺少对电子监测关键性技术的优化设计。
1 需求分析
目前在追求节能环保的大背景下，同时为有效弥补传统汽车传动系统存在的复杂度较高的不足，分布式驱动电动汽车逐渐发展完善起来，成为各大企业及高校的关注重点，此种汽车的底盘更易实现模块化、电气化的控制功能，因其显著简化的底盘结构而降低了整车质量，在提高传动效率的同时增加了乘坐空间，提升了驾乘体验。但具备更多可控自由度的分布式电动汽车包括驱动控制在内的电子监测技术仍然存在较多急需解决的问题。为顺应电动汽车未来的发展及应用趋势，对汽车交通安全的控制管理功能提出了更高的要求，为保证车辆行驶的安全性，在汽车主动安全技术研究中，底层、面向执行器的汽车电子稳定性控制（ESC）成为汽车控制的一项关键技术，同时也是提升汽车自动化及智能化水平的基础和关键，集成了ABS系统、TCS系统及横摆力矩控制的ESC通过协调控制汽车的制动、驱动、转向功能实现了车辆稳定性的有效提升，而为保障駕驶安全汽车电子监测功能必不可少。ITS融合使用了现代化技术用于规范统一的安排指挥人、路、车，具有实时、准确、高效的特点，可对大范围内的交通运输进行全方位的综合管理，能够更好的应用到整个交通管理体系中。在汽车电子监测技术中融入ITS有利于提高汽车的整体监测功能及故障诊断功能，进而有效提升汽车行使的安全系数及安全行使性能[1]。本文在分析了ITS系统及汽车电子监测技术的基础上，以ITS技术理论及实践为依据分析和探讨了实现汽车电子监测系统优化设计的关键技术，设计并实现了基于ITS的汽车电子监测主要功能模块。
2 汽车电子监测关键技术分析
用于保障汽车整体安全性能的汽车电子监测主要包括汽车运行过程监测和异常行使车辆的故障监测两方面。为保证交通顺畅，汽车电子监测技术应用于ITS系统中时的主要功能在于向ITS系统及故障维修中心快速传输故障车辆状况信息（通过在线监测信号完成），以便ITS据此完成及时准确的安全指挥操作，如引交通起堵塞需对其进行有效的疏导，由故障维修中心向故障车辆及时提供相应的维修指导。在汽车电子监测技术中融入ITS构成的监测系统（还包括微处理设备、通讯设备、报警装置等），对汽车的安全行驶状况进行监测，以运行状态监测和安全总成故障诊断2大模块为主，持续传输汽车异常状况和安全诊断结果。
ITS系统可用于优化设计汽车电子监测技术，二者相互协作能够为汽车安全行驶提供有效的技术支撑，其中的监测关键技术主要包括：（1）汽车电子技术，包括真空管、晶体管、集成电路等在内的汽车电子技术的不断进步为汽车电子装置的实现提供了技术基础。目前汽车电子技术随着科学技术的不断发展已进入了新时代，有效融合了电子、机电一体耦合、自动优化控制、传感器等现代先进技术，成为一种成熟的小系统商品，作为汽车电子监测技术的主要构成传感器是获取电子设备外信息的重要途径。（2）传感器（转换器），作为实现汽车安全行使监测的基础，是实现汽车电子化、高档化、自动化功能的一项重要汽车控制技术，传感器可采集和变换汽车电子设备外的信号、实现电能形态的变换（即完成非电量监测信息到电量的有效转换）。为了进一步的从汽车的设计上，通过传感器的使用完成对汽车各类过程控制参数的有效检测是降低能耗、避免安全故障等的重要手段，传感器结合微电脑信息处理功能可有效实现汽车电子化，受到汽车的整体设计、构成、不同电气及机械功能等的影响，传感器的应用种类及数量通常不同，对其性能、价格、尺寸等要求较多，传感器会适应不同的环境，一般在温度波动范围及受汽车行使路面、风吹日晒等环境的影响，对传感器的抗电磁干扰、耐震/耐水/耐温等功能要求较高。（3）基于计算机实现的监测系统（数据采集与处理系统），以数据采集功能为主，主要对汽车行驶过程中的工况及相关参数信息通过计算机信息技术的使用完成巡回检测功能，通过信息处理模块完成采集信号的必要预处理，处理传感器采集到的数据（包括操作人员的指令信息）并保存，使用相应外部设备和人机接口实现监测系统的输出功能，在车载显示器上显示相关数据信息，以供操作人员进行分析判断，实现汽车整个行驶过程监测及事故报警等功能[2]。
3 基于ITS的汽车电子监测系统的设计与实现
3.1 监测系统信息采集与处理
为实现对汽车电子监测技术的优化设计需优化完善各系统构成部分，从而构成有效的组件式汽车电子监测系统，在简化系统开发管理过程的同时显著提高汽车交通安全性，结合汽车电子监测的需求，可将监测系统划分为数据采集、数据处理、输出与执行等功能模块，数据采集模块，主要用于监测路面及汽车运行状况，主要通过传感器、摄像机、激光雷达、红外线等技术的综合运用实现，汽车行驶时需根据不同路况调整行进路线，会伴随转向、制动等操作情况的出现，此时极易引起汽车异常及故障的出现，进而对汽车交通安全带来不同程度的威胁[3]。通过安装于汽车上的传感器、摄像机等工具完成对汽车整体状况的全局信号快速稳定的获取，实时采集监测系统所需的数据信息;然后对这些数据信息结合运用傅立叶完成进一步的分析、判定功能，并据此及时诊断出汽车出现的故障，ITS通过时域定位全部信息自动监测汽车交通安全。对于汽车间的安全距离，可通过传感器完成快速准确的测算过程，并据此对车辆的横向和纵向运行情况进行指挥和控制，结合使用DGPS 完成测算横向距离时的周期采样。汽车横向位置还可以根据汽车前轮转角变化量进行计算，假设，汽车横向控制周期由Tc表示，目标路径误差由（ε）表示，k1和k2表示实现的横向安全距离计算（根据（ε）最小原则），前轮目标转角变化量的计算表达式如下[4]。
主要通过油门和制动实现的汽车纵向间距的控制过程，前后车间距s（t）结合运用非线性滑模控制理论完成推测和控制过程，s（t）的计算表达式如下（k为大于0的系数）。
假设，驾驶员反应时间由Tγ表示（通常在0.5～2 s区间范围内），α表示减速度，所驾驶汽车的速度由V表示，制动协调时间由Td表示（通常为0.2 s），前后两车的相对速度由V rel表示，目前国内智能交通系统中使用的安全车间距离计算表达式如下（根据汽车追尾碰撞预警系统的分析结果）[5]。
基于车载计算机实现的数据处理模块是监测系统的核心构成，大多采用具备实时性和可靠性等优势的嵌入式系统，作为数据信息采集与最终执行的中间模块，数据处理模块主要负责完成整个监测系统的信息处理与传递功能，能够实现对车辆整体状态的监控以及常见典型汽车故障的自诊断功能，最后通过输出监测信息以供系统据此执行相关操作。
3.2 汽车电子监测技术的实现流程
结合ITS优化设计汽车电子监测系统的基础和重点在于设计并实现数据采集方案，目前易于实现的程序轮询式是现有汽车电子监测技术有效实现数据采集功能所使用的主要方式，程序轮询式能够以系统的实际功能需求为依据对所需的数据采集时间间隔进行预先合理的设置，然后为保证信号源设备的高級别（刹车、安全等系统通常需具备数据优先采集处理权限），再连接到需获取其信号的设备完成数据采集过程，在采集完信息后会完成必要的预处理，以便系统完成后续的数据信息处理过程。结合运用开放式系统设计思想及组件概念完成对电子监测系统的不同模块功能的划分（按照各监测内容的不同性质，如车灯状态、行驶状态等监测对象），系统中的各模块可自由挂入或卸载，然后将各模块按照所包含的各个部件完成不同具体功能属性的细分（如车灯状态监测模块细分为雾灯、刹车灯、倒车灯等）。为满足系统的实时性需求，各模块及其内部各属性可根据实际需要完成不同的优先级别和不同时限的设置，并通过预留出充分的接口实现相应模块功能的自由挂接或卸载[6]。
本文关于系统开发和技术设计的实现主要集中在系统组成，汽车电子监测系统工作流程，如图1所示。
先由基于传感器、红外线、摄像机等技术实现的数据采集模块监测路面及汽车运行状况，汽车在行驶过程中经常发生转向、制动等现象（通常出现在根据路况改变行驶路线时），此时极易导致汽车出现故障，为了提高汽车行驶的安全性，需借助传感器、摄像机等工具实时高效的采集到汽车全局信号的监测数据信息，然后通过对数据信息的时域定位、分析和判定实现汽车故障的及时诊断功能，ITS据此完成对汽车安全的监测[7]。整个系统的数据处理结构，如图2所示。
为确保及时采集到监测系统的所有信号源信息，并对采集到的信息进行合理性判断以确保设备正常运转[8]。汽车电子监测系统可结合运用信号中断式、用户查询式和程序轮间式3种数据采集方案。采用程序轮询式采集对相应信号源设备根据预先设置的时间间隔完成信息采集与必要的预处理操作，此类设备通常优先级较高要求系统及时进行处理，可将优先级高的设备设置为短时限，使系统能够及时高效的获取相关信息并做出合理处理;针对出现异常的信号源设备（通常由优先级较低的终端构成，如车内照明系统等），可通过中断式采集模式产生中断信号，并向系统发送处理要求;用户查询式采集适用于车载电气设备（包括空调系统等），只在用户点击相应功能按钮（通过控制面板）时采集和处理信号。监测系统整体功能流程，如图3所示。
该系统功能主要基于车载计算机系统实现，具备较高的实时性、可靠性及可扩展性，驾驶员通过输入面板同系统进行交互，进入存储器可直接查看各项数据信息，为驾驶员安全驾驶汽车提供辅助支撑[9]。
4 总结
随着汽车数量的不断增加，交通安全问题日益突出，ITS作为一种智能交通系统应运而生，该系统的主要设计目标在于有效解决当前的交通安全问题，智能交通系统的综合管理指挥功能为汽车行驶安全提供了有力支撑，但要进一步改善汽车交通安全问题还需在ITS 的基础上不断优化完善汽车电子监测技术，本文主要对汽车电子监测技術同ITS系统的有效融合路径进行了研究，通过由不同相对独立模块组成的构建汽车电子监测系统实现电子监测的模块化结构功能，进而实现汽车行使安全性的显著提高。此外可通过优化完善各模块内容实现系统后期的维护、升级更新等功能。
参考文献
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（收稿日期：2020.03.29）
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