驾驶辅助系统（ADAS）中换道安全预测模型优化研究

张松飞

北汽福田汽车股份有限公司 北京市 102200

1 引言

驾驶辅助系统（ADAS）指的是汽车倚靠车辆自身承载的传感器进行道路扫描[1]，感知环境变化以对驾驶员的驾驶进行辅助操作的系统，已经大批量应用在现实产业，其种类可以分为预报警系统和中央控制系统两种高智能操作汽车。ADAS系统内部具体可以分为车辆控制器、执行器、传感器等结构，融合现代电子计算机技术和通信技术，实现车与人、车与车之间的信息交换和分析共享，实现了人们要求的安全、高速、智能、舒适、环保的高质量享受。

2 驾驶辅助系统中换道安全预测模型架构设计

2.1 汽车驾驶辅助系统构成

汽车内部决策单元部件相当于是整个汽车的大脑，其可以有效的根据周围环境感知汽车检测到的周边车辆往来信息和通信网络传输的交通环境数据，相应的做出满足自身驾驶人员要求的并适合当前状态前行的汽车安全驾驶决策。另外，还可以制定出与驾驶决策要求相匹配的汽车指令，控制下传给下一单元部件。决策单元还可以依据通信网络单元传输的大批精准可靠的实时信息，以此预测到短时间内[2]，周边环境的变化，提前做好应付汽车周边驾驶环境变化的决策。

每一辆高新技术加身的汽车辅助系统都会连接到移动智能网络，接受来自百度云端等各个数据库的传达命令。汽车网络是服从于上一级的区域或整体指令，再借由下一级执行命令。下级单元部件是执行系统，包括了车辆加速器、电力转换器、驱动设置等设备。下级单元部件有效的代替人工手脚，以决策单元下发的指令为依据，实时操作执行车辆的发动、加速、转向、航行等。并且进一步感知到环境单位感知到的自身汽车位置、行驶、加速、转向，以及周边车辆的行驶变化和相对运动状态等[3]，从作出有利自身汽车驾驶安全的有效、合理的换道预测和执行动作。

2.2 网络通信平台系统

网络通信平台系统是汽车辅助系统当中保证车辆安全换道的重要信息支援和基础。网络通信平台除了可以接收车辆信号，提供实时、有效的地面有线网和地下无线网格通信外，还可以接收到电信广播、无线对讲、CCTV等通信频道，为之提供网络通道。

汽车局域网是实现车辆智能操作。为无人驾驶提供安全保证，是汽车实现换道安全预测的网络基础手段和技术。网络通信平台系统可以为车辆系统内所有电子电器的互相交换信息和控制指令提供一个顺畅、直接的网络通道，使得车辆之间和车辆内部各个信息网络实现资源传达、联合交换、共享等，从而使整个车辆系统实现智能、标准化网络系统。车内局域网是操作智能网联汽车的核心技术，可以在一定的通信网络范围，实现车与车、车与人、车与路之间的动态信息传递网络，实现机动车、非机动车、路边设施、车辆之间的信息共享和智能传输。当周围有相对运动状态的车辆行驶时，网络通信平台就可以将其加速度、位置状态、驾驶决策信息等传达给周边车辆的通信平台，同时也可以接收到其他车辆通信平台传输给自身车辆的加速度、实时位置、驾驶决策信息等，从而达到车辆之间的信息共享传输，见图1。

拥有智能网络通信平台在基于局域网的前提下，能够获得周围车辆和环境之间的交通信息，敏锐感知到汽车驾驶环境的变动以及识别周边潜在危险。汽车在获得精准。有效的路况信息后，通过网络平台信息分析，自主做出合理的换道驾驶指令，从而减少道路拥堵、增加安全驾驶。

2.3 确定汽车换道安全预测模型的后随车辆数量

汽车换道安全预测模型中考虑到的多辆车辆要保证其是在高速驾驶的交通环境下，与测试车辆保持稳定、高效、实时监测的通信状态，这样做是为了保证能够在最高时速下检测到目标车辆的换道行为可导致的结果，在最高限度内进行监测，可以最大程度的提高试验数据的可信度。见表1。

图1 车辆之间的信息共享传输流程

根据表1车辆通信决策的输入取信息的传达，可以看到目标车辆和尾随车辆之间的信息通知，为汽车换道安全传达有效、实时的汽车驾驶决策指令。

3 驾驶辅助系统中换道安全预测模型的软件设计

3.1 中央控制管理器

中央控制管理器与信号系统之间通过通过获取车辆的模拟信号数据与具有权限的车辆进行信息之间的互通有无，因此实现了交通信号的信号优先控制指令。这是对车辆原有中央控制管理系统的一系列功能弥补，增加了车辆在多辆汽车系统操作的控制方案。汽车在行驶过程中，会通过车辆之间的通行信号灯的指令进行目标调整，请求可以分为手动和智能操作。自动操作模拟系统可以通过目标车辆的行驶方向、行驶目标以及交通实时状况，获取到前方交通路况信息。当汽车行驶进入目标路口时们就会像路两边的设施传递通过请求，直至车辆安全通过。

在实际行驶状态下，由于交通情况瞬间万变，考虑到其他场景的应用，采取手动操作的方式，在系统不会自行操作的请求下，通过车载控制系统的操作者手动触发发送请求，车辆才会向前方目标路口传输通过信息请求。

3.2 数据库

相对应的数据库全天监控汽车自动驾驶功能，增加了控制中心对车辆的远程控制，包括系统的拓扑状态、行驶轨迹、行驶区间、信号灯、车库库门开关、道路岔口分析、停车指导视频、车辆故障、照明设置等一系列状态显示。这标志着数据库可以将汽车的全自动模拟、车辆折返、电子休眠、车辆蠕动等全自动驾驶功能掌控自如，收集着车辆在行驶过程中遭遇面临的各项问题和解决措施，实时根据供电信息、火灾预警等将系统指令传输给数据库，再经由数据库传送至中央管理控制器，最后经控制器的中枢管理分析，再折返送回至数据库当中，经过数据库整理、存档，一路借助下级单元部件的联动控制命令发送到各个单元，反馈给汽车系统。联动系统所掌握的大部分信息来源自地面固定安全公共基础设施装备，分析车辆的故障诊断说明与健康管理系统分析数据，及时调度车辆内部信息资源整合，进行车辆牵引、发动、通信网络、辅助电路、广播电视、空调制冷系统等操作。

3.3 用户移动端

驾驶人员的参与至关重要。通过对驾驶员的驾驶习惯、行为分析、驾驶动作的分析评估，可以有效地得出车辆在在驾驶员手中的有效运作过程和结果。通过计算结果，可以分析驾驶速度是否接近平均驾驶值。驾驶员的操作在某种程度上会有效减低驾驶风险。车辆之间的安全距离和安全速度决定着驾驶事故是否会发生。驾驶员可以通过网络通信平台传输的数据以及汽车系统内部整体分析，对周边车辆的运动状态、行驶速度、刹车距离进行分析和反馈，进而把信息传达给驾驶员，有利于驾驶员做出合理的、正确的选择。根据驾驶人员的驾车时间、换道频率、纵向位置以及平均值，进一步完善汽车换道安全中的预警系统，降低换道过程的交通事故发生概率。

4 模型实验

实验开始要对目标试验路段进行数据采集以便更好对汽车换道风险进行评估，见表2。

根据表2的路况内容进行实验分析，以保证结果的可操作性和可靠性。利用用户移动端口， 某一段时间间隔频率T，并倚靠其变化距离L来计算在时间T内的平均速度V＝L／T。换道安全模型的决策系统，减少了车辆间换道距离的延误和紧急刹车情况的发生，降低了在行驶速度过高车辆发生碰撞的危险性，有效地提高交通换道的效率、安全性、稳定性，防止不合理换道行为的发生。

5 结语

表1 车辆通信决策的输入信息

本文对驾驶辅助系统（ADAS）中换道安全预测模型进行优化和评估，依靠硬件设计中的驾驶辅助系统（ADAS）中换道安全预测模型基本架构、网络通信操作平台以及确定周围车辆行驶数目进行设计；在软件设计中，对其中央管理系统、数据资源库、用户操作移动端口的进一步整合，进行汽车换道安全预测模型优化。实验表明，本文设计的优化方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为驾驶辅助系统（ADAS）中换道安全预测模型优化研究具有借鉴意义。

表2 路段信息表