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DSP在車輛安全自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

文檔作者：張秀麗吳定會文檔來源：江蘇錫興集團江南大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月02日
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述·SURVEY LECTURE
DSP在車輛安全自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述
智能汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢。DSP(D i g；ta I
輛行車安全、人一車交流及導(dǎo)航等方面有著寬廣的應(yīng)用。
展望。
l 引言
隨著城市規(guī)模的發(fā)展，城市陜速的生活
工作節(jié)奏，使很多人的部分工作轉(zhuǎn)移到了汽
車交通工具中，使得道路隋況愈加復(fù)雜，給
行車安全帶來困擾和挑戰(zhàn)。
應(yīng)對挑戰(zhàn)和電子信息技術(shù)的發(fā)展，形形
色色的智能技術(shù)在汽車上得到推廣應(yīng)用，智
能駕駛、智能空調(diào)、智能收音機、智能鑰
匙、智能輪胎、人車交流等都成為可能，充
分體現(xiàn)出其安全、可靠、舒適、方便及l(fā)央捷
的優(yōu)越性能。DSP憑借著其強大的信號處理
能力，較為低廉的價格在這方面得到了較為
廣泛的應(yīng)用。本文主要從以下幾方面進行了
闡述了DSP在車輛系統(tǒng)中的應(yīng)用，依次為：
車輛的行車安全性、人一車交流及導(dǎo)航三方
面。車輛的智能駕駛、人車交流以及智能導(dǎo)
航等都將成為現(xiàn)代交通工具所必須具備的性
能，引起了廣泛的關(guān)注。
2 DSP在車輛行車安全方面的
應(yīng)用
2．1 DPS技術(shù)
DSP芯片又稱數(shù)字信號處理器，是一種
特別適用于進行實時數(shù)字信號處理的微處理
器。DSP系統(tǒng)進行數(shù)字信號處理時，具有精
S i gna I Processor)，具有較高的運算速度和精度，其在車
本文綜述了其在車輛中的應(yīng)用，對未來更深層次的應(yīng)用進行了
江蘇錫興集團張秀麗江南大學(xué)吳定會
度高、可靠I生強、集成度高、接口方便、靈
活}生好、保密性好以及時分復(fù)用等優(yōu)點。20
世紀(jì)7O年代末，以AMI公司的$281 l~Intel
公司的2920位代表的第一代DSP芯片問世以
來，DSP芯片憑借著其獨特的結(jié)構(gòu)特點和高
速實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理復(fù)雜算法的優(yōu)點，
自80年代以來，DSP芯片取得了突飛猛進的
發(fā)展，涌現(xiàn)了TI、AD、AT&amp;amp;T、Motorola
等一大批優(yōu)秀的公司。隨著DSP價格的下跌
和性能的日益提高，已經(jīng)在很多方面得到了
廣泛的應(yīng)用，如數(shù)字信號、語音、通信、軍
事、自動控制、儀器儀表、汽車等。本文車
輛行車安全分為兩部分來論述：
(1)車輛自身的性能安全。如車輪的
氣壓、油量、車門關(guān)閉情況以及減震系統(tǒng)
情況。
(2)路況安全。如車距、車速以及路
面狀況等。
2．2車輛自身的性能安全方面
在行車前以及行進過程中系統(tǒng)每隔一定
的時間進行檢測一次，獲取所檢測位置的傳
感器信號，送人DsP進行處理，分析出當(dāng)前
狀態(tài)，區(qū)分為正常及異常兩種狀態(tài)，并通過
合適的途徑將信息反饋給駕駛員。文獻(xiàn)[2】
中提出應(yīng)用DSP來進行汽車減震彈簧的故障
診斷儀的設(shè)計。文獻(xiàn)[5]~ DSP在汽車的轉(zhuǎn)
速及噪音測量方面的應(yīng)用?；贒SP計算能
力強，事件管理能力稍弱的特點，信息反饋
使用單片機于DSP協(xié)同工作來實現(xiàn)。圖1為
此類系統(tǒng)基本原理框圖。對應(yīng)于不同的探測
對象采用不同的傳感器，就可獲得我們所需
的相應(yīng)的結(jié)果。
n
圖1 基于DSP車輛自身狀態(tài)檢測原理框圖
2．3車輛行駛中由路況造成的不安全
素
隨著公路等級的不斷提高，特別是高速
公路的飛速發(fā)展，汽車行駛速度越來越陜，
車流量越來越大，車輛碰撞的交通事故也越
來越多。據(jù)統(tǒng)計，1985年～1994年底10年間
我國因交通事故死亡人數(shù)為6o余萬人，傷殘
150余萬人。全世界每年因交通事故死亡則
多達(dá)50萬人，傷殘在10o0萬人以上[ 。歐洲
■：●
的一項研究表明：汽車駕駛員只要在有碰撞
危險的0．5s前得到“預(yù)警”，就可以避免至
少60％的追尾撞車事故，30％的迎面撞車事
故以及50％的路面相關(guān)事故；若有1s的“預(yù)
警”時間，90％的事故將可以避免l4 J。由此
可見車速、及道路車輛狀況的“預(yù)警”是何
等的重要。
“預(yù)警”系統(tǒng)由車載傳感器(微波雷
達(dá)、激光雷達(dá)、攝像機、其他形式的傳感器
等)、車載計算處理單元和控制執(zhí)行機構(gòu)等
構(gòu)成，行進過程中的車輛通過車載傳感器
測定出與前車、周圍車輛以及與道路設(shè)施
的距離和其他狀況，由DSP等車載計算處
理單元進行處理，對駕駛員提出警告，在
緊急情況下可以強制制動車輛。其原理框
圖如圖2所示。
制
行
構(gòu)
圖2 “預(yù)警”系統(tǒng)原理框圖
系統(tǒng)可以在檢測到車輛偏離行車道 、
與前車距離過近 】、前車突然制動等情況下
發(fā)出報警信號，提醒駕駛員。此類系統(tǒng)正得
到廣泛的應(yīng)用，本田公司推出的倒庫停車輔
助系統(tǒng)就是其一很好的利用。
3 DSP在人一車互動交流方面
的應(yīng)用
3．1人一車互動交流系統(tǒng)
DSP芯片憑借著其強大的計算能力，能
實現(xiàn)復(fù)雜的算法，在語音處理方面得到廠很
廠‘泛的應(yīng)用，如TI公司的TMS320C54x、
55x系列就特別適合于語音編解碼、語音識
別和語音合成等方面的應(yīng)用。我們要達(dá)到
人一車交流的目的，則語音的編碼解碼、識
別及合成將是不可缺少的環(huán)節(jié)。目前在這方
面已經(jīng)進行了很多的研究取得了一定的成果
， 建立了諸如動態(tài)時間規(guī)整(DTW )、
隱馬爾可夫模型(HMM)、支持向量機
o— 語黧別
『 t一 (應(yīng)TT答S )
VOi℃e XM L
掰譯囂-u
圖3 人-車互動交流系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
(SVM )、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和高斯混
合模型(GMM)等模型。語音識別以及語
音合成都離不開語音庫，在車輛環(huán)境下的語
音庫的建立也有了廣泛的研究I12-13]。具備一
定基礎(chǔ)之后，人一車互動交流得以實現(xiàn) 1。
結(jié)合文獻(xiàn)[15]，本文給出了圖3所示的人一車
互動交流系統(tǒng)基本原理框圖。語音信號經(jīng)過
麥克風(fēng)采集，經(jīng)語音識別處理，車輛獲取信
息，通過網(wǎng)絡(luò)、事先設(shè)定的對話情景等查
詢，獲得相應(yīng)的回饋信息，通過揚聲器答復(fù)
用戶。
3_2車輛語音控制
通過此系統(tǒng)我們可以很方便的與汽車進
行對話，此時車輛好比是一一個掌握大量信息
的智者，我們可以向其詢問天氣、道路狀況
等等；同時也可以對車內(nèi)設(shè)備通過語音進行
調(diào)節(jié)，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，如對車內(nèi)收
音機、空調(diào)、后視鏡、車窗、座椅等等進行
語音調(diào)節(jié)。以空調(diào)調(diào)節(jié)為例：空調(diào)系統(tǒng)能根
據(jù)外界氣候條件，按照預(yù)先設(shè)定的指標(biāo)對安
裝在車內(nèi)的溫度、濕度和空氣清潔度傳感器
所傳來的信號進行分析、判斷，及時自動打
開制冷、加熱、去濕及空氣凈化裝置，調(diào)節(jié)
出適宜的車內(nèi)空氣環(huán)境。在先進的安全汽車
上，空調(diào)系統(tǒng)可以配合駕駛。當(dāng)駕駛員精神
1一●
外部數(shù)據(jù)
不集中或有磕睡跡象時，能自動散發(fā)出使人
清醒的氣味。另外，還町以通過駕駛員發(fā)出
的語音信號對其進行控制，如果駕駛員說車
內(nèi)溫度過高，請將溫度調(diào)至20~C。則車輛捕
捉到關(guān)鍵詞“溫度過高、調(diào)至20℃”，于是
通過控制單元控制車載空調(diào)進行溫度調(diào)節(jié)。
在此系統(tǒng)中，DSP在除r在語音識別方
面應(yīng)用外，執(zhí)行機構(gòu)中也有著較為廣泛的應(yīng)
用，如電動車窗、后視鏡、座椅等的控制，
其都是通過電機來控制的， 以TI公司的
24X及28X系列為代表的DSP芯片在電機控
制方面具有較好的性能，隨著性價比的不
斷提高，DSP在這一領(lǐng)域?qū)兄鼘拸V的
應(yīng)用。
人車互動交流系統(tǒng)將給駕駛員帶來很
多的便利，也將為行程帶來更多的安全感。
4 DSP在車輛導(dǎo)航方面的應(yīng)用
全球定位系統(tǒng)(GPS)、航位推算技術(shù)
(DR)、電子地圖匹配(MM )技術(shù)等在導(dǎo)
航方面已經(jīng)有著較為廣泛的應(yīng)用?；贕PS
全球定位系統(tǒng)在涵洞、深山峽谷、林蔭道和
城市高樓區(qū)域常常失效，而航位推算航向傳
感器的誤差較大且隨時間積累、不能長時間
使用，于是提出了GPS與DR組合導(dǎo)航儀，可
確保移動車輛在丟失衛(wèi)星信號時仍能準(zhǔn)確地
確定車輛的位置[ 、”1，以及GPS／DR／MM組
合導(dǎo)航儀 等。
無論是何種導(dǎo)航方式都需要大量的計算
工作量，以前的導(dǎo)航儀 L般采用導(dǎo)航計算
c＆FA》囪
■一
逸淞覺 滯 一
述·SURVEY LECTURE
機來進行Kalman濾波和地圖匹配，造成導(dǎo)
航計算機負(fù)擔(dān)較重且同時造成高成本?？紤]
到導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度以及DSP在數(shù)
字信號處理方面的優(yōu)勢，采用DSP作為下位
機處理器，處理導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)，運行諸如
Kalman濾波等復(fù)雜算法，上位機的選擇則
可為嵌入式計算機、PC機等，選擇自由度
較高，進行地圖匹配等工作[18．20]。文獻(xiàn)[18]
中提出了基于DSP的GPS／DR／MM組合導(dǎo)航
方法，圖5為其基本結(jié)構(gòu)圖。此結(jié)構(gòu)不但可
以在不加重計算機負(fù)擔(dān)的情況下實現(xiàn)復(fù)雜的
濾波算法，而且還能降低成本，具有一定的
代表性，有著較好的應(yīng)用前景。
L_( j
圖5 車載GPS／DR／MM組合導(dǎo)航儀
同樣，我們也可以將人一車互動交流系
統(tǒng)應(yīng)用于車輛導(dǎo)航，即構(gòu)成語音導(dǎo)航系統(tǒng)，
駕駛員通過語音告知系統(tǒng)索要到達(dá)的目的
地，通過現(xiàn)處位置與電子地圖進行匹配，系
統(tǒng)可以規(guī)劃出路徑，并通過語音形式告知駕
駛員如何行使。
此外還可以用于車輛的監(jiān)控，如車輛防
盜、交通管理等方面。
5 結(jié)束語
智能汽車是未來汽車發(fā)展之趨勢，對車
輛的舒適度、安全．『生要求將更高，上述各方
面都將在智能汽車中得到綜合的應(yīng)用。因此
更復(fù)雜的濾波及控制等算法將被應(yīng)用，這勢
必將增加系統(tǒng)計算機的計算量，而以運算速
圈 《P LC＆FA》
度快、計算精度高為特點的DSP正好能適應(yīng)
這樣的任務(wù)，可以預(yù)見DSP在智能汽車中將
得到更廣泛的應(yīng)用。隨著DSP芯片的發(fā)展，
各種專用的DSP芯片層出不窮，性價比不斷
的提高，原先車輛中使用單片機控制的結(jié)構(gòu)
將逐漸被應(yīng)用相應(yīng)專用DSP芯片的控制結(jié)構(gòu)
所取代。DSP在車輛方面的應(yīng)用，正備受著
各大汽車商以及研究機構(gòu)的關(guān)注，新的應(yīng)用
不斷的涌現(xiàn)。
作者簡介
張秀麗(1970一)女工程師
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