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DSP在車(chē)輛安全自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述

文檔作者：張秀麗吳定會(huì) 文檔來(lái)源：江蘇錫興集團(tuán) 江南大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月02日
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述·SURVEY LECTURE
DSP在車(chē)輛安全自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述
智能汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。DSP(D i g；ta I
輛行車(chē)安全、人一車(chē)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(chē)交通工具中，使得道路隋況愈加復(fù)雜，給
行車(chē)安全帶來(lái)困擾和挑戰(zhàn)。
應(yīng)對(duì)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(chē)上得到推廣應(yīng)用，智
能駕駛、智能空調(diào)、智能收音機(jī)、智能鑰
匙、智能輪胎、人車(chē)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(qiáng)大的信號(hào)處理
能力，較為低廉的價(jià)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(jìn)行了
闡述了DSP在車(chē)輛系統(tǒng)中的應(yīng)用，依次為：
車(chē)輛的行車(chē)安全性、人一車(chē)交流及導(dǎo)航三方
面。車(chē)輛的智能駕駛、人車(chē)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(chē)輛行車(chē)安全方面的
應(yīng)用
2．1 DPS技術(shù)
DSP芯片又稱(chēng)數(shù)字信號(hào)處理器，是一種
特別適用于進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的微處理
器。DSP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí)，具有精
S i gna I Processor)，具有較高的運(yùn)算速度和精度，其在車(chē)
本文綜述了其在車(chē)輛中的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)更深層次的應(yīng)用進(jìn)行了
江蘇錫興集團(tuán)張秀麗江南大學(xué)吳定會(huì)
度高、可靠I生強(qiáng)、集成度高、接口方便、靈
活}生好、保密性好以及時(shí)分復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)。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(wèn)世以
來(lái)，DSP芯片憑借著其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和高
速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理復(fù)雜算法的優(yōu)點(diǎn)，
自80年代以來(lái)，DSP芯片取得了突飛猛進(jìn)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(jià)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(hào)、語(yǔ)音、通信、軍
事、自動(dòng)控制、儀器儀表、汽車(chē)等。本文車(chē)
輛行車(chē)安全分為兩部分來(lái)論述：
(1)車(chē)輛自身的性能安全。如車(chē)輪的
氣壓、油量、車(chē)門(mén)關(guān)閉情況以及減震系統(tǒng)
情況。
(2)路況安全。如車(chē)距、車(chē)速以及路
面狀況等。
2．2車(chē)輛自身的性能安全方面
在行車(chē)前以及行進(jìn)過(guò)程中系統(tǒng)每隔一定
的時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)一次，獲取所檢測(cè)位置的傳
感器信號(hào)，送人DsP進(jìn)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(guò)
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(lái)進(jìn)行汽車(chē)減震彈簧的故障
診斷儀的設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[5]~ DSP在汽車(chē)的轉(zhuǎn)
速及噪音測(cè)量方面的應(yīng)用。基于DSP計(jì)算能
力強(qiáng)，事件管理能力稍弱的特點(diǎn)，信息反饋
使用單片機(jī)于DSP協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1為
此類(lèi)系統(tǒng)基本原理框圖。對(duì)應(yīng)于不同的探測(cè)
對(duì)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(chē)輛自身狀態(tài)檢測(cè)原理框圖
2．3車(chē)輛行駛中由路況造成的不安全
素
隨著公路等級(jí)的不斷提高，特別是高速
公路的飛速發(fā)展，汽車(chē)行駛速度越來(lái)越陜，
車(chē)流量越來(lái)越大，車(chē)輛碰撞的交通事故也越
來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1985年～1994年底10年間
我國(guó)因交通事故死亡人數(shù)為6o余萬(wàn)人，傷殘
150余萬(wàn)人。全世界每年因交通事故死亡則
多達(dá)50萬(wàn)人，傷殘?jiān)?0o0萬(wàn)人以上[ 。歐洲
■：●
的一項(xiàng)研究表明：汽車(chē)駕駛員只要在有碰撞
危險(xiǎn)的0．5s前得到“預(yù)警”，就可以避免至
少60％的追尾撞車(chē)事故，30％的迎面撞車(chē)事
故以及50％的路面相關(guān)事故；若有1s的“預(yù)
警”時(shí)間，90％的事故將可以避免l4 J。由此
可見(jiàn)車(chē)速、及道路車(chē)輛狀況的“預(yù)警”是何
等的重要。
“預(yù)警”系統(tǒng)由車(chē)載傳感器(微波雷
達(dá)、激光雷達(dá)、攝像機(jī)、其他形式的傳感器
等)、車(chē)載計(jì)算處理單元和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等
構(gòu)成，行進(jìn)過(guò)程中的車(chē)輛通過(guò)車(chē)載傳感器
測(cè)定出與前車(chē)、周?chē)?chē)輛以及與道路設(shè)施
的距離和其他狀況，由DSP等車(chē)載計(jì)算處
理單元進(jìn)行處理，對(duì)駕駛員提出警告，在
緊急情況下可以強(qiáng)制制動(dòng)車(chē)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(cè)到車(chē)輛偏離行車(chē)道 、
與前車(chē)距離過(guò)近 】、前車(chē)突然制動(dòng)等情況下
發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員。此類(lèi)系統(tǒng)正得
到廣泛的應(yīng)用，本田公司推出的倒庫(kù)停車(chē)輔
助系統(tǒng)就是其一很好的利用。
3 DSP在人一車(chē)互動(dòng)交流方面
的應(yīng)用
3．1人一車(chē)互動(dòng)交流系統(tǒng)
DSP芯片憑借著其強(qiáng)大的計(jì)算能力，能
實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法，在語(yǔ)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(yǔ)音編解碼、語(yǔ)音識(shí)
別和語(yǔ)音合成等方面的應(yīng)用。我們要達(dá)到
人一車(chē)交流的目的，則語(yǔ)音的編碼解碼、識(shí)
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(jìn)行了很多的研究取得了一定的成果
， 建立了諸如動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整(DTW )、
隱馬爾可夫模型(HMM)、支持向量機(jī)
o— 語(yǔ)黧別
『 t一 (應(yīng)TT答S )
VOi℃e XM L
掰譯囂-u
圖3 人-車(chē)互動(dòng)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(yǔ)音識(shí)別以及語(yǔ)
音合成都離不開(kāi)語(yǔ)音庫(kù)，在車(chē)輛環(huán)境下的語(yǔ)
音庫(kù)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(chē)互動(dòng)交流得以實(shí)現(xiàn) 1。
結(jié)合文獻(xiàn)[15]，本文給出了圖3所示的人一車(chē)
互動(dòng)交流系統(tǒng)基本原理框圖。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)
麥克風(fēng)采集，經(jīng)語(yǔ)音識(shí)別處理，車(chē)輛獲取信
息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、事先設(shè)定的對(duì)話情景等查
詢(xún)，獲得相應(yīng)的回饋信息，通過(guò)揚(yáng)聲器答復(fù)
用戶(hù)。
3_2車(chē)輛語(yǔ)音控制
通過(guò)此系統(tǒng)我們可以很方便的與汽車(chē)進(jìn)
行對(duì)話，此時(shí)車(chē)輛好比是一一個(gè)掌握大量信息
的智者，我們可以向其詢(xún)問(wèn)天氣、道路狀況
等等；同時(shí)也可以對(duì)車(chē)內(nèi)設(shè)備通過(guò)語(yǔ)音進(jìn)行
調(diào)節(jié)，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，如對(duì)車(chē)內(nèi)收
音機(jī)、空調(diào)、后視鏡、車(chē)窗、座椅等等進(jìn)行
語(yǔ)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(duì)安
裝在車(chē)內(nèi)的溫度、濕度和空氣清潔度傳感器
所傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析、判斷，及時(shí)自動(dòng)打
開(kāi)制冷、加熱、去濕及空氣凈化裝置，調(diào)節(jié)
出適宜的車(chē)內(nèi)空氣環(huán)境。在先進(jìn)的安全汽車(chē)
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(shí)，能自動(dòng)散發(fā)出使人
清醒的氣味。另外，還町以通過(guò)駕駛員發(fā)出
的語(yǔ)音信號(hào)對(duì)其進(jìn)行控制，如果駕駛員說(shuō)車(chē)
內(nèi)溫度過(guò)高，請(qǐng)將溫度調(diào)至20~C。則車(chē)輛捕
捉到關(guān)鍵詞“溫度過(guò)高、調(diào)至20℃”，于是
通過(guò)控制單元控制車(chē)載空調(diào)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
在此系統(tǒng)中，DSP在除r在語(yǔ)音識(shí)別方
面應(yīng)用外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中也有著較為廣泛的應(yīng)
用，如電動(dòng)車(chē)窗、后視鏡、座椅等的控制，
其都是通過(guò)電機(jī)來(lái)控制的， 以TI公司的
24X及28X系列為代表的DSP芯片在電機(jī)控
制方面具有較好的性能，隨著性?xún)r(jià)比的不
斷提高，DSP在這一領(lǐng)域?qū)?huì)有著更寬廣的
應(yīng)用。
人車(chē)互動(dòng)交流系統(tǒng)將給駕駛員帶來(lái)很
多的便利，也將為行程帶來(lái)更多的安全感。
4 DSP在車(chē)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。基于GPS
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(shí)間積累、不能長(zhǎng)時(shí)間
使用，于是提出了GPS與DR組合導(dǎo)航儀，可
確保移動(dòng)車(chē)輛在丟失衛(wèi)星信號(hào)時(shí)仍能準(zhǔn)確地
確定車(chē)輛的位置[ 、”1，以及GPS／DR／MM組
合導(dǎo)航儀 等。
無(wú)論是何種導(dǎo)航方式都需要大量的計(jì)算
工作量，以前的導(dǎo)航儀 L般采用導(dǎo)航計(jì)算
c＆FA》囪
■一
逸淞覺(jué) 滯 一
述·SURVEY LECTURE
機(jī)來(lái)進(jìn)行Kalman濾波和地圖匹配，造成導(dǎo)
航計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)較重且同時(shí)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(hào)處理方面的優(yōu)勢(shì)，采用DSP作為下位
機(jī)處理器，處理導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)，運(yùn)行諸如
Kalman濾波等復(fù)雜算法，上位機(jī)的選擇則
可為嵌入式計(jì)算機(jī)、PC機(jī)等，選擇自由度
較高，進(jìn)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(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)的情況下實(shí)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(chē)載GPS／DR／MM組合導(dǎo)航儀
同樣，我們也可以將人一車(chē)互動(dòng)交流系
統(tǒng)應(yīng)用于車(chē)輛導(dǎo)航，即構(gòu)成語(yǔ)音導(dǎo)航系統(tǒng)，
駕駛員通過(guò)語(yǔ)音告知系統(tǒng)索要到達(dá)的目的
地，通過(guò)現(xiàn)處位置與電子地圖進(jìn)行匹配，系
統(tǒng)可以規(guī)劃出路徑，并通過(guò)語(yǔ)音形式告知駕
駛員如何行使。
此外還可以用于車(chē)輛的監(jiān)控，如車(chē)輛防
盜、交通管理等方面。
5 結(jié)束語(yǔ)
智能汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展之趨勢(shì)，對(duì)車(chē)
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(chē)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(shì)
必將增加系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，而以運(yùn)算速
圈 《P LC＆FA》
度快、計(jì)算精度高為特點(diǎn)的DSP正好能適應(yīng)
這樣的任務(wù)，可以預(yù)見(jiàn)DSP在智能汽車(chē)中將
得到更廣泛的應(yīng)用。隨著DSP芯片的發(fā)展，
各種專(zhuān)用的DSP芯片層出不窮，性?xún)r(jià)比不斷
的提高，原先車(chē)輛中使用單片機(jī)控制的結(jié)構(gòu)
將逐漸被應(yīng)用相應(yīng)專(zhuān)用DSP芯片的控制結(jié)構(gòu)
所取代。DSP在車(chē)輛方面的應(yīng)用，正備受著
各大汽車(chē)商以及研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，新的應(yīng)用
不斷的涌現(xiàn)。
作者簡(jiǎn)介
張秀麗(1970一)女工程師
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