介面電路設計

由於實驗車上方的電子元件很多，而這些電子元件，都透過介面電路與 MicroAutoBox 相連，因此，在介面電路的連接器上，針對不同的元件，我們特 別選用不同的連接頭，避免在連接時失誤，造成元件或控制器的損壞。

最後，由於 MicroAutoBox 只配備一組 RS-232 介面，為了幫 MicroAutoBox 多擴充一組 RS-232 介面，我們使用 8051 微處理器，接收 RS-232 並轉為並列輸 入輸出到 MicroAutoBox，如圖 4.12，圖中右下方的 Com Port 接頭可連到感測器 的 RS-232 信號，由 8051 微處理器轉換為並列信號到 8051 的埠 0 與埠 2，再經 由圖中右方的 JP8 與 JP7 連到 MicroAutoBox。

圖 4.12：擴充 MicroAutoBox 的 RS-232 的介面

第五章

實車驗證

前幾章介紹了實驗車相關的配備，包含感測器、致動器與控制器，在本章中，

我們將這些配備整合起來，作為 ITS 卓越計畫的第一年實車成果展示，藉此驗證 實驗車平台中的各種配備可以成功的整合與溝通。

5.1 系統整合與任務規劃

本研究的實驗車名為 Taiwan iTS-1，Taiwan iTS-1 在實車演練中，整合了 各個研究團隊所研發的成果，實現一個以影像回授為基礎的自動安全防撞系統。

在這個演練中所使用的主要配備包含：取得前方障礙物資訊的影像測距系 統、負責偵測對地速度的雷達測速系統、將控制器輸出轉為煞車力的煞車致動 器、MicroAutoBox 扮演的主控制器、負責信號轉換與連接的介面電路、與供電 系統。

除了在前幾章已經介紹過的配備之外，值得一提的是吳炳飛老師帶領的研究 團隊，提供了一台平版式電腦，結合了語音辨識系統，以無線傳輸的方式，可在 車內任何位置顯示車前狀況與控制車速。結合了以上的配備，Taiwan iTS-1 成 功的達成了在緊急狀況下的防撞功能。

圖 5.1 表示在這次演練中的實驗車系統架構，我們以中華汽車提供的 SAVRIN 為 實 驗 車 ， 主 控 制 器 (on-vehicle controller) 以 差 動 信 號 透 過 介 面 電 路 (Interface Circuit) 驅 動 煞 車 致 動 器 ， 煞 車 致 動 器 將 電 力 轉 為 機 械 力 (Electronic to Mechanics, E/M)，踩下煞車踏板。雷達測速器(Radar Sensor) 則將車速信號傳回控制器。此外，影像系統負責偵測前方障礙物資訊，並以無線

Radar Sensor

SAVRIN Controller E/M

Interface Circuit

Wireless Communication

圖 5.1：實驗車系統架構

圖 5.2 是這次演練中主控制器(on-vehicle controller)內部的方塊圖，由 障礙物偵測系統的輸入，在緊急狀況發生時通知控制器，而由雷達測速系統提供 的信號，先經過前置濾波器(Pre-filter)過濾直流成分與雜訊之後，再由快速傅

立葉轉換(FFT)取出車速資訊。根據障礙物與車速資訊，控制器送出煞車命令給 煞車致動器。

On-Vehicle Controller

Intelligent

圖 5.2：主控制器(on-vehicle controller)內部的方塊圖

5.2 系統整合的過程

現在時速約 10 公里處，因此，必須將這個信號所代表的速度值忽略，才能正確 的得到車速信號。

在與電腦的溝通時，雖然使用的是強健的 RS-232 協定，但是，個人電腦與 控制器在實驗車上連接用的電纜線長達兩公尺，另外，電源供應經過不停的轉換 會夾帶許多雜訊，因此，在傳輸資料時，我們特別訂定頭碼與尾碼，資料本身則 夾在頭碼與尾碼之間，在確定頭碼與尾碼正確的時候，才確認該筆資料是一筆有 效資料，以此來避免資料傳輸錯誤而造成實驗車的安全問題。

在整合的過程中還經過許多反覆的修正與測試，我們以圖 5.1 所描述的系統 架構，以及圖 5.3 所示使用 Matlab/Simulink 設計的程式，藉由圖 3.7 所描述的 步驟，來完成本次實車的演練。

圖 5.3：使用 Matlab/Simulink 設計的程式

5.2 實車演練成果

Side View Front View

圖 5.4：實車演練照片

本研究於 2003 年十月舉行第一次的實車演練，場地選擇在國立交通大學光 復校區的室外籃球場與排球場間的車道。如圖 5.4，我們在車道中央放置一個紙 箱作為障礙物。

演練開始時，實驗車是靜止，在實驗車開始移動之前，駕駛人必須按下介面 電路板上的按鈕，開啟自動安全防撞系統，這會使控制器接管煞車致動器，接著，

由駕駛人踩油門加速並控制方向盤，使實驗車維持在車道內，往障礙物放置地點 逼近，此時，駕駛人可以放心的將緊急煞車功能交給主控制器。

實驗車以時速 40 公里左右，筆直的開往障礙物，當障礙物與實驗車的距離 縮短到 10 公尺之內時，自動安全防撞系統立刻發揮功能，踩下煞車踏板讓實驗 車在障礙物前一公尺處停止。接著，駕駛人可以透過介面電路板，取消自動安全 防撞系統，並且接管煞車踏板，而實驗車將恢復到完全由駕駛人控制的狀態。

在這次實車演練的規劃中，我們將自動安全防撞系統訂位在輔助的角色，因 此，煞車功能被設計在距離障礙物前 10 公尺才啟動。而選擇 10 公尺的原因是，

在時速 40 公里時，實驗車每秒移動 11.1 公尺，在這個情況下，若駕駛人在距離 障礙物 10 公尺還沒發現危險，採取緊急煞車，那麼，實驗車將在 1 秒內撞上障 礙物。

透過這次的實車演練，證明了每個研究團隊所開發的配備都有完美的運作，

而 Taiwan iTS-1 成功的整合了各種配備，完成自動安全防撞的任務。

第六章

結論

在本篇論文中，我們以開發智慧車驗證平台為目標，從無到有，克服各種實 務上的問題，整合感測器、致動器、與控制器，透過介面電路，補足不同介面間 的信號轉換需求，建構了一個完整的系統，成功的達成實車驗證的任務。這次實 車演練的成果，也已經發表在 2004 International Conference on Intelligent Systems and Control[13]。

這台名為Taiwan iTS-1 的實驗車是ITS卓越計畫的研發成果。實驗車是一個 非常大而且複雜的系統，需要結合非常多人的努力才能實現。如同本篇論文中所 提到的，實驗車的各種配備由各有專精的研究團隊提供，研究中的每個成員，從 分工到合作，完美的呈現了系統整合的寶貴精神。

Taiwan iTS-1 是台灣的第一台實車驗證平台，具備相當高的可擴充性，我 們整合了實現車輛控制的基本配備，並且，提供了各種信號介面與電力供應。針 對未來各種研究子題，提供了適合的驗證平台。

在實車驗證平台系統發展過程中，我們也從中學習了很多寶貴經驗。以 MicroAutoBox來說，這是我們第一次面對這種複雜的硬體，在MicroAutoBox正常

工作之前，經過很長的摸索時間，必需閱讀所有的操作手冊，才能了解操作方式。

除了操作手冊上的資訊之外，在供應電源方面，也經過了很多的嚐試，並且多次 詢問dSPACE德國總公司的技術人員，才了解，雖然MicroAutoBox正常工作電流僅 需要700 毫安培，但是在開機瞬間，可能需要 5 安培的電流才夠。

在 MicroAutoBox 與周邊配備連接時，曾經發生 MicroAutoBox 的類比輸出推 力不足而無法推動煞車馬達驅動器，必須加裝緩衝器提供更多電流才能順利運 作；MicroAutoBox 與電腦連接的纜線接頭，以長約 1.5 公分的針狀金屬作為連 接頭，很容易彎曲而無法正常接觸；在介面電路板上，有超過 10 組以上的接頭 負責與各個配備連接，由於實驗次數很多，在多次拆解的影響下，接頭容易鬆脫 造成接觸不良，而接觸不良是實務上最難發現的問題。因此，除了選擇耐用的壓 線方法製作接頭之外，在除錯時，我們也學會耐心與理性的檢查各個因素，除了 確認設備本身功能正常之外，還要細心查驗電源供應狀況與信號連接等每一個環 節，以分離測試來釐清問題，才能順利的找出讓系統發生錯誤的地方。

在本研究團隊的努力之下，Taiwan iTS-1 已經登上國際舞台，然而，還需 要配合政府法規，才能推廣到市場上。未來，若考慮往車用電子方向發展，例如：

車道偏離警示、智慧型車燈、整合導航和監控的車用資訊系統等，以省電、安全 為發展目標，應該可以更貼近汽車產業的短期需求。

參考文獻

[1] T. Hessburg and M. Tomizuka, “Fuzzy logic control for lateral vehicle guidance”, IEEE Control Systems Magazine, Volume: 14, Issue: 4, pp. 55 – 63, Aug. 1994.

[2] D. Yanakiev and I. Kanellakopoulos, “Longitudinal control of automated CHVs with significant actuator delays”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Volume: 50, Issue: 5, pp. 1289 – 1297, Sept. 2001.

[3] S. Sheikholeslam and C. A. Desoer, “Longitudinal control of a platoon of vehicles with no communication of lead vehicle information: a system level study,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Volume: 42, Issue: 4, pp.

546 -554, Nov. 1993.

[4] J. Mar and F. J. Lin, “An ANFIS controller for the car-following collision prevention system,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Volume: 50, Issue: 4, pp. 1106 -1113, July 2001.

[5] S. C. Warnick and A. A. Rodriguez, “A systematic antiwindup strategy and the longitudinal control of a platoon of vehicles with control saturations,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Volume: 49, Issue: 3, pp. 1006 -1016, May 2000.

[6] A. Broggi, M. Bertozzi, A. Fascioli, and G. Conte, Automatic Vehicle Guidance:

The Experience of the ARGO Vehicle. Singapore: World Scientific, Apr. 1999.

[7] T. Suzuki and T. Kanade, “Measurement of vehicle motion and orientation using optical flow,” IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems, Tokyo, Japan, Oct. 1999, pp. 25–30.

[8] C. Hatipoglu, K. Redmill, and Ü. Özgüner, “Steering and lane change: a working system,” IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems, Boston, MA, 1997, pp. 272–277.

[9] Cem Hatipoglu, Ümit Özgüner, and Keith A. Redmill, “Automated Lane Change Controller Design,” IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Volume: 4, Issue: 1, pp. 13–22, March 2003.

[10] TUGV Project Final Report, “Performance Improvements for Autonomous

Cross-Country Navigation Using Stereo Vision,”

http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/tugv/home.html , September 1998.

[11] Y. K. Lo, A. B. Rad, C. W. Wong and M. L. Ho, “Automatic parallel parking,”

IEEE International Conference on Intelligent Transportation Systems, Volume 2, pp. 1190 - 1193, 12-15 Oct. 2003.

[12] H. D. Heitzer, “Heading for the Future with Steer-by-Wire,”

http://www.dspace.com/ww/en/pub/home/applicationfields/automotive/abstract.cfm?DocID=103

[13] B. F. Wu, C. C. Chiu, C. J. Chen, W. C. Wu, J. W. Perng and T. T. Lee, “An Intelligent Vision-Based Real-Time Integration System on Autonomous Vehicles”, International Conference on Intelligent Systems and Control, pp.

51-57, Honolulu, Hawaii, USA., Aug. 23-25, 2004.