智能汽車的概念與分析

馬鐲　羅慧晶　崔琳　高霖

摘 要：智能汽車是一種正在廣泛研制的高新科技汽車，是未來汽車發(fā)展方向。文章介紹了智能汽車的概念，并對(duì)智能汽車的功能特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，最后對(duì)智能汽車的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：智能汽車，車聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：N04；U46；TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8578（2014）S1-0148-03

Concept and Analysis of Intelligent Vehicle

MA Zhuo LUO Huijing CUI Lin GAO Lin

Abstract： Intelligent vehicle is a kind of developing hightech vehicle， and shows the direction of future development. In this article， the concept of intelligent vehicle is introduced， and the features and development of intelligent vehicle are described， and the prospect of it is predicted at last.

Keywords： intelligent vehicle， intelligent car， internet of vehicles

收稿日期：2014-07-10

作者簡介：馬鐲（1982—），女，河北保定人，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心審查員。通信方式：mazhuo@sipo.gov.cn。

一 智能汽車的概念

智能汽車（intelligent vehicle， IV），簡稱智能車，又稱輪式移動(dòng)機(jī)器人，是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一身的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對(duì)智能車輛的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性，以及提供優(yōu)良的人車交互界面[1]。汽車從上個(gè)世紀(jì)末誕生至今，已經(jīng)走過了將近100多年的歷程。進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車的安全性和舒適性等要求越來越高，各種先進(jìn)技術(shù)在汽車領(lǐng)域被應(yīng)用和研究，使得汽車工業(yè)迎來新的挑戰(zhàn)。智能汽車的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署所制訂的“戰(zhàn)略計(jì)算計(jì)劃”任務(wù)書中。2005年美國的《汽車新聞》和《汽車工程》等雜志對(duì)于未來汽車工業(yè)技術(shù)發(fā)展的十大趨勢的預(yù)測表明：下一個(gè)汽車銷售的高潮將從普及“智能汽車”開始。智能汽車的研究、設(shè)計(jì)與開發(fā)，將從根本上改變現(xiàn)有汽車數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)交換、行車導(dǎo)航與定位、車輛控制、汽車安全等技術(shù)方案和體系結(jié)構(gòu)，使汽車工業(yè)的研究發(fā)生重大變革，智能汽車是裝有四個(gè)輪子的計(jì)算機(jī)[2]。正是基于這點(diǎn)，智能汽車逐漸成為世界汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，智能汽車將成為未來汽車領(lǐng)域的發(fā)展方向。

二 智能汽車的主要特點(diǎn)

一般情況下提到智能汽車，人們首先想到的是無人駕駛汽車，無人駕駛汽車是使計(jì)算機(jī)來代替人完成車輛駕駛?cè)蝿?wù)，以彌補(bǔ)人工駕駛的不足，實(shí)現(xiàn)汽車的安全、可靠和高效的駕駛。無人駕駛汽車可有效減輕駕駛員負(fù)擔(dān)，減少駕駛員疲勞駕駛現(xiàn)象，有利于提高交通安全；同時(shí)，配合城市的交通控制系統(tǒng)，可以合理地分配交通流，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)順暢運(yùn)行。而要實(shí)現(xiàn)無人駕駛不能夠僅局限于對(duì)汽車本身的研究，還應(yīng)該包括汽車與周邊環(huán)境的交互。根據(jù)日常的駕駛經(jīng)驗(yàn)看，汽車在行駛過程中所面臨的周邊環(huán)境可大致分為四類：其他行駛中的汽車，駕駛員以及乘客，路況、行人以及交通情況、通過通信設(shè)備相互聯(lián)系的車聯(lián)網(wǎng)?；诖?，智能汽車一般具有以下四項(xiàng)功能特征：

1.多車互動(dòng)

多車互動(dòng)能夠擴(kuò)展駕駛員的感知范圍，其主要特征是駕駛員或者車輛能夠在任何時(shí)間與臨近區(qū)域的駕駛員或車輛交換數(shù)據(jù)信息并獲取本車不能直接獲取的數(shù)據(jù)信息。例如：（1）在同向行駛車隊(duì)中，前車緊急剎車的信息可以即時(shí)發(fā)送給后車，防止發(fā)生汽車追尾事故。（2）在交通信號(hào)燈控制的路口，頭車啟動(dòng)時(shí)便把數(shù)據(jù)信息發(fā)送給后車，可以減少后車啟動(dòng)延遲時(shí)間，增加路口通過效率。（3）如果能和逆向來車取得數(shù)據(jù)信息交互，便能夠提前獲知前方道路上的交通路況，以及天氣等信息。（4）在十字路口，建筑物或其他車輛會(huì)遮擋駕駛員的部分視野，通過車車交互實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息分享則可以讓每位駕駛員都能夠清楚地獲知其他車輛的方位、運(yùn)動(dòng)速度和加速度等信息[3]。

2.人車交互

人車交互是通過監(jiān)控駕駛員的駕駛狀態(tài)并據(jù)此采取警告或安全措施，以輔助駕駛員安全行駛。人車交互能夠很大程度地避免交通事故的發(fā)生。比如，通過監(jiān)視駕駛員的頭部位置、眼睛的眨動(dòng)次數(shù)以及呼出的氣體等來判斷駕駛員當(dāng)前狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)駕駛員有異常點(diǎn)頭、低頭或頻繁眨眼情況，可以初步判斷為駕駛員疲勞駕駛；如果檢測到駕駛員呼出的氣體中含有的酒精濃度高于預(yù)定閾值，則可初步判斷為駕駛員酒后駕駛，此時(shí)智能汽車可立即啟動(dòng)警報(bào)或強(qiáng)制車輛不能啟動(dòng)或靠邊停車。

3.車路交互

車路交互主要是利用安裝在汽車上的多種傳感器來收集道路環(huán)境信息并服務(wù)于智能汽車的行駛[3]。比如，通過安裝在汽車上的攝像頭識(shí)別汽車前方的障礙物；還有交通標(biāo)志識(shí)別、防跑偏控制、道路擁堵狀況預(yù)測、目的地天氣情況預(yù)測等。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的包括自動(dòng)泊車系統(tǒng)以及自動(dòng)變速巡航系統(tǒng)。

4.車聯(lián)網(wǎng)

車聯(lián)網(wǎng)利用先進(jìn)傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、控制技術(shù)、智能技術(shù)，對(duì)道路和交通進(jìn)行全面感知，實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)間大范圍、大容量數(shù)據(jù)的交互，對(duì)每一輛汽車進(jìn)行交通全程控制，對(duì)每一條道路進(jìn)行交通全時(shí)空控制，以提供以交通效率和交通安全為主的網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用[4]。車聯(lián)網(wǎng)能夠使智能汽車像智能家居一樣，駕駛員可以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車遠(yuǎn)程進(jìn)行遙控，檢查汽車是否上鎖，或開關(guān)車窗等。在炎熱的夏天，如果下班之前就能夠先將車內(nèi)空調(diào)打開，會(huì)變得舒服許多；或者如果智能汽車能和駕駛員手中的智能終端相連，在停車場就可以及時(shí)查找到汽車位置，省去了找車的麻煩。

三 智能汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

從智能汽車概念的提出，到智能汽車功能模塊的開發(fā)、研制，再到部分輔助駕駛系統(tǒng)在部分汽車上的應(yīng)用，智能汽車正一步步地從假想走向?qū)嵺`，尤其是歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有了相對(duì)成熟的經(jīng)驗(yàn)。比較突出的有：（1）由美國俄亥俄（Ohio）州立大學(xué)和奧什科什（Oshkosh）貨車公司合作，將軍事戰(zhàn)術(shù)車改裝成為能夠自主行駛的智能車，取名為TerraMax，車上有六部攝像頭、四個(gè)光雷達(dá)、兩個(gè)毫米波雷達(dá)和十二只超聲波傳感器共同動(dòng)作，用于檢測車輛周圍的障礙物。兩個(gè)高精度GPS、一個(gè)電子羅盤、一套慣性導(dǎo)航系統(tǒng)用于對(duì)車輛自身狀態(tài)的原始信息采集，采集到的數(shù)據(jù)傳入中央計(jì)算機(jī)（含有8個(gè)高性能處理器） ，由卡爾曼濾波算法進(jìn)行處理后得到車輛的狀態(tài)信息。最后利用有限狀態(tài)機(jī)來確定車輛的各種運(yùn)行模式，最終完成自主行駛?cè)蝿?wù)[5]。（2）法國國家信息與自動(dòng)化研究所與其合作伙伴合作開發(fā)的能夠輔助駕駛的智能車。該車包含七個(gè)模塊，分別是決策與控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器接口模塊、無線通信模塊、供電模塊、跟蹤模塊、數(shù)據(jù)傳送模塊，每個(gè)模塊都包含有獨(dú)自的微處理器，各自承擔(dān)獨(dú)立的功能，模塊之間通過CAN總線來進(jìn)行通信連接[5]。（3）西安交通大學(xué)人工智能與機(jī)器人研究所和吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從2001年開始，展開汽車輔助駕駛的合作研究，已經(jīng)完成道路偏離警告系統(tǒng)的硬件框架設(shè)計(jì)、道路檢測和識(shí)別算法以及系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，并在西安、長春兩地高速公路上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。搭建的Springrobot智能汽車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其原型車為一輛SUV。對(duì)原型車的方向盤和油門、剎車進(jìn)行了改裝，通過一套交流伺服電機(jī)來控制方向盤，一套步進(jìn)電機(jī)來控制油門和剎車，從而實(shí)現(xiàn)了車體的橫向和縱向控制，解決了油門和剎車獨(dú)立控制所帶來的可靠性差的問題[5]。

四 智能汽車的發(fā)展趨勢

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的滲透，智能汽車技術(shù)的發(fā)展正迎來新的篇章。特別是電腦技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代信息融合技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高科技與汽車相結(jié)合，未來的汽車業(yè)將走向數(shù)字化的智能汽車時(shí)代。汽車業(yè)數(shù)字化的應(yīng)用將主要體現(xiàn)在兩大方面，一方面是和駕駛相關(guān)的，包括駕駛的安全性以及便利性；另一方面是和娛樂相關(guān)的，包括視聽享受以及溝通交流等。

在未來的智能汽車發(fā)展中，很可能將會(huì)出現(xiàn)一些這樣的新技術(shù)：智能GPS、智能安全氣囊、智能車載網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、車載應(yīng)用軟件、智能語音識(shí)別等，車聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)終端與汽車的云鏈接等創(chuàng)新應(yīng)用也可期待，而這一切將會(huì)使人們的生活更加便捷。

五 結(jié) 語

智能汽車技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展需要傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)等眾多領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的共同推動(dòng)，其發(fā)展又可以推動(dòng)其所涉及的學(xué)科和技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。這是一個(gè)能夠?qū)⑵嚇I(yè)、交通系統(tǒng)與信息技術(shù)緊密結(jié)合的新領(lǐng)域。智能汽車的研制與開發(fā)正為世界各國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)提供又一廣闊的發(fā)展空間。雖然歐洲、日本、美國等發(fā)達(dá)國家走在了前面，中國與他們相比還有一些差距，但目前也取得了階段性成果。因此，中國汽車行業(yè)要把握住這一機(jī)遇，有計(jì)劃、有步驟地制定發(fā)展策略，勇于科技創(chuàng)新，在國家提供的各種優(yōu)惠政策和大力支持下，在改善和發(fā)展中國交通、提高交通安全性的同時(shí)，縮小在該領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家之間的差距[1]。

參考文獻(xiàn)

[1] 智能汽車[EB/OL].（ 2013-06-14）[2014-07-10].http：//baike.so.com/doc/5875523.html.

[2] 梁玉紅.智能汽車研究與發(fā)展策略[J]. 電子技術(shù)，2010（6）：66-69.

[3] 王國胤，陳喬松，王進(jìn). 智能車技術(shù)探討[J]. 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012（5）：1-12.

[4] 車聯(lián)網(wǎng)[EB/OL].（ 2014-04-27）[2014-07-10]. http：//baike.com/wiki/%E8%BD%A6%E8%81%94%E7%BD%91.

[5] 李舜酩，沈山亙，毛建國，等.智能車輛發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].傳感器與微系統(tǒng)，2009（1）： 1-3.