車(chē)聯(lián)網(wǎng)在無(wú)人駕駛技術(shù)中的運(yùn)用

摘 要隨著大眾交通工具的不斷更新?lián)Q代，二十一世紀(jì)以來(lái)汽車(chē)作為人們的重要代步工具也不斷地進(jìn)步，在滿(mǎn)足基本動(dòng)力，外觀和其他功能的條件下，人們將更多高新科技與汽車(chē)技術(shù)越來(lái)越多地結(jié)合，而無(wú)人駕駛技術(shù)技術(shù)就是現(xiàn)在乃至未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的重要方向。車(chē)聯(lián)網(wǎng)作為無(wú)人駕駛技術(shù)的重要組成部分，是橫跨多領(lǐng)域多學(xué)科的課題，與智能交通、輔助駕駛、主動(dòng)安全和智能車(chē)輛息息相關(guān)。本文將對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展概況進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)，對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用做出一定的分析，并介紹其在無(wú)人駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用，最后對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛技術(shù)融合及后續(xù)發(fā)展做出展望。

【關(guān)鍵詞】智能汽車(chē) 無(wú)人駕駛 車(chē)聯(lián)網(wǎng)

1 無(wú)人駕駛技術(shù)

1.1 無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)展概況

從長(zhǎng)遠(yuǎn)的趨勢(shì)來(lái)看，汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)自主駕駛，而無(wú)人駕駛作為自主駕駛的一種重要的實(shí)現(xiàn)形式，是未來(lái)智能交通的構(gòu)成基石。在廣義上，無(wú)人駕駛汽車(chē)是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能控制技術(shù)主導(dǎo)其運(yùn)行的汽車(chē)，是有著汽車(chē)外形的移動(dòng)機(jī)器人。因此，無(wú)人駕駛汽車(chē)也被稱(chēng)為自動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人。它是指在沒(méi)有駕駛者輸入的情況下，通過(guò)車(chē)載傳感器感知周?chē)h(huán)境，并根據(jù)所實(shí)時(shí)的路況信息，依靠車(chē)內(nèi)的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛裝置控制動(dòng)力傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)駕駛功能。它具有整個(gè)道路環(huán)境中所有與車(chē)輛安全性相關(guān)的控制功能，不需要駕駛員對(duì)車(chē)輛實(shí)施任何認(rèn)為操縱。

20世紀(jì)七十年代，以美國(guó)為主導(dǎo)的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛的研發(fā)工作。20世紀(jì)，已經(jīng)產(chǎn)出可以人為遠(yuǎn)程操縱的無(wú)人駕駛汽車(chē)，并通過(guò)相關(guān)的測(cè)試。近幾年隨著互聯(lián)網(wǎng)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些科技公司開(kāi)始著手無(wú)人駕駛技術(shù)的研究，例如美國(guó)谷歌和特斯拉公司，它們使無(wú)人駕駛汽車(chē)越來(lái)越智能化，已經(jīng)很接近可以量產(chǎn)的模型。

1.2 無(wú)人駕駛技術(shù)的組成

作為一個(gè)復(fù)雜的智能系統(tǒng)，無(wú)人駕駛技術(shù)涉及到多個(gè)功能的融合，而其中幾個(gè)重要的內(nèi)容如下：

1.2.1 汽車(chē)體系結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)汽車(chē)體系中，汽車(chē)主體結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)的“骨架系統(tǒng)”，無(wú)人駕駛技術(shù)中的汽車(chē)體系決定了系統(tǒng)軟硬件的組織原則、集成方法及支持程序。

1.2.2 外界環(huán)境感知與識(shí)別

無(wú)人駕駛汽車(chē)的環(huán)境感知系統(tǒng)利用各種傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取行駛環(huán)境狀況同時(shí)對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理。環(huán)境感知系統(tǒng)的主要功能是將本車(chē)和周?chē)系K物的位置、相對(duì)距離和相對(duì)速度信息提供給汽車(chē)中的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，從而為汽車(chē)的后續(xù)反應(yīng)提供支持。

1.2.3 定位導(dǎo)航系統(tǒng)

在無(wú)人駕駛汽車(chē)行駛的過(guò)程，汽車(chē)的位置、行駛方向、速度、姿態(tài)等多種信息由定位導(dǎo)航系統(tǒng)獲得，可以不折不扣地說(shuō)，定位導(dǎo)航系統(tǒng)是無(wú)人駕駛技術(shù)的基石。定位導(dǎo)航技術(shù)種類(lèi)繁多，常用的定位導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、航跡推算技術(shù)、路標(biāo)定位技術(shù)、地圖匹配定位技術(shù)和視覺(jué)定位技術(shù)等。實(shí)際操作中，通常將兩種及兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)綜合使用，以便獲得更好的性能。

1.2.4 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是指在給定出發(fā)點(diǎn)和目的地的情況下，無(wú)人駕駛系統(tǒng)自動(dòng)獲取一條無(wú)障礙、能安全到達(dá)并且高效出行的有效路徑。路徑規(guī)劃第一步先建立交通環(huán)境地圖，隨后是調(diào)用規(guī)劃算法搜索可行的路徑。

1.2.5 運(yùn)動(dòng)控制

計(jì)算機(jī)計(jì)算好路線(xiàn)之后，通過(guò)實(shí)時(shí)的反饋算法對(duì)汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)做出控制。

1.2.6 車(chē)輛一體化設(shè)計(jì)

2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)概述

廣義上，車(chē)聯(lián)網(wǎng)就是車(chē)與一切事物聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)（Vehicle To X），通過(guò)車(chē)輛自組網(wǎng)及多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與其運(yùn)行的道路設(shè)施、車(chē)與云端以及車(chē)與家之間的互通互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)交通管理的智能化和車(chē)輛智能化，并能為駕駛者提供動(dòng)態(tài)信息服務(wù)的泛在網(wǎng)絡(luò)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由車(chē)內(nèi)網(wǎng)和車(chē)外網(wǎng)構(gòu)成，汽車(chē)本身自有的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)叫車(chē)內(nèi)網(wǎng)如CAN、LIN、MOST等網(wǎng)絡(luò)，而車(chē)外網(wǎng)則包括車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和車(chē)載自組網(wǎng)。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)由感知層、平臺(tái)層和應(yīng)用服務(wù)層三層組成。第一層為感知層，也就是我們所說(shuō)的端，即通過(guò)車(chē)載終端上的RFID、雷達(dá)、攝像頭等傳感器感知車(chē)輛信息及狀態(tài)；第二層為平臺(tái)層，也就是管，即車(chē)輛與一切事物之間的互聯(lián)互通；第三層是服務(wù)層，即通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與交通信息的管理、應(yīng)用程序的管理及分發(fā)、數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、大數(shù)據(jù)分析與處理、并為交通參與者提供相應(yīng)的服務(wù)。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的研究，需要以道路交通為基礎(chǔ)，始終圍繞車(chē)輛來(lái)進(jìn)行，車(chē)輛的運(yùn)行有兩個(gè)環(huán)境：一個(gè)是車(chē)外的運(yùn)行環(huán)境，另一個(gè)是車(chē)內(nèi)的駕駛環(huán)境，如果脫離這兩者，就不是真正的車(chē)聯(lián)網(wǎng)。

2.2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的工作原理

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是以車(chē)輛為核心，進(jìn)行道路利用率、道路安全等項(xiàng)目的綜合研究，車(chē)輛在移動(dòng)的過(guò)程中通過(guò)多種無(wú)線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與一切相關(guān)事物的相連。因此，車(chē)聯(lián)網(wǎng)必須具有移動(dòng)性、無(wú)線(xiàn)性、及時(shí)性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

車(chē)載終端、道路基礎(chǔ)設(shè)施通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式構(gòu)成一種車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)VANET，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊鏈路傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路以及車(chē)與人之間的通信，通過(guò)道路基礎(chǔ)設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)的連接實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施與云端的雙向通信，通過(guò)接入2G/3G/4G/LTE等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，從而使車(chē)輛具備訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的能力，實(shí)現(xiàn)車(chē)與云端的雙向通信。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的具體工作原理如圖1所示。

車(chē)載終端利用總線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)ECU讀取各個(gè)單元的傳感器數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)通信，通過(guò)衛(wèi)星定位模塊和各種傳感器讀取車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境及位置信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊和附近的車(chē)輛、路側(cè)建車(chē)載自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與車(chē)輛之間的通信、車(chē)輛與路側(cè)之間的通信，通過(guò)移動(dòng)通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與云端及家的互聯(lián)互通。路側(cè)通過(guò)移動(dòng)通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，向云端提供所覆蓋區(qū)域的交通狀況，并從云端獲得交通信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊和其覆蓋區(qū)域的車(chē)輛組建車(chē)載自組網(wǎng)，并將交通信息發(fā)送給網(wǎng)內(nèi)的車(chē)輛。云端實(shí)時(shí)向車(chē)載終端或道路基礎(chǔ)設(shè)施推送交通信息和車(chē)輛有關(guān)的服務(wù)信息，并選擇性地推送其它相關(guān)信息。

2.3 車(chē)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，一般由車(chē)載終端和道路基礎(chǔ)設(shè)施、傳輸網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)組成。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)需求多樣，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜，且涉及不同的技術(shù)領(lǐng)域。因此，要實(shí)現(xiàn)真正的車(chē)聯(lián)網(wǎng)，則要實(shí)現(xiàn)以此三要素為中心的關(guān)鍵技術(shù)。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)用到的主要技術(shù)有數(shù)據(jù)采集技術(shù)、車(chē)載操作系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)。

3 車(chē)聯(lián)網(wǎng)在無(wú)人駕駛技術(shù)中的運(yùn)用

3.1 駕駛輔助技術(shù)

先進(jìn)的駕駛輔助技術(shù)是通過(guò)安裝在車(chē)輛上的各類(lèi)傳感器，對(duì)外部環(huán)境辨識(shí)、偵查，對(duì)比車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，并分析出周?chē)h(huán)境可能會(huì)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，能夠在危機(jī)的環(huán)境中輔助駕駛者工作，或者在無(wú)人駕駛技術(shù)中提供給駕駛系統(tǒng)足夠的信息。駕駛輔助系統(tǒng)就是為車(chē)輛打造一套觸覺(jué)和視覺(jué)系統(tǒng)，視覺(jué)系統(tǒng)讓車(chē)輛具備對(duì)物體關(guān)鍵特征和輪廓的辨別能力，能對(duì)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行感知，辨別出周?chē)娜?、?chē)、道路、交通標(biāo)志及障礙物。

常見(jiàn)的駕駛輔助系統(tǒng)包括車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)、車(chē)道保持輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)、交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)、倒車(chē)輔助系統(tǒng)、剎車(chē)輔助系統(tǒng)。

3.2 車(chē)聯(lián)網(wǎng)主導(dǎo)的駕駛輔助系統(tǒng)

駕駛輔助是無(wú)人駕駛的基礎(chǔ)階段，只有在駕駛輔助階段打好基礎(chǔ)，通過(guò)自適應(yīng)巡航、車(chē)道偏移報(bào)警、車(chē)道保持輔助等技術(shù)，為駕駛者在復(fù)雜的車(chē)輛操縱過(guò)程中提供輔助和補(bǔ)充，才能逐步地實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)駕駛、高度自動(dòng)駕駛，最終在整個(gè)駕駛過(guò)程中無(wú)需駕駛者監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人駕駛。

對(duì)于無(wú)人駕駛車(chē)輛，在上路行駛之前，先要根據(jù)目的地和出發(fā)地對(duì)車(chē)輛的行駛路線(xiàn)進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后才能進(jìn)行行駛。行駛過(guò)程中車(chē)輛需要適應(yīng)城市道路、環(huán)島、立交橋及高速道路等復(fù)雜的混合路況，根據(jù)各種傳感器感知車(chē)內(nèi)、車(chē)外信息及實(shí)時(shí)道路路況，結(jié)合高精度地圖，通過(guò)車(chē)載計(jì)算機(jī)對(duì)交通標(biāo)志和信號(hào)進(jìn)行解析，預(yù)測(cè)車(chē)輛周邊其他交通工具和行人的行為和意圖，從而做出適合路況的行車(chē)決策和路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃及車(chē)輛駕駛輔助功能。

在整個(gè)行駛過(guò)程中，車(chē)輛除了通過(guò)各類(lèi)傳感器感知車(chē)外的道路狀況、確保安全行車(chē)之外，還需要不斷地獲得前方道路的交通流量狀況，以作路徑的動(dòng)態(tài)規(guī)劃。車(chē)輛實(shí)時(shí)獲取路況信息時(shí)就需要車(chē)輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施的通信，例如收費(fèi)站無(wú)人收費(fèi)、無(wú)人停車(chē)場(chǎng)等。為保證行車(chē)安全，一旦前方車(chē)輛發(fā)生交通事故還需要通過(guò)車(chē)輛與車(chē)輛之間的通信及時(shí)通知后方車(chē)輛，避免發(fā)生后續(xù)的危險(xiǎn)。另外，車(chē)輛需要獲取實(shí)時(shí)的天氣信息，提醒行人等，這一切都離不開(kāi)車(chē)聯(lián)網(wǎng)。

4 車(chē)聯(lián)網(wǎng)在無(wú)人駕駛中未來(lái)的發(fā)展

車(chē)聯(lián)網(wǎng)及無(wú)人駕駛在各個(gè)方面都有著跨越性的優(yōu)勢(shì)。首先，無(wú)人駕駛的普及將大大降低交通事故和交通擁擠發(fā)生的頻率，為此可能挽救數(shù)百萬(wàn)人生命。次之，無(wú)人駕駛將大大解放人們的雙手，駕駛員可以在駕駛空間內(nèi)做其他任何事情。最后，隨著資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，無(wú)人駕駛可以提高人們的交通出行效率，從而在節(jié)能減排方面做出更大的貢獻(xiàn)。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷變革，車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越成熟，從而使智能化的無(wú)人駕駛技術(shù)變的觸手可及。在未來(lái)，通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的不斷改進(jìn)和更新，無(wú)人駕駛技術(shù)將真正實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)、車(chē)與路側(cè)、車(chē)與人、車(chē)與云端的互通互聯(lián)，并且駕駛輔助技術(shù)也將對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)所大大優(yōu)化，并應(yīng)用于各種無(wú)人駕駛汽車(chē)中。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)得到全面應(yīng)用后，隨著厘米級(jí)、毫米級(jí)地圖的不斷完善，汽車(chē)最終實(shí)現(xiàn)無(wú)需駕駛者監(jiān)控的自動(dòng)行駛，未來(lái)可量產(chǎn)的無(wú)人駕駛汽車(chē)將徹底改變我們的生活。

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作者簡(jiǎn)介

姚昊洋（1998-），男，回族。

作者單位

呼和浩特市第一中學(xué) 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010030