無人駕駛汽車安全行駛的三大系統(tǒng)

陳帥

【摘 要】論文首先概述了無人駕駛汽車概念，其次研究了無人駕駛汽車安全行駛過程中出現(xiàn)的問題，再次進(jìn)行了無人駕駛汽車安全行駛的三大系統(tǒng)分析，最后開展了無人駕駛汽車安全行駛的發(fā)展前景探討，旨在提升無人駕駛汽車應(yīng)用價(jià)值。

【Abstract】 This paper firstly summarizes the concept of driverless vehicle， then studies the problems in the process of safe driving of driverless vehicle， and then analyzes three systems of safe driving of driverless vehicle. Finally， the prospect of safe driving of driverless vehicles is discussed in order to enhance the application value of driverless vehicles.

【關(guān)鍵詞】無人駕駛汽車；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；環(huán)境感知系統(tǒng)

【Keywords】driverless vehicle； motion control system； environmental perception system

【中圖分類號(hào)】TP242 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0172-02

1 引言

隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，我國(guó)對(duì)于汽車的研發(fā)工作也在不斷優(yōu)化，在這一基礎(chǔ)上，無人駕駛汽車被研發(fā)出來。該類無人駕駛汽車能夠很好地避免由于人為操作失誤造成的交通事故出現(xiàn)。據(jù)國(guó)家交通道路管理相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)在2016年一年的時(shí)間內(nèi)由于交通事故致死人數(shù)已經(jīng)高達(dá)25萬人。由此可見，機(jī)動(dòng)車駕駛安全已經(jīng)成為交通管理過程中的重要問題?；诖?，針對(duì)無人駕駛汽車安全行駛的三大系統(tǒng)這一課題進(jìn)行深入研究具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

2 無人駕駛汽車概述

無人駕駛汽車是一種智能汽車，在專業(yè)領(lǐng)域中也被稱之為輪式智能移動(dòng)機(jī)器人，該類科技產(chǎn)品能夠智能移動(dòng)，主要是依靠汽車內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，依靠車內(nèi)安裝的計(jì)算機(jī)以及各項(xiàng)智能設(shè)備完成無人駕駛?cè)蝿?wù)[1]。自上世紀(jì)中后期開始，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就開始針對(duì)無人駕駛汽車進(jìn)行了深入的研究，并相繼獲得了突破性的進(jìn)展。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)對(duì)于該方面的研究起步時(shí)間比較短，截至今日，無人駕駛汽車在道路行駛的過程中主要包括存在安全穩(wěn)定性能高，能夠進(jìn)行自動(dòng)泊車的優(yōu)勢(shì)。近幾年來，隨著無人駕駛技術(shù)的不斷研發(fā)和革新，越來越多的國(guó)內(nèi)外汽車企業(yè)投入到該領(lǐng)域中，在這一基礎(chǔ)上，無人駕駛汽車得到了極大的發(fā)展，有望短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)道路汽車無人駕駛愿景。

3 無人駕駛技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題

目前時(shí)期，我國(guó)在無人駕駛技術(shù)的研發(fā)過程中，正面臨著該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸時(shí)期，想要實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，就必須針對(duì)無人駕駛汽車上路后將會(huì)面臨的一系列問題進(jìn)行深入的研究和分析。

3.1 技術(shù)問題

在技術(shù)問題中，雖然無人駕駛汽車能夠高效的規(guī)避由于人類視覺盲區(qū)導(dǎo)致的交通事故發(fā)生。但是，在諸如霧天、強(qiáng)光照射以及積雪等較為惡劣的天氣環(huán)境中，無人駕駛汽車內(nèi)部的環(huán)境感知系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)無法及時(shí)獲取道路運(yùn)行信息的狀況，繼而降低道路感知系統(tǒng)的智能化[2]。與此同時(shí)，在比較復(fù)雜的道路行駛環(huán)境中，無人駕駛汽車無法感知交通指揮管理人員的手勢(shì)信號(hào)含義。例如在暴雨天氣中，交通出現(xiàn)極度擁堵時(shí)，交通指揮人員可能會(huì)做出與信號(hào)指示燈不同的通行信號(hào)，無人駕駛汽車無法識(shí)別交警等指揮人員的手勢(shì)寓意，而是依舊依靠對(duì)于交通信號(hào)燈信息的獲取行駛。

3.2 轉(zhuǎn)型問題

在無人駕駛技術(shù)應(yīng)用的過程中，想要全面實(shí)現(xiàn)無人駕駛汽車上路目標(biāo)，首先需要考量的就是傳統(tǒng)汽車行駛與無人駕駛汽車行駛之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)型期問題[3]。正常情況下，傳統(tǒng)駕駛汽車在道路上行駛時(shí)，全程需要人工控制，而無人駕駛汽車在行駛時(shí)人類完全可以解放雙手，但是對(duì)于行駛過程中的突發(fā)事件處理能力存在著一定的不足之處，亟待進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

3.3 市場(chǎng)管理問題

在無人駕駛技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)中，由于該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)時(shí)間比較短，并且相對(duì)應(yīng)的應(yīng)用范圍目前也比較狹窄，所有我國(guó)目前并未針對(duì)該方面制定有效的市場(chǎng)監(jiān)督管理體制。換言之，一旦該種無人駕駛汽車上路后出現(xiàn)交通事故，對(duì)于責(zé)任的認(rèn)定和保險(xiǎn)的認(rèn)定都是一項(xiàng)比較模糊的管理流程。與此同時(shí)，無人駕駛汽車的開發(fā)成本也比較高，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化加工生產(chǎn)，相關(guān)的傳感器和軟件的更新都存在著較多的不足，需要相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行更加深入的研發(fā)和探討。

4 無人駕駛汽車安全行駛的三大系統(tǒng)

4.1 行為決策系統(tǒng)

在無人駕駛汽車的安全管理過程中，行為行決策系統(tǒng)主要是指通過既定的網(wǎng)絡(luò)文件，使得無人駕駛汽車能夠有效獲取行駛周邊的交通環(huán)境和車身的運(yùn)行情況，然后按照既定網(wǎng)絡(luò)文件的設(shè)計(jì)內(nèi)容嚴(yán)格遵守交通規(guī)則所做出的駕駛決策流程。通常情況下，無人駕駛汽車的行為決策系統(tǒng)中主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

①駕駛行為規(guī)劃和駕駛周邊固定范圍內(nèi)的行駛道路選擇規(guī)劃，其也被稱之為運(yùn)行軌跡規(guī)劃。在進(jìn)行行駛軌跡規(guī)劃時(shí)，無人駕駛車輛中的智能系統(tǒng)會(huì)在行駛?cè)蝿?wù)設(shè)定之后將各任務(wù)走完的最佳路徑選擇出來，最大程度避免擁堵、維修路線，在這一基礎(chǔ)上，還會(huì)對(duì)行駛的時(shí)長(zhǎng)、行駛的距離進(jìn)行綜合考量，實(shí)現(xiàn)路徑選擇最優(yōu)化。此類選擇的前提均是嚴(yán)格遵守交通規(guī)則。

②全局路徑規(guī)劃，也被稱之為駕駛?cè)蝿?wù)規(guī)劃，在這一行為決策系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，主要的規(guī)劃內(nèi)容是指行駛路徑范圍的規(guī)劃。具體而言，當(dāng)無人駕駛汽車在上路行駛時(shí)，全局規(guī)劃會(huì)為汽車的自主駕駛提供方向引導(dǎo)方面的行為決策方案，繼而通過GPS技術(shù)進(jìn)行即將需要前進(jìn)行駛的路段和途徑區(qū)域的規(guī)劃與順序排列。另一方面，行為規(guī)劃對(duì)于無人駕駛汽車的安全行駛也具有十分重要的決策作用。行為規(guī)劃的決策層級(jí)屬于第二層級(jí)，第一層級(jí)為全距路徑規(guī)劃，第三層級(jí)為局部路徑規(guī)劃，行為規(guī)劃起到的是承上啟下的作用。

4.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，其運(yùn)行期間主要依據(jù)的是上述行為決策系統(tǒng)得出的行駛路徑規(guī)劃方案。換言之，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行是為了保障行為決策系統(tǒng)得出的行駛方案能夠順利實(shí)施。具體分析，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)專門針對(duì)無人駕駛汽車所處的行駛位置、行駛狀態(tài)、行駛速度進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)分析，繼而進(jìn)行智能控制汽車的油門、剎車、方向盤以及變速桿的運(yùn)動(dòng)控制，借以完成行為決策系統(tǒng)制定的行駛方案。為了能夠更加有效地進(jìn)行無人駕駛汽車的油門部件、剎車部門、方向控制盤以及行駛速度變化桿的控制，需要進(jìn)行控制反應(yīng)時(shí)間設(shè)置，此類設(shè)置可以通過底層控制器加裝和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同合作配合完成控制操作。

4.3 環(huán)境感知系統(tǒng)

當(dāng)人們?cè)谶M(jìn)行機(jī)動(dòng)車駕駛時(shí)，為了能夠有效保障駕駛過程中的安全，首先需要根據(jù)行駛中的路線進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和分析周邊行人和車輛的狀態(tài)，與此同時(shí)，還需要開展對(duì)于行駛路面、交通標(biāo)志、標(biāo)線以及信號(hào)燈的實(shí)時(shí)變化掌握工作。該類駕車行駛觀察行為被稱之為環(huán)境感知。在無人駕駛汽車進(jìn)行駕駛時(shí)，汽車內(nèi)部的智能駕駛系統(tǒng)也需要針對(duì)汽車周邊的環(huán)境和交通指示變化運(yùn)行環(huán)境感知系統(tǒng)，繼而將通過感知獲取的信息進(jìn)行整理和決策，實(shí)現(xiàn)安全駕駛目標(biāo)。在無人駕駛汽車安全行駛過程中，汽車內(nèi)部智能系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境的感知時(shí)，主要是依賴于車內(nèi)配置的傳感器實(shí)現(xiàn)，傳感器的內(nèi)容主要包括前置、后置攝像頭、激光雷達(dá)、紅外攝像機(jī)、光電編碼器以及GPS技術(shù)等。在眾多的傳感器當(dāng)中，進(jìn)行獲取環(huán)境信息的設(shè)備主要是攝像頭、雷達(dá)以及紅外攝像機(jī)，而其他傳感器是為了獲取汽車自身的行駛狀態(tài)。

5 無人駕駛汽車安全行駛的發(fā)展前景

目前時(shí)期，雖然我國(guó)現(xiàn)有的無人駕駛汽車市場(chǎng)中存在著諸多的問題，但是不可否認(rèn)的是，無人駕駛汽車的研發(fā)，對(duì)于汽車駕駛的安全性能提升具有十分重要的促進(jìn)作用。另一方面，隨著國(guó)內(nèi)越來越多無人駕駛汽車實(shí)驗(yàn)案例的成功，相關(guān)的技術(shù)研發(fā)水平也在不斷地提升，再加上法律法規(guī)的逐漸完善，相信無人駕駛汽車將會(huì)成為人類安全駕駛管理工作水平提升的重要推動(dòng)力。

6 總結(jié)

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提升，國(guó)民生活水平也在不斷上漲，對(duì)于美好生活的追求標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。為了方便出行，越來越多的人自行購進(jìn)了汽車等交通工具，在部分汽車中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)泊車技術(shù)的應(yīng)用，這對(duì)于滿足國(guó)民行駛安全的需求具有重要的促進(jìn)作用。通過對(duì)無人駕駛汽車安全行駛的三大系統(tǒng)的重難點(diǎn)分析，能夠發(fā)現(xiàn)，目前階段我國(guó)在該方面還存在著較多的不足之處，亟待后續(xù)進(jìn)行研發(fā)和改進(jìn)，期望文中的部分內(nèi)容能夠?yàn)楹罄m(xù)關(guān)于本課題的研究提供參考。

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