高級駕駛輔助系統(tǒng)在純電動重型牽引車上的應(yīng)用

胡艷峰，唐 鍵，黃 河

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車已成為現(xiàn)代社會不可缺少的一部分，從2015年開始，以谷歌為代表的無人駕駛的出現(xiàn)，開啟了智能汽車、無人駕駛的新篇章。各國政府對先進科技研發(fā)的資金投入力度逐漸增大，其中智能駕駛技術(shù)占有重要地位。由此可以看出，在不遠的將來，智能汽車將成為人們生活必不可少的一部分。根據(jù)智能駕駛技術(shù)的自動化程度，參照汽車控制權(quán)及安全責(zé)任分配的不同級別，可將汽車分為4個級別，從低到高依次是初級駕駛輔助汽車、高級駕駛輔助汽車、自動駕駛汽車、無人駕駛汽車。

1 高級駕駛輔助系統(tǒng)簡介

高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System，簡稱ADAS），是利用安裝于車上的各種各樣的傳感器，在汽車行駛的過程中對車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時采集，同時做出相應(yīng)的靜、動態(tài)物體的辨識、偵測與追蹤，結(jié)合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)的運算分析處理，從而能夠使駕駛者察覺到可能發(fā)生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。

ADAS能夠在復(fù)雜的車輛操控過程中為駕駛員提供駕駛輔助，并在未來最終實現(xiàn)無人駕駛。ADAS提供的功能包括：自適應(yīng)巡航控制、盲點監(jiān)測、車道偏離警告等，并具備自動轉(zhuǎn)向和制動干預(yù)功能。早期的ADAS 技術(shù)主要以被動式報警為主，即當(dāng)檢測到存在潛在危險時，ADAS將發(fā)出警報以警示駕駛員。對于目前的ADAS 技術(shù)來說，主動式干預(yù)已經(jīng)趨于成熟。

2 某重型牽引車產(chǎn)品簡介

該重型牽引車為純電動牽引車，車輛配備有驅(qū)動電機系統(tǒng)和鋰電池系統(tǒng)。該車輛用于特殊場內(nèi)使用，需24 h連續(xù)運行。車輛有2套控制系統(tǒng)：一是以駕駛員為主導(dǎo)的主動駕駛模式，控制中心是整車控制器；二是ADAS輔助駕駛員駕駛，控制中心是ADAS控制器，我們稱之為輔助駕駛模式。當(dāng)車輛進出充電站時，車輛采用主動駕駛模式；當(dāng)車輛在預(yù)定場地內(nèi)穩(wěn)定巡航運行時，采取輔助駕駛模式，以減輕駕駛員的駕駛強度。

3 車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

車輛網(wǎng)絡(luò)有整車控制器和ADAS控制器2個中心，由3條CAN總線組成，網(wǎng)絡(luò)拓撲示意如圖1所示。BCAN為車身CAN總線，PTCAN為動力CAN總線，ADASCAN為傳感單元CAN總線。整車控制器作為BCAN和PTCAN的網(wǎng)關(guān)，ADAS控制器作為PTCAN和ADASCAN的網(wǎng)關(guān)。PTCAN控制權(quán)由整車控制器與ADAS控制器的控制命令優(yōu)先級決定。

圖1 整車網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖

4 車輛控制架構(gòu)

整車控制器和ADAS控制器是車輛的控制中心。當(dāng)車輛處于主動駕駛模式時，整車控制器的控制命令優(yōu)先級大于ADAS控制器，負責(zé)主動駕駛模式時車輛的運行控制以及車輛整個運行過程中的故障處理；當(dāng)車輛處于輔助駕駛模式時，ADAS控制器進行車輛的運行控制干預(yù)，此時ADAS控制器的控制命令優(yōu)先級大于整車控制器，負責(zé)輔助駕駛模式時車輛的運行控制以及車輛整個運行過程中的故障監(jiān)測。輔助駕駛模式中，當(dāng)ADAS控制器識別出車輛處于突發(fā)危機情況時，將主動規(guī)避危險，同時會提醒駕駛員干預(yù)控制車輛。駕駛員干預(yù)控制即車輛進入主動駕駛模式。

4.1 整車控制器功能

整車控制器是車輛的控制中心，協(xié)調(diào)控制車輛的運行。通過判別駕駛員的駕駛意圖，采集相應(yīng)的模擬量和數(shù)字量，如加速踏板開度信息、制動踏板開度信息等，并結(jié)合CAN總線上各節(jié)點上報的狀態(tài)信息，進行綜合運算分析處理，控制車輛運行。整車控制器的另一個主要功能是負責(zé)車輛駕駛模式的判定。當(dāng)駕駛員撥動駕駛室的駕駛模式開關(guān)至輔助駕駛模式時，整車控制器采集到該信號后不是立即通知ADAS控制器車輛將要進入輔助駕駛模式，而是先做判斷，如驅(qū)動電機系統(tǒng)、電池系統(tǒng)是否有故障，車速是否達到進入輔助駕駛模式的要求等，然后才決定是否通知ADAS控制器和將PTCAN控制權(quán)轉(zhuǎn)移到ADAS控制器。當(dāng)有影響車輛運行的因素存在，車輛不應(yīng)進入輔助駕駛模式時，整車控制器將忽略輔助駕駛模式信號，使車輛仍然保持在主動駕駛模式下，并通過給儀表發(fā)送相應(yīng)的警示信號，以提醒駕駛員這一信息。此外，當(dāng)車輛出現(xiàn)嚴重故障，或輔助駕駛模式下ADAS控制器識別出車輛處于突發(fā)危機情況時，整車控制器也會發(fā)送相應(yīng)的警示信號給儀表，以提醒駕駛員主動干預(yù)車輛運行。整車控制器功能示意如圖2所示。

圖2 整車控制器功能示意圖

4.2 ADAS控制器功能

當(dāng)車輛進入輔助駕駛模式時，ADAS控制器對車輛運行進行干預(yù)控制，ADAS控制器發(fā)出的PTCAN控制命令優(yōu)先級大于整車控制器發(fā)出的控制命令。輔助駕駛模式中ADAS控制器會實時監(jiān)測ADASCAN以及PTCAN網(wǎng)段上各個節(jié)點的信息，當(dāng)出現(xiàn)影響輔助駕駛運行的故障時，ADAS控制器會上報故障信息給整車控制器，提醒駕駛員主動干預(yù)，使車輛退出輔助駕駛模式進入主動駕駛模式，整車控制器接管車輛運行控制并進行相應(yīng)的故障處理。ADAS控制器功能示意見圖3。

圖3 ADAS控制器功能示意圖

4.3 輔助駕駛系統(tǒng)組成及功能

本文中純電動牽引車匹配的高級駕駛輔助系統(tǒng)主要由ADAS控制器、車載管理單元、云臺攝像機、駕駛員攝像頭、Mobileye攝像頭、毫米波雷達、慣性導(dǎo)航模塊（GPS&慣導(dǎo)）、輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輔助制動系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)可分為感知、決策、控制3部分，如圖4所示。其中感知部分主要包括車載雷達、車載攝像頭等傳感器設(shè)備，主要功能是對汽車內(nèi)部及周圍環(huán)境信息進行收集和整理；決策部分主要包括處理器、存儲器等控制器，即ADAS控制器，主要功能是對感知部分傳輸?shù)男畔⑦M行計算分析決策并下傳應(yīng)對指令；控制部分主要包括電機、轉(zhuǎn)向、制動等執(zhí)行設(shè)備，主要功能是執(zhí)行ADAS控制器下達的控制指令，為汽車提供動力、轉(zhuǎn)向、制動。各組成部分功能如表1所示。

圖4 ADAS系統(tǒng)組成及分類

表1 ADAS系統(tǒng)組成部分功能表

ADAS控制車輛運行過程：車輛在車速為30～80 km/h區(qū)間，可進入輔助駕駛模式。當(dāng)ADAS系統(tǒng)進入輔助駕駛模式，駕駛員通過巡航開關(guān)設(shè)定巡航車速，ADAS控制器控制驅(qū)動電機，調(diào)速并保持車輛在預(yù)設(shè)定的巡航車速下行駛；ADAS系統(tǒng)通過攝像機、雷達、導(dǎo)航等傳感器，實時采集識別出道路、環(huán)境、位置等信息，綜合判斷決策后控制輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，使車輛按規(guī)定的路徑行使。如識別出緊急情況，ADAS控制器控制輔助制動系統(tǒng)和輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使車輛減速，主動合理改變行使方向以規(guī)避危險，保證人員及車輛安全。

5 結(jié)束語

目前，ADAS系統(tǒng)是作為功能汽車和智能汽車更迭時期的一種替代解決方案而存在，并占據(jù)主流市場。相信在不遠的將來，自動駕駛汽車乃至無人駕駛汽車將全面普及，并成為人們生活中不可或缺的一部分。