駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中換道安全預(yù)測模型優(yōu)化研究

張松飛

北汽福田汽車股份有限公司 北京市 102200

1 引言

駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）指的是汽車倚靠車輛自身承載的傳感器進行道路掃描[1]，感知環(huán)境變化以對駕駛員的駕駛進行輔助操作的系統(tǒng)，已經(jīng)大批量應(yīng)用在現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)，其種類可以分為預(yù)報警系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)兩種高智能操作汽車。ADAS系統(tǒng)內(nèi)部具體可以分為車輛控制器、執(zhí)行器、傳感器等結(jié)構(gòu)，融合現(xiàn)代電子計算機技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)車與人、車與車之間的信息交換和分析共享，實現(xiàn)了人們要求的安全、高速、智能、舒適、環(huán)保的高質(zhì)量享受。

2 駕駛輔助系統(tǒng)中換道安全預(yù)測模型架構(gòu)設(shè)計

2.1 汽車駕駛輔助系統(tǒng)構(gòu)成

汽車內(nèi)部決策單元部件相當(dāng)于是整個汽車的大腦，其可以有效的根據(jù)周圍環(huán)境感知汽車檢測到的周邊車輛往來信息和通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕煌ōh(huán)境數(shù)據(jù)，相應(yīng)的做出滿足自身駕駛?cè)藛T要求的并適合當(dāng)前狀態(tài)前行的汽車安全駕駛決策。另外，還可以制定出與駕駛決策要求相匹配的汽車指令，控制下傳給下一單元部件。決策單元還可以依據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)單元傳輸?shù)拇笈珳士煽康膶崟r信息，以此預(yù)測到短時間內(nèi)[2]，周邊環(huán)境的變化，提前做好應(yīng)付汽車周邊駕駛環(huán)境變化的決策。

每一輛高新技術(shù)加身的汽車輔助系統(tǒng)都會連接到移動智能網(wǎng)絡(luò)，接受來自百度云端等各個數(shù)據(jù)庫的傳達命令。汽車網(wǎng)絡(luò)是服從于上一級的區(qū)域或整體指令，再借由下一級執(zhí)行命令。下級單元部件是執(zhí)行系統(tǒng)，包括了車輛加速器、電力轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動設(shè)置等設(shè)備。下級單元部件有效的代替人工手腳，以決策單元下發(fā)的指令為依據(jù)，實時操作執(zhí)行車輛的發(fā)動、加速、轉(zhuǎn)向、航行等。并且進一步感知到環(huán)境單位感知到的自身汽車位置、行駛、加速、轉(zhuǎn)向，以及周邊車輛的行駛變化和相對運動狀態(tài)等[3]，從作出有利自身汽車駕駛安全的有效、合理的換道預(yù)測和執(zhí)行動作。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信平臺系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)通信平臺系統(tǒng)是汽車輔助系統(tǒng)當(dāng)中保證車輛安全換道的重要信息支援和基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)通信平臺除了可以接收車輛信號，提供實時、有效的地面有線網(wǎng)和地下無線網(wǎng)格通信外，還可以接收到電信廣播、無線對講、CCTV等通信頻道，為之提供網(wǎng)絡(luò)通道。

汽車局域網(wǎng)是實現(xiàn)車輛智能操作。為無人駕駛提供安全保證，是汽車實現(xiàn)換道安全預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)手段和技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)通信平臺系統(tǒng)可以為車輛系統(tǒng)內(nèi)所有電子電器的互相交換信息和控制指令提供一個順暢、直接的網(wǎng)絡(luò)通道，使得車輛之間和車輛內(nèi)部各個信息網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源傳達、聯(lián)合交換、共享等，從而使整個車輛系統(tǒng)實現(xiàn)智能、標準化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。車內(nèi)局域網(wǎng)是操作智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心技術(shù)，可以在一定的通信網(wǎng)絡(luò)范圍，實現(xiàn)車與車、車與人、車與路之間的動態(tài)信息傳遞網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)機動車、非機動車、路邊設(shè)施、車輛之間的信息共享和智能傳輸。當(dāng)周圍有相對運動狀態(tài)的車輛行駛時，網(wǎng)絡(luò)通信平臺就可以將其加速度、位置狀態(tài)、駕駛決策信息等傳達給周邊車輛的通信平臺，同時也可以接收到其他車輛通信平臺傳輸給自身車輛的加速度、實時位置、駕駛決策信息等，從而達到車輛之間的信息共享傳輸，見圖1。

擁有智能網(wǎng)絡(luò)通信平臺在基于局域網(wǎng)的前提下，能夠獲得周圍車輛和環(huán)境之間的交通信息，敏銳感知到汽車駕駛環(huán)境的變動以及識別周邊潛在危險。汽車在獲得精準。有效的路況信息后，通過網(wǎng)絡(luò)平臺信息分析，自主做出合理的換道駕駛指令，從而減少道路擁堵、增加安全駕駛。

2.3 確定汽車換道安全預(yù)測模型的后隨車輛數(shù)量

汽車換道安全預(yù)測模型中考慮到的多輛車輛要保證其是在高速駕駛的交通環(huán)境下，與測試車輛保持穩(wěn)定、高效、實時監(jiān)測的通信狀態(tài)，這樣做是為了保證能夠在最高時速下檢測到目標車輛的換道行為可導(dǎo)致的結(jié)果，在最高限度內(nèi)進行監(jiān)測，可以最大程度的提高試驗數(shù)據(jù)的可信度。見表1。

圖1 車輛之間的信息共享傳輸流程

根據(jù)表1車輛通信決策的輸入取信息的傳達，可以看到目標車輛和尾隨車輛之間的信息通知，為汽車換道安全傳達有效、實時的汽車駕駛決策指令。

3 駕駛輔助系統(tǒng)中換道安全預(yù)測模型的軟件設(shè)計

3.1 中央控制管理器

中央控制管理器與信號系統(tǒng)之間通過通過獲取車輛的模擬信號數(shù)據(jù)與具有權(quán)限的車輛進行信息之間的互通有無，因此實現(xiàn)了交通信號的信號優(yōu)先控制指令。這是對車輛原有中央控制管理系統(tǒng)的一系列功能彌補，增加了車輛在多輛汽車系統(tǒng)操作的控制方案。汽車在行駛過程中，會通過車輛之間的通行信號燈的指令進行目標調(diào)整，請求可以分為手動和智能操作。自動操作模擬系統(tǒng)可以通過目標車輛的行駛方向、行駛目標以及交通實時狀況，獲取到前方交通路況信息。當(dāng)汽車行駛進入目標路口時們就會像路兩邊的設(shè)施傳遞通過請求，直至車輛安全通過。

在實際行駛狀態(tài)下，由于交通情況瞬間萬變，考慮到其他場景的應(yīng)用，采取手動操作的方式，在系統(tǒng)不會自行操作的請求下，通過車載控制系統(tǒng)的操作者手動觸發(fā)發(fā)送請求，車輛才會向前方目標路口傳輸通過信息請求。

3.2 數(shù)據(jù)庫

相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫全天監(jiān)控汽車自動駕駛功能，增加了控制中心對車輛的遠程控制，包括系統(tǒng)的拓撲狀態(tài)、行駛軌跡、行駛區(qū)間、信號燈、車庫庫門開關(guān)、道路岔口分析、停車指導(dǎo)視頻、車輛故障、照明設(shè)置等一系列狀態(tài)顯示。這標志著數(shù)據(jù)庫可以將汽車的全自動模擬、車輛折返、電子休眠、車輛蠕動等全自動駕駛功能掌控自如，收集著車輛在行駛過程中遭遇面臨的各項問題和解決措施，實時根據(jù)供電信息、火災(zāi)預(yù)警等將系統(tǒng)指令傳輸給數(shù)據(jù)庫，再經(jīng)由數(shù)據(jù)庫傳送至中央管理控制器，最后經(jīng)控制器的中樞管理分析，再折返送回至數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，經(jīng)過數(shù)據(jù)庫整理、存檔，一路借助下級單元部件的聯(lián)動控制命令發(fā)送到各個單元，反饋給汽車系統(tǒng)。聯(lián)動系統(tǒng)所掌握的大部分信息來源自地面固定安全公共基礎(chǔ)設(shè)施裝備，分析車輛的故障診斷說明與健康管理系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，及時調(diào)度車輛內(nèi)部信息資源整合，進行車輛牽引、發(fā)動、通信網(wǎng)絡(luò)、輔助電路、廣播電視、空調(diào)制冷系統(tǒng)等操作。

3.3 用戶移動端

駕駛?cè)藛T的參與至關(guān)重要。通過對駕駛員的駕駛習(xí)慣、行為分析、駕駛動作的分析評估，可以有效地得出車輛在在駕駛員手中的有效運作過程和結(jié)果。通過計算結(jié)果，可以分析駕駛速度是否接近平均駕駛值。駕駛員的操作在某種程度上會有效減低駕駛風(fēng)險。車輛之間的安全距離和安全速度決定著駕駛事故是否會發(fā)生。駕駛員可以通過網(wǎng)絡(luò)通信平臺傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以及汽車系統(tǒng)內(nèi)部整體分析，對周邊車輛的運動狀態(tài)、行駛速度、剎車距離進行分析和反饋，進而把信息傳達給駕駛員，有利于駕駛員做出合理的、正確的選擇。根據(jù)駕駛?cè)藛T的駕車時間、換道頻率、縱向位置以及平均值，進一步完善汽車換道安全中的預(yù)警系統(tǒng)，降低換道過程的交通事故發(fā)生概率。

4 模型實驗

實驗開始要對目標試驗路段進行數(shù)據(jù)采集以便更好對汽車換道風(fēng)險進行評估，見表2。

根據(jù)表2的路況內(nèi)容進行實驗分析，以保證結(jié)果的可操作性和可靠性。利用用戶移動端口， 某一段時間間隔頻率T，并倚靠其變化距離L來計算在時間T內(nèi)的平均速度V＝L／T。換道安全模型的決策系統(tǒng)，減少了車輛間換道距離的延誤和緊急剎車情況的發(fā)生，降低了在行駛速度過高車輛發(fā)生碰撞的危險性，有效地提高交通換道的效率、安全性、穩(wěn)定性，防止不合理換道行為的發(fā)生。

5 結(jié)語

表1 車輛通信決策的輸入信息

本文對駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中換道安全預(yù)測模型進行優(yōu)化和評估，依靠硬件設(shè)計中的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中換道安全預(yù)測模型基本架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通信操作平臺以及確定周圍車輛行駛數(shù)目進行設(shè)計；在軟件設(shè)計中，對其中央管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源庫、用戶操作移動端口的進一步整合，進行汽車換道安全預(yù)測模型優(yōu)化。實驗表明，本文設(shè)計的優(yōu)化方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中換道安全預(yù)測模型優(yōu)化研究具有借鑒意義。

表2 路段信息表