我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)及測(cè)試現(xiàn)狀分析

黃鈺峰，高藝鵬

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

前言

2018 年對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)，可能不是多么順利的一年，整體汽車市場(chǎng)呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)銷規(guī)模也已達(dá)到較高基數(shù)，汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。與此同時(shí)，隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步，以及人民生活質(zhì)量不斷提升，市場(chǎng)對(duì)車輛安全、環(huán)保、智能的渴求也開(kāi)始增強(qiáng)，于是近幾年一些新型的車輛得以不斷發(fā)展，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車便是其一。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義與發(fā)展

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義

智能網(wǎng)聯(lián)汽車（ICV, Intelligent Connected Vehicle）是無(wú)人駕駛汽車的核心承載主體，是車聯(lián)網(wǎng)與智能車的有機(jī)結(jié)合，是搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人、車、路、后臺(tái)等智能信息交換共享，實(shí)現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能、高效行駛，并最終可替代人來(lái)操作的新一代汽車。[1]

1.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展

對(duì)智能汽車來(lái)講，其實(shí)早在20 世紀(jì)50 年代便有了初步的發(fā)展，到八九十年代視覺(jué)傳感器的出現(xiàn)對(duì)智能駕駛的推動(dòng)巨大；21 世紀(jì)，激光雷達(dá)特別是LIDAR，成為了智能汽車發(fā)展的重要推動(dòng)力；一百多年以來(lái)，傳感器技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境感知能力的不斷增強(qiáng)也加快了智能網(wǎng)聯(lián)的建設(shè)?，F(xiàn)今，谷歌、百度等互聯(lián)網(wǎng)公司相繼踏足該領(lǐng)域，無(wú)疑又為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展增添了更加強(qiáng)大的生命與活力。

縱觀整個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)，技術(shù)的突破及產(chǎn)品的革新是智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的根本驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)，政策的跟進(jìn)驅(qū)使著新理念、新技術(shù)、新人才投入其中，使得智能網(wǎng)聯(lián)汽車在硝煙彌漫的汽車市場(chǎng)中得以生存與發(fā)展。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)

通俗來(lái)講，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能做到三個(gè)事情：攝像頭和傳感器替代人的眼睛、耳朵，先進(jìn)的中央決策系統(tǒng)替代人的大腦，執(zhí)行系統(tǒng)替代人的手腳。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，智能汽車關(guān)鍵技術(shù)便可分三大部分：環(huán)境感知技術(shù)、中央決策技術(shù)、底層控制技術(shù)。

環(huán)境感知技術(shù)：環(huán)境感知包括車輛本身狀態(tài)感知、道路感知、行人感知、交通信號(hào)感知等。[2]在復(fù)雜的路況交通環(huán)境下，單一傳感器無(wú)法完成環(huán)境感知的全部，必須整合各種類型的傳感器，利用傳感器融合技術(shù)，使其為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供更加真實(shí)可靠的路況環(huán)境信息。[2]而車輛整體環(huán)境信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性都依賴于車輛環(huán)境感知技術(shù)。[3]

底層控制技術(shù)：現(xiàn)有的汽車零部件廠商在底層控制市場(chǎng)已沉淀多年，底層控制系統(tǒng)對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車已然不是什么難題。對(duì)于無(wú)人車來(lái)講，這些控制系統(tǒng)最終都能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能，并得到完善。

中央決策技術(shù)：對(duì)于人來(lái)講，我們駕駛汽車會(huì)不斷地學(xué)習(xí)，遇到不同的情況會(huì)自行記憶，遭遇各種意外也有應(yīng)急的處理措施，而最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是人是可以犯錯(cuò)的，但相應(yīng)地會(huì)有一套完整、完善的法律體系做保障。而無(wú)人車正好缺乏，如果車輛對(duì)環(huán)境及各種各樣的路況、交通事故不能做到提前預(yù)知，那么一旦遭遇事故就很難處理。中央決策會(huì)是無(wú)人車發(fā)展過(guò)程中的瓶頸，這個(gè)瓶頸想要克服，還需要通過(guò)環(huán)境感知系統(tǒng)的加強(qiáng)來(lái)解決。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)體系架構(gòu)[4]

除上述三大技術(shù)外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展還離不開(kāi)其他各項(xiàng)先進(jìn)科技技術(shù)做支撐，圖1 所示為智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)體系架構(gòu)示意圖，下面對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車具體關(guān)鍵技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹。

無(wú)線通信技術(shù)：長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)用于提供即時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)接入，主要運(yùn)用4G/5G 技術(shù)，而相比4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 技術(shù)具有超大帶寬、超低時(shí)延和超大接入量等特點(diǎn)，峰值速率提升在20 倍以上，對(duì)自動(dòng)駕駛亟待提升的行駛數(shù)據(jù)采集、處理和交互控制提升將提供跨越式幫助。數(shù)據(jù)顯示，到2020 年，無(wú)人駕駛汽車將消耗至少0.75GB/s 的數(shù)據(jù)流量，龐大的數(shù)據(jù)量需要超高速率、超低時(shí)延的傳輸，而5G 技術(shù)能更好的解決這些問(wèn)題。[5]因此，中國(guó)智能汽車?yán)響?yīng)搶先握住5G 時(shí)代的翅膀，在通信技術(shù)上進(jìn)行突破。事實(shí)上，自2018 年9 月19日，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布國(guó)內(nèi)第一條5G 自動(dòng)駕駛車輛測(cè)試道路起，國(guó)內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展便加速邁入5G 時(shí)代。但目前，自動(dòng)駕駛技術(shù)很大程度上仍舊依賴于4G 技術(shù)、V2V（車對(duì)車）和V2I（車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施）等技術(shù)的結(jié)合，而V2V 和V2I 技術(shù)主要應(yīng)用DSRC 專用短程通信技術(shù)。[6]

高精度地圖與定位技術(shù)：高精地圖可以為車輛環(huán)境感知提供輔助，提供超視距路況信息，并幫助車輛進(jìn)行規(guī)劃決策。當(dāng)然除了全局性的了解道路狀況外，自動(dòng)駕駛也需要實(shí)時(shí)確定車輛自身的確切位置，定位精度越高，自動(dòng)駕駛的可靠性越高。[7]而這兩項(xiàng)技術(shù)正是整個(gè)智能汽車的核心部分，制約著其中央決策系統(tǒng)的優(yōu)劣。

先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)：先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)通過(guò)車輛環(huán)境感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)道路、車輛、行人、交通標(biāo)志、交通信號(hào)等進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，對(duì)識(shí)別信號(hào)進(jìn)行分析處理，傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保障車輛安全行駛。先進(jìn)駕駛輔助技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，其成熟程度和使用多少代表了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)水平，是其他關(guān)鍵技術(shù)的具體應(yīng)用體現(xiàn)。

信息安全與隱私保護(hù)技術(shù)：智能網(wǎng)聯(lián)汽車在與網(wǎng)絡(luò)連接的同時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致部分安全性的丟失。事實(shí)上，在汽車使用過(guò)程中，信息終端將不斷處理和上傳用戶信息，這些暴露在網(wǎng)絡(luò)中的信息很容易被竊取、干擾甚至篡改從而直接影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的安全，因此在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，必須重視信息安全與隱私保護(hù)技術(shù)的研究。

除去上訴四大關(guān)鍵技術(shù)，智能互聯(lián)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)（HMI）、信息融合技術(shù)、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合關(guān)鍵技術(shù)、交通大數(shù)據(jù)處理與分析關(guān)鍵技術(shù)、交通云計(jì)算與云存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)也是當(dāng)前我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的重要突破點(diǎn)。

2.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的快速發(fā)展，我們的汽車將會(huì)變得更加舒適便捷，也更加環(huán)保，不僅能減輕駕駛?cè)说呢?fù)擔(dān)，提高道路的通行能力，還能夠在一定程度上減少交通事故的發(fā)生。但近年來(lái)，特斯拉、谷歌、Uber 等公司因其智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)不穩(wěn)定、測(cè)試不充分導(dǎo)致了一系列交通事故, 從而引發(fā)了人們對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的恐慌。[8]因此，發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅需要研究新功能和新算法，保證汽車在運(yùn)行過(guò)程中的安全和可靠性才是整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的最大難點(diǎn)。只有通過(guò)完善的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)，我們的智能網(wǎng)聯(lián)汽車才能有效確保汽車功能的正常發(fā)揮，才能在激烈的智能汽車市場(chǎng)中獲取競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試示范區(qū)已經(jīng)超過(guò)20 個(gè)，下面主要結(jié)合“長(zhǎng)安大學(xué)車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車試驗(yàn)場(chǎng)”對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)基本性能測(cè)試做部分介紹（試驗(yàn)場(chǎng)具體功能分區(qū)示意如圖2 所示）。

（1）弱勢(shì)交通參與者碰撞避免測(cè)試

車輛在道路行駛過(guò)程中，若突遇行人（或自行車），將主動(dòng)鳴笛、減速/剎車或換道行駛，如圖3。本應(yīng)用適用于對(duì)我國(guó)城市及郊區(qū)普通道路的碰撞危險(xiǎn)預(yù)警的測(cè)試。

圖3 弱勢(shì)交通參與者碰撞避免測(cè)試示意圖

（2）前方車輛緊急停車避碰測(cè)試

主車（HV，Host Vehicle）在車道上行駛，與在正前方同一車道的遠(yuǎn)車（RV，Remote Vehicle）存在追尾碰撞危險(xiǎn)時(shí)，主車應(yīng)減速并換道。[9]本應(yīng)用適用于對(duì)普通道路或高速公路車輛追尾碰撞危險(xiǎn)預(yù)警的測(cè)試。

（3）紅綠燈自動(dòng)識(shí)別及無(wú)人車速度調(diào)控測(cè)試

情形1，當(dāng)無(wú)人汽車HV 駛近信號(hào)燈控制的路口時(shí)，根據(jù)視覺(jué)傳感器檢測(cè)的結(jié)果，結(jié)合自車的定位和行駛狀態(tài)信息，車輛應(yīng)能按“紅燈停、綠燈行”的規(guī)則自主通過(guò)信號(hào)燈路口；情形2，當(dāng)無(wú)人汽車HV 與紅綠燈相距較遠(yuǎn)時(shí)，基于V2X 技術(shù)，在遠(yuǎn)端接收前方紅綠燈的配時(shí)情況，并根據(jù)自身車速、剩余紅燈配時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)車速，從而使得自身在不停車的情況下通過(guò)紅綠燈停止線。[9]

通過(guò)對(duì)上訴兩類情形的測(cè)試可保障紅綠燈交叉路口車輛的通行能力及流通效率，并在一定程度上緩解十字路口擁堵?tīng)顩r。

（4）車-路信息交互測(cè)試

HV 在道路上行駛的過(guò)程中，基于V2I 技術(shù)可實(shí)時(shí)的與配備RSU 的路側(cè)標(biāo)牌通信，檢測(cè)前方道路狀況。[9]根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，如限速、施工、彎道等內(nèi)容，測(cè)試車輛做出的相應(yīng)決策，從而實(shí)時(shí)預(yù)知交通信息，確保車輛運(yùn)行安全。

（5）交叉路口碰撞預(yù)警測(cè)試

在沒(méi)有紅綠燈的十字路口或丁字路口，HV 在路口起步準(zhǔn)備直行時(shí)，RV-1 從HV 左側(cè)駛向路口，HV 的視線可能被出現(xiàn)在路口的RV-2 所遮擋，HV 啟動(dòng)并準(zhǔn)備進(jìn)入路口時(shí)，檢測(cè)ICW 是否對(duì)HV 駕駛員發(fā)出預(yù)警，以提醒駕駛員與側(cè)向來(lái)車RV-1 存在碰撞危險(xiǎn)；當(dāng)RV-1 通過(guò)路口后，檢測(cè)是否提醒HV 駕駛員直行，示意圖如圖4。[9]

圖4 交叉路口碰撞預(yù)警測(cè)試示意圖

上訴檢測(cè)方案分別從行人、遠(yuǎn)車、道路及交通信號(hào)等因素對(duì)汽車的環(huán)境感知能力進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)也對(duì)車輛自身響應(yīng)的可靠度及穩(wěn)定性做出一定的檢驗(yàn)，以確保汽車功能的正常發(fā)揮，保障車輛實(shí)際道路運(yùn)行安全。這是目前我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車幾種最基本的測(cè)試方式，而更加豐富、更加完備的測(cè)試方案也將會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展，源源不斷地投入到智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測(cè)試應(yīng)用當(dāng)中，因篇幅有限，本文便不做詳細(xì)介紹。

3 總結(jié)

結(jié)合我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)及測(cè)試現(xiàn)狀，我們能看到，目前國(guó)內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車正處于快速發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)不斷創(chuàng)新，道路測(cè)試水平也在持續(xù)提升，部分企業(yè)已實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域無(wú)人駕駛運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)有智能網(wǎng)聯(lián)汽車也表現(xiàn)出較良好的運(yùn)行態(tài)勢(shì)。但值得一提的是，不同于其他國(guó)家，我國(guó)道路狀況顯得更為復(fù)雜，無(wú)人車實(shí)際道路運(yùn)行也更加困難，國(guó)家和相關(guān)企業(yè)若想進(jìn)一步推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展，還需不斷提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)和道路測(cè)試水平，努力完善相關(guān)法律體系。我們期待，智能網(wǎng)聯(lián)將會(huì)為未來(lái)出行繪制出一幅無(wú)比美好的藍(lán)圖。