經(jīng)濟(jì)背景下無(wú)人駕駛汽車及其關(guān)鍵技術(shù)研究

陳明福 陳金偉

摘 ?要：對(duì)無(wú)人駕駛汽車及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論述了無(wú)人駕駛汽車中應(yīng)用到的環(huán)境感知、障礙規(guī)避、路徑規(guī)劃、車輛控制等關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)論述了自動(dòng)避障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、 數(shù)據(jù)執(zhí)行模塊從而闡明了其工作原理及工作過(guò)程，對(duì)無(wú)人駕駛汽車的未來(lái)做出了合理展望。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛汽車;自動(dòng)測(cè)距;自動(dòng)避障

項(xiàng)目基金：福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：JZ180974。

一、無(wú)人駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人駕駛汽車研究之關(guān)鍵主要可以分為兩大類技術(shù)，一種是車輛定位技術(shù)，一種是車輛控制技術(shù)。

（一）環(huán)境感知

無(wú)人駕駛汽車由于無(wú)人操縱汽車，故無(wú)人汽車上必須裝備整套完備的環(huán)境感知模塊，這個(gè)模塊要能夠完美的替代人類的眼、耳，并且采集、傳輸信號(hào)快速迅捷?，F(xiàn)今具有代表性的無(wú)人駕駛汽車對(duì)周圍環(huán)境的感知主要是以測(cè)距傳感器及視覺(jué)（攝像頭）相結(jié)合。

（二）障礙規(guī)避

有統(tǒng)計(jì)顯示，汽車追尾占高速公路交通事故的絕大多數(shù)，高速公路連環(huán)追尾事故也時(shí)有發(fā)生。究其根源，這往往就是車速過(guò)快，人的大腦、身體來(lái)不及反應(yīng)所造成的，汽車自動(dòng)防碰撞系統(tǒng)就是為了解決這一問(wèn)題而問(wèn)世的。無(wú)人駕駛汽車是高度的智能化汽車，它所具備的自動(dòng)避障能力也是在現(xiàn)有的自動(dòng)防撞系統(tǒng)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的。

汽車自動(dòng)防撞報(bào)警剎車系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、動(dòng)作執(zhí)行三個(gè)部分。數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)就是采集各種要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防撞的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理模塊的任務(wù)是分析汽車前方是否存在危險(xiǎn)并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警或剎車命令，動(dòng)作執(zhí)行模塊的任務(wù)是具體執(zhí)行報(bào)警或強(qiáng)行剎車的動(dòng)作。

（三）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)處理流程為了合理的實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)報(bào)警剎車，可以采用單片機(jī)處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理流程。汽車自動(dòng)報(bào)警剎車系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先判斷汽車絕對(duì)速度是否大于20km/h，因?yàn)槠嚨退傩旭倳r(shí)一般不會(huì)發(fā)生交通事故，這個(gè)閥值也可以根據(jù)實(shí)際情況修正。

（四）動(dòng)作執(zhí)行模塊

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剎車，對(duì)普通汽車剎車結(jié)構(gòu)作了適當(dāng)改進(jìn)。具體做法是：在電磁閥1油路上并聯(lián)另-一個(gè)油路，增加一個(gè)電磁閥，同時(shí)，采用或非門電路控制電磁閥2和電磁閥3，當(dāng)剎車板踩下或者數(shù)據(jù)處理模塊給出高電平時(shí)，這兩個(gè)電磁閥均會(huì)關(guān)閉。當(dāng)數(shù)據(jù)處理模塊未強(qiáng)行剎車時(shí)，并聯(lián)的電磁閥關(guān)閉，當(dāng)汽車駕駛員踩下剎車板時(shí)，電磁閥1打開(kāi)，電磁閥2和電磁閥3關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)剎車。當(dāng)數(shù)據(jù)處理模塊需要強(qiáng)行剎車時(shí)，并聯(lián)的電磁閥打開(kāi)，同時(shí)通過(guò)或非門電路，數(shù)據(jù)處理模塊關(guān)閉電磁閥2和電磁閥3 ，不管駕駛員是否踩下剎車板，即不管電磁閥1是否打開(kāi)，均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行剎車。

二、路徑規(guī)劃

對(duì)于無(wú)人駕駛的汽車來(lái)說(shuō)，路徑的規(guī)劃是極為關(guān)鍵的核心構(gòu)成部分，為了車輛的整體控制以及感知的系統(tǒng)是起到了承上啟下的效果，通過(guò)接收所感知的系統(tǒng)數(shù)據(jù)來(lái)完成規(guī)劃。此規(guī)劃之目的在于，在繁雜的道路狀況中，以最省時(shí)和最優(yōu)的行車線路為準(zhǔn)則，通過(guò)規(guī)劃得出安全度高的可靠線路，并且從起始點(diǎn)至最終位置無(wú)碰撞。

以類型來(lái)劃分，可將路徑規(guī)劃分為全局性路徑的規(guī)劃和只限于局部性的路徑規(guī)劃。全局性規(guī)劃是通過(guò)全局范圍的地圖路況來(lái)進(jìn)行的，對(duì)此實(shí)施規(guī)則分析與當(dāng)前行車路況的信息來(lái)確定適用于該時(shí)段最優(yōu)質(zhì)的路徑。全局性可謂是從宏觀理論上的規(guī)劃，在熟知路況環(huán)境的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并做實(shí)時(shí)性的更新。而局部性的路徑規(guī)劃則是在宏觀理論的支持下，展開(kāi)微觀性的規(guī)劃，顯得更為精準(zhǔn)、可靠。

三、車輛控制

對(duì)行車的路徑實(shí)施追蹤與控制，是無(wú)人駕駛中的核心要?jiǎng)?wù)之一，通?？梢詣澐譃樾兴倏刂婆c行車方向的控制，由于車輛本身在構(gòu)建上的難度以及環(huán)境多變所造成的因素，都會(huì)致使車輛控制變得增加難度?？偟膩?lái)說(shuō)，就是在控制行車方向以及速度的基礎(chǔ)上，使車輛沿指定路徑行駛，可以說(shuō)無(wú)人駕駛屬于一項(xiàng)極為完善的科技研究。

四、無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展及展望

雖說(shuō)如今全面實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛行車還有著較多問(wèn)題及難度，但是無(wú)人駕駛其實(shí)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)則屬于汽車智能化與科技化和安全化相結(jié)合的基礎(chǔ)，并隨之升級(jí)，只要當(dāng)今市場(chǎng)在此技術(shù)領(lǐng)域上有所需求，就能夠助推汽車業(yè)逐步進(jìn)入無(wú)人駕駛模式，所以說(shuō)其前景還是蠻樂(lè)觀的。

現(xiàn)階段，主要研發(fā)出來(lái)的無(wú)人駕駛技術(shù)有路標(biāo)識(shí)別、行航控制、車道維持以及智能性的剎車等等。因此，不僅要提升了安全性能，還要加大傳感器技術(shù)的研發(fā)。美國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)預(yù)測(cè)，在今后的20年時(shí)間內(nèi)，無(wú)人駕駛汽車的年銷量將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，整體交通體系將步入革新的變化之路。

目前的無(wú)人駕駛發(fā)展中，主要還是以輔助駕駛來(lái)增強(qiáng)行駛安全，如若想呈現(xiàn)出完全性的無(wú)人駕駛，估約還要二十年。同時(shí)，該產(chǎn)業(yè)的專家成員對(duì)無(wú)人駕駛行業(yè)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)與評(píng)估也存在些許分歧，而不相同的估測(cè)將取決于其所預(yù)測(cè)該項(xiàng)技術(shù)在市場(chǎng)發(fā)展前期所要面對(duì)的各項(xiàng)障礙間的不同而定。

結(jié)語(yǔ)：

總之，汽車無(wú)人駕駛技術(shù)必定是未來(lái)的發(fā)展方向，深信不久人們將會(huì)運(yùn)用上這項(xiàng)智能型技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)主要是將探測(cè)、識(shí)別、判斷、決策、優(yōu)化、優(yōu)選、執(zhí)行、反饋、糾控功能融為一體，集微電腦、微電機(jī)、綠色環(huán)保動(dòng)力系統(tǒng)、新型結(jié)構(gòu)材料等頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。整體來(lái)說(shuō)，我國(guó)在對(duì)于汽車無(wú)人駕駛上的發(fā)展尚且需多方面的協(xié)助與共同努力。而供應(yīng)商家也將對(duì)該項(xiàng)技術(shù)逐漸推進(jìn)，也是該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的根本原動(dòng)力所在，而信息化技術(shù)以及安全性能的先進(jìn)發(fā)展則使該項(xiàng)技術(shù)更進(jìn)一步的呈現(xiàn)出飛躍性的保障條件，同時(shí)在相關(guān)規(guī)范制度的推行與實(shí)施下，更使得無(wú)人駕駛汽車切實(shí)性的踏上了發(fā)展之路的前提。

作者簡(jiǎn)介：

陳明福（1981.1-）副教授、高級(jí)技師;研究方向：車輛工程、新能源、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、職業(yè)教育。

陳金偉（1989.4-）助教、高級(jí)技師;研究方向：新能源汽車技術(shù)及信息化教學(xué)。