無人駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)研究

楊錦林

摘 要：汽車行業(yè)的不斷發(fā)展給人們的出行帶來了極大的便利，而作為一個相對發(fā)展比較長時間的行業(yè)，在近年來的發(fā)展中也取得了更大的進(jìn)步，這種進(jìn)步驅(qū)動力就來源于汽車行業(yè)的兩次重大的創(chuàng)新。其中一次是新能源汽車的問世，打破了汽車以傳統(tǒng)化石燃料為驅(qū)動力的現(xiàn)狀，促進(jìn)了汽車行業(yè)的綠色化的發(fā)展。另外一次重大的發(fā)展就在于無人駕駛系統(tǒng)的出現(xiàn)，將人們的駕駛習(xí)慣等不斷改變，將駕駛的安全性大大提升，也在后續(xù)的交通規(guī)劃和汽車的智能化發(fā)展方面提供了動力。

關(guān)鍵詞：無人駕駛 汽車 關(guān)鍵技術(shù)

Research on Key Technologies of Unmanned Vehicles

Yang Jinlin

Abstract：The continuous development of the automobile industry has brought great convenience to peoples travel. As an industry that has developed for a relatively long time， it has also made greater progress in the development of recent years. The driving force for this progress is two major innovations from the automobile industry. One of them is the advent of new energy vehicles， which breaks the status quo that vehicles are driven by traditional fossil fuels and promoted the green development of the automotive industry. Another major development is the emergence of unmanned driving systems， which continuously change people's driving habits， greatly improve driving safety， and provide impetus for subsequent traffic planning and the intelligent development of automobiles.

Key words：unmanned driving， automobile， key technology

隨著計算機(jī)通訊技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動駕駛技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，已經(jīng)不再是人們對于汽車駕駛的一種想象，而是逐漸朝著現(xiàn)實進(jìn)行轉(zhuǎn)化。并且在此過程中物聯(lián)網(wǎng)和智能化技術(shù)都發(fā)揮了不可替代的作用，使得汽車在逐漸地發(fā)展運行與控制過程中擁有了自己的思維，無人駕駛汽車技術(shù)也被越來越多的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外的汽車企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校等都不斷的在自動駕駛領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新和開拓的工作，希望在后期的不斷研發(fā)和發(fā)展中將無人駕駛技術(shù)不斷商業(yè)化，但是就目前的發(fā)展而言還存在著一些技術(shù)性和非技術(shù)性的問題，產(chǎn)生了一些發(fā)展的障礙。無人駕駛汽車，即不需要人為控制就可以自動駕駛的汽車，通過車上搭載的傳感器系統(tǒng)、智能化軟件、多種環(huán)境感知系統(tǒng)等，對于車輛自身的運行狀態(tài)和周圍的環(huán)境進(jìn)行感知與分析，按照規(guī)定的軌跡達(dá)到目的地。這種無人駕駛汽車與傳統(tǒng)的汽車相比具有著更高的安全性和智能性，也是未來汽車的重要的發(fā)展方向，也具有著很大的發(fā)展空間，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展更是任重而道遠(yuǎn)。

1 無人駕駛汽車簡介

1.1 任務(wù)決策

無人駕駛車輛在行駛的過程中會接收到許多的任務(wù)，在車輛的位置、路徑、周圍環(huán)境等方面對于系統(tǒng)的選擇和工作量的分析等都存在著一定的影響。而任務(wù)決策的時效性和有效性都是非常重要的，需要保證無人駕駛車輛可以隨著外部環(huán)境的變化進(jìn)行決策，呈現(xiàn)動態(tài)化的控制。

1.2 環(huán)境感知

環(huán)境感知作為無人駕駛的眼睛和觸覺，在道路感知和環(huán)境變化的分析方面發(fā)揮了重要的作用，主要存在著以下兩種途徑，一方面通過無人駕駛車輛的GPS/IMU、LIDAR、攝像頭、雷達(dá)和聲吶等傳感設(shè)備和部件進(jìn)行對于道路車輛、交通信號燈、行人等環(huán)境感知工作，也可以同時實現(xiàn)對于車輛的定位、物體的識別、跟蹤分析工作。另一方面，可以通過通訊網(wǎng)絡(luò)信號不斷傳遞外部環(huán)境信息，對于道路、車輛、停車場等信息進(jìn)行統(tǒng)一的收集和傳遞工作。

1.3 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃工作指的是在實時的道路情況之下，從自身的起點到終點尋找一個安全可靠的行駛路徑，并且在時間最短、路程最短、能量消耗最少的情況之下做好全面的分析和判斷工作?？傮w的路徑規(guī)劃工作分為了兩種類型，一種為全局路徑規(guī)劃，另外一種為局部的路徑規(guī)劃。全局的路徑規(guī)劃指的是在已知地圖的情況下利用局部信息進(jìn)行最優(yōu)路徑的規(guī)劃工作，提升駕駛工作的有效性。而局部路徑規(guī)劃工作指的是在外部環(huán)境實時變化的過程中，形成局部的行駛路徑，做好實時的分析與控制工作。因此，局部路徑規(guī)劃是在全局路徑規(guī)劃的前提之下進(jìn)行了，可以在行駛中適應(yīng)外部環(huán)境變化的規(guī)劃工作，形成了最優(yōu)的路徑。

2 技術(shù)問題

2.1 更快速可靠的軟件

有人駕駛的汽車發(fā)生安全事故的概率并不高，也具有著較高的安全性。而無人駕駛車輛除了解放了駕駛員的雙手之外，還需要提升自身的安全性，做好全方位的保證工作，而目前的軟件等還不能完成此方面的工作。例如，現(xiàn)階段的所有的電子設(shè)備都出現(xiàn)了長期運行狀態(tài)下的卡頓的現(xiàn)象，這種技術(shù)的局限性，就有可能在實際的汽車軟件的運行中產(chǎn)生滯后的現(xiàn)象，產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。因此，軟件的設(shè)計和優(yōu)化工作都是十分重要的。

2.2 高精度的地圖

為了實現(xiàn)更為智能的導(dǎo)航工作，無人駕駛的汽車具有著很強(qiáng)的感知能力，就需要在其接收到指令之后，制定好一個特定的路線，從而在地圖導(dǎo)航的工作之下完成相應(yīng)的無人駕駛車輛工作。然而在城市道路日益復(fù)雜的情況之下，目前的地圖的細(xì)致程度和靈敏度方面都存在著一定的欠缺。就谷歌而言，谷歌無人駕駛車輛會對于試駕場地盡心強(qiáng)化，以便汽車在實際的場地中都可以獲得更為具體的場地信息的情況，遇到障礙時可以輕松的應(yīng)對。而目前無人駕駛車輛中的汽車傳感器的感知能力、應(yīng)對能力、高精度的地圖等十分有限，實現(xiàn)這一目標(biāo)依然任重而道遠(yuǎn)。

2.3 更加優(yōu)秀的傳感器

無人駕駛車輛需要集合多種用途的傳感器，以便進(jìn)行更為精準(zhǔn)的環(huán)境感知和識別的工作，優(yōu)良的傳感器不僅僅需要感知地面上的釘子和凹陷等，還需要對于普通的落葉和釘子進(jìn)行區(qū)分，以便采取不同的策略進(jìn)行控制。而目前傳感器的精度還有待提升，處理的速度也是十分有限的，突發(fā)情況的處理能力不高。

3 無人駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)

3.1 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知是無人駕駛車輛最為關(guān)鍵和基礎(chǔ)性部分，而無人駕駛車輛進(jìn)行自動駕駛時需要感知到前方的設(shè)備和周圍的設(shè)施，以便對于自身的情況和狀態(tài)進(jìn)行積極的改善。在無人駕駛車輛需要做好基礎(chǔ)設(shè)置、傳感標(biāo)點、道路檢測、障礙物檢測、信號燈檢測等方面的工作。而近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，將無人駕駛車輛的發(fā)展進(jìn)程不斷加快，在無人駕駛車輛于周圍物體的交流中發(fā)揮了重要的作用，良好的環(huán)境感知能力就會極大程度避免交通事故的發(fā)生。

駕駛?cè)藛T在駕駛一般轎車時，想要最大程度的確保個人安全，首先會將道路情況觀察好，然后計劃出行進(jìn)路線，在行進(jìn)的時候，也會對周邊的人員以及車輛仔細(xì)觀察，并且在汽車行進(jìn)的時候，也要仔細(xì)觀察道路十分有交通標(biāo)識、標(biāo)線和紅綠燈等。但是無人駕駛機(jī)動車內(nèi)的安全感應(yīng)裝置，它的運行理論就是對汽車行進(jìn)時周邊環(huán)境展開細(xì)致的感應(yīng)，搜集上述資料。而無人駕駛車輛的環(huán)境感知通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、紅外線傳感等原件設(shè)備實現(xiàn)，還需要不斷提升。

3.2 定位導(dǎo)航技術(shù)和路徑規(guī)劃

導(dǎo)航和定位系統(tǒng)在無人駕駛車輛的運行中起到了至關(guān)重要的作用，無人駕駛車輛需要根據(jù)定位系統(tǒng)實現(xiàn)自身的位置信息確定和更好地路徑分析工作。導(dǎo)航技術(shù)也在無人駕駛車輛中進(jìn)行了速度和方向的控制，廣泛應(yīng)用的GPS系統(tǒng)和自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)都有著很高的應(yīng)用性，但是與此同時也存在著一定的應(yīng)用方面的局限性，單純的使用某一種導(dǎo)航系統(tǒng)是存在著缺陷的，還需要在一些特殊的情況之下進(jìn)行輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，也提升無人駕駛車輛的可靠性和安全性。而基于人工智能技術(shù)的路徑規(guī)劃工作也是一種主流的操作，需要在實際的路徑分析中實現(xiàn)路程最短、燃油效率高、節(jié)省時間的路徑規(guī)劃。道路測試時無人駕駛機(jī)動車研發(fā)中十分關(guān)鍵的一步。經(jīng)過道路測試，研發(fā)人員能夠掌握無人駕駛汽車在別的道路使用人員和無人駕駛機(jī)動車的互動，可以了解更多數(shù)據(jù)，掌控潛在危險，而且對這樣的潛在危險多次實驗，給無人駕駛機(jī)動車積累更多經(jīng)驗。國家大力支持無人駕駛機(jī)動車企業(yè)能夠進(jìn)行路測的關(guān)鍵，有助于發(fā)揮出我國的技術(shù)特點。無人駕駛機(jī)動車實際上路行進(jìn)時所遇到的情況對比預(yù)期要復(fù)雜很多，例如狹窄的車道、惡劣的天氣、人類違反道路交通規(guī)定的駕駛以及各類突發(fā)性事情等狀況，人工智能算法與環(huán)境感應(yīng)科技是面對這樣的狀況、達(dá)到無人駕駛機(jī)動車安全性以及可行性的核心科技，從而在路徑規(guī)劃中提供更好地工作的效果。

3.3 軌跡跟蹤控制技術(shù)

在已經(jīng)的路徑規(guī)劃的路徑之下，需要通過車輛的驅(qū)動和制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等進(jìn)行換道、超車、跟隨等動作，保證行車過程中的安全性和實時性。減少在車的縱向和側(cè)向控制發(fā)生耦合以及車輛參數(shù)的不確定性，更多的利用PID算法、最優(yōu)控制、模型預(yù)測控制算法、魯邦控制法、模糊控制和滑膜控制等進(jìn)行控制。

3.4 運動控制

在汽車運動控制體系內(nèi)，其運轉(zhuǎn)時主要是靠上述行為決策裝置得到行進(jìn)路線方案。換句話就是，行進(jìn)管控系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)是確保型外決策裝置得到行進(jìn)方案可以很好的開展。細(xì)致的剖析，行進(jìn)管控系統(tǒng)會獨立的對無人駕駛機(jī)動車所在的行進(jìn)位置、狀態(tài)、速度、展開全面的數(shù)據(jù)剖析，而后開展智能管控汽車的油門、制動、方向以及擋桿的運動控制，借此實施完決策系統(tǒng)所規(guī)劃的行進(jìn)方案。為了可以更為合理的進(jìn)行無人駕駛機(jī)動車油門部件、剎車、方向盤、擋桿的控制，需要開展控制反應(yīng)時長的設(shè)立，這樣的設(shè)置能夠通過底部控制裝置加裝以及對應(yīng)的執(zhí)行方一起協(xié)同配合實現(xiàn)控制作業(yè)。

4 無人駕駛技術(shù)的前景

無人駕駛車輛技術(shù)的發(fā)展有著更好地前景，目前我國的發(fā)展是在環(huán)境感知和智能決策方面進(jìn)行分析，為技術(shù)的發(fā)展提供了較大的空間。

5 結(jié)語

綜上所述，無人駕駛車輛在未來的發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，當(dāng)前的發(fā)展已經(jīng)取得了巨大的突破， 但是面臨著當(dāng)前的技術(shù)缺陷等問題，還需要做好更好地技術(shù)提升工作，從而打破的產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊帆.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].上海汽車，2019（3）：35-40.

[2]左建平，柴青青.汽車自動駕駛技術(shù)現(xiàn)狀剖析及發(fā)展趨勢研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（12）：238-242.

[3]姜允侃.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（5）：60-64.

[4]王世峰，戴祥，徐寧，等.無人駕駛汽車環(huán)境感知技術(shù)綜述[J].長春理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，40（1）：1-6.

[5]王光宇.淺析人工智能在交通領(lǐng)域的主要技術(shù)及應(yīng)用前景[J].中國新通信，2018，20（21）：100-101.