無(wú)人駕駛汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊錦林

摘 要：汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展給人們的出行帶來(lái)了極大的便利，而作為一個(gè)相對(duì)發(fā)展比較長(zhǎng)時(shí)間的行業(yè)，在近年來(lái)的發(fā)展中也取得了更大的進(jìn)步，這種進(jìn)步驅(qū)動(dòng)力就來(lái)源于汽車(chē)行業(yè)的兩次重大的創(chuàng)新。其中一次是新能源汽車(chē)的問(wèn)世，打破了汽車(chē)以傳統(tǒng)化石燃料為驅(qū)動(dòng)力的現(xiàn)狀，促進(jìn)了汽車(chē)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(wú)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(chē)的智能化發(fā)展方面提供了動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛 汽車(chē) 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(jì)算機(jī)通訊技術(shù)和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，已經(jīng)不再是人們對(duì)于汽車(chē)駕駛的一種想象，而是逐漸朝著現(xiàn)實(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。并且在此過(guò)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(chē)在逐漸地發(fā)展運(yùn)行與控制過(guò)程中擁有了自己的思維，無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)也被越來(lái)越多的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外的汽車(chē)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校等都不斷的在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新和開(kāi)拓的工作，希望在后期的不斷研發(fā)和發(fā)展中將無(wú)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(wèn)題，產(chǎn)生了一些發(fā)展的障礙。無(wú)人駕駛汽車(chē)，即不需要人為控制就可以自動(dòng)駕駛的汽車(chē)，通過(guò)車(chē)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(duì)于車(chē)輛自身的運(yùn)行狀態(tài)和周?chē)沫h(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(wú)人駕駛汽車(chē)與傳統(tǒng)的汽車(chē)相比具有著更高的安全性和智能性，也是未來(lái)汽車(chē)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(wú)人駕駛汽車(chē)簡(jiǎn)介

1.1 任務(wù)決策

無(wú)人駕駛車(chē)輛在行駛的過(guò)程中會(huì)接收到許多的任務(wù)，在車(chē)輛的位置、路徑、周?chē)h(huán)境等方面對(duì)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(shí)效性和有效性都是非常重要的，需要保證無(wú)人駕駛車(chē)輛可以隨著外部環(huán)境的變化進(jìn)行決策，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的控制。

1.2 環(huán)境感知

環(huán)境感知作為無(wú)人駕駛的眼睛和觸覺(jué)，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(guò)無(wú)人駕駛車(chē)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(duì)于道路車(chē)輛、交通信號(hào)燈、行人等環(huán)境感知工作，也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)于車(chē)輛的定位、物體的識(shí)別、跟蹤分析工作。另一方面，可以通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不斷傳遞外部環(huán)境信息，對(duì)于道路、車(chē)輛、停車(chē)場(chǎng)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(shí)時(shí)的道路情況之下，從自身的起點(diǎn)到終點(diǎn)尋找一個(gè)安全可靠的行駛路徑，并且在時(shí)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(lèi)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(shí)時(shí)變化的過(guò)程中，形成局部的行駛路徑，做好實(shí)時(shí)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(wèn)題

2.1 更快速可靠的軟件

有人駕駛的汽車(chē)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(wú)人駕駛車(chē)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(zhǎng)期運(yùn)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(shí)際的汽車(chē)軟件的運(yùn)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(jì)和優(yōu)化工作都是十分重要的。

2.2 高精度的地圖

為了實(shí)現(xiàn)更為智能的導(dǎo)航工作，無(wú)人駕駛的汽車(chē)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(gè)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(wú)人駕駛車(chē)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(wú)人駕駛車(chē)輛會(huì)對(duì)于試駕場(chǎng)地盡心強(qiáng)化，以便汽車(chē)在實(shí)際的場(chǎng)地中都可以獲得更為具體的場(chǎng)地信息的情況，遇到障礙時(shí)可以輕松的應(yīng)對(duì)。而目前無(wú)人駕駛車(chē)輛中的汽車(chē)傳感器的感知能力、應(yīng)對(duì)能力、高精度的地圖等十分有限，實(shí)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(wú)人駕駛車(chē)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(shí)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(duì)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(wú)人駕駛汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知是無(wú)人駕駛車(chē)輛最為關(guān)鍵和基礎(chǔ)性部分，而無(wú)人駕駛車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)駕駛時(shí)需要感知到前方的設(shè)備和周?chē)脑O(shè)施，以便對(duì)于自身的情況和狀態(tài)進(jìn)行積極的改善。在無(wú)人駕駛車(chē)輛需要做好基礎(chǔ)設(shè)置、傳感標(biāo)點(diǎn)、道路檢測(cè)、障礙物檢測(cè)、信號(hào)燈檢測(cè)等方面的工作。而近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，將無(wú)人駕駛車(chē)輛的發(fā)展進(jìn)程不斷加快，在無(wú)人駕駛車(chē)輛于周?chē)矬w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(huì)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(chē)時(shí)，想要最大程度的確保個(gè)人安全，首先會(huì)將道路情況觀察好，然后計(jì)劃出行進(jìn)路線，在行進(jìn)的時(shí)候，也會(huì)對(duì)周邊的人員以及車(chē)輛仔細(xì)觀察，并且在汽車(chē)行進(jìn)的時(shí)候，也要仔細(xì)觀察道路十分有交通標(biāo)識(shí)、標(biāo)線和紅綠燈等。但是無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)內(nèi)的安全感應(yīng)裝置，它的運(yùn)行理論就是對(duì)汽車(chē)行進(jìn)時(shí)周邊環(huán)境展開(kāi)細(xì)致的感應(yīng)，搜集上述資料。而無(wú)人駕駛車(chē)輛的環(huán)境感知通過(guò)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、紅外線傳感等原件設(shè)備實(shí)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(wú)人駕駛車(chē)輛的運(yùn)行中起到了至關(guān)重要的作用，無(wú)人駕駛車(chē)輛需要根據(jù)定位系統(tǒng)實(shí)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(wú)人駕駛車(chē)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(gè)系統(tǒng)都有著很高的應(yīng)用性，但是與此同時(shí)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(wú)人駕駛車(chē)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(shí)際的路徑分析中實(shí)現(xiàn)路程最短、燃油效率高、節(jié)省時(shí)間的路徑規(guī)劃。道路測(cè)試時(shí)無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)研發(fā)中十分關(guān)鍵的一步。經(jīng)過(guò)道路測(cè)試，研發(fā)人員能夠掌握無(wú)人駕駛汽車(chē)在別的道路使用人員和無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)的互動(dòng)，可以了解更多數(shù)據(jù)，掌控潛在危險(xiǎn)，而且對(duì)這樣的潛在危險(xiǎn)多次實(shí)驗(yàn)，給無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)積累更多經(jīng)驗(yàn)。國(guó)家大力支持無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)企業(yè)能夠進(jìn)行路測(cè)的關(guān)鍵，有助于發(fā)揮出我國(guó)的技術(shù)特點(diǎn)。無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)際上路行進(jìn)時(shí)所遇到的情況對(duì)比預(yù)期要復(fù)雜很多，例如狹窄的車(chē)道、惡劣的天氣、人類(lèi)違反道路交通規(guī)定的駕駛以及各類(lèi)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(duì)這樣的狀況、達(dá)到無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)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(guò)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等進(jìn)行換道、超車(chē)、跟隨等動(dòng)作，保證行車(chē)過(guò)程中的安全性和實(shí)時(shí)性。減少在車(chē)的縱向和側(cè)向控制發(fā)生耦合以及車(chē)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(cè)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(yùn)動(dòng)控制

在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)控制體系內(nèi)，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)是確保型外決策裝置得到行進(jìn)方案可以很好的開(kāi)展。細(xì)致的剖析，行進(jìn)管控系統(tǒng)會(huì)獨(dú)立的對(duì)無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)所在的行進(jìn)位置、狀態(tài)、速度、展開(kāi)全面的數(shù)據(jù)剖析，而后開(kāi)展智能管控汽車(chē)的油門(mén)、制動(dòng)、方向以及擋桿的運(yùn)動(dòng)控制，借此實(shí)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(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)油門(mén)部件、剎車(chē)、方向盤(pán)、擋桿的控制，需要開(kāi)展控制反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的設(shè)立，這樣的設(shè)置能夠通過(guò)底部控制裝置加裝以及對(duì)應(yīng)的執(zhí)行方一起協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)控制作業(yè)。

4 無(wú)人駕駛技術(shù)的前景

無(wú)人駕駛車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展有著更好地前景，目前我國(guó)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(yǔ)

綜上所述，無(wú)人駕駛車(chē)輛在未來(lái)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(wèn)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。

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