無(wú)人駕駛汽車(chē)的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展

蘇保國(guó)

摘要：無(wú)人駕駛汽車(chē)是目前我國(guó)正在著力研發(fā)的新型城市交通車(chē)輛，并且該類(lèi)型車(chē)輛集合環(huán)境感知、決策規(guī)劃控制等智能化技術(shù)。所以，如果將該類(lèi)型車(chē)輛投入到社會(huì)生產(chǎn)使用中，必定可以提升我國(guó)城市交通的智能化程度。因此，本文就無(wú)人駕駛汽車(chē)中使用的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行探討，并且對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛汽車(chē);先進(jìn)技術(shù);發(fā)展前景

0? 引言

自我國(guó)進(jìn)入到發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代后，越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)需要將智能化設(shè)備融入到生產(chǎn)中。那么，對(duì)于城市交通而言，更是需要減少能源的消耗。而無(wú)人駕駛汽車(chē)恰好具備低能耗、自動(dòng)化等特點(diǎn)，所以在未來(lái)的社會(huì)發(fā)展中，無(wú)人駕駛汽車(chē)一定是城市交通運(yùn)輸及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新寵兒，使得可以推動(dòng)我國(guó)早日進(jìn)入智能化時(shí)代。

1? 無(wú)人駕駛汽車(chē)發(fā)展前景展望

其一，可以用于城市交通運(yùn)行方面。

當(dāng)前，我國(guó)正在提倡并要求所有在運(yùn)車(chē)輛都需要安裝LNG燃?xì)庠O(shè)備，這樣就可以逐漸取代機(jī)油式的能源供給，使得可以大大降低車(chē)輛廢氣排放，從而改善城市空氣環(huán)境狀況。那么，從無(wú)人駕駛汽車(chē)使用能源來(lái)看，既可以是燃?xì)猓部梢允翘?yáng)能或其他清潔能源，并且無(wú)人駕駛汽車(chē)還具有智能化操控的特點(diǎn)，可以為用戶(hù)提供更多的人性化服務(wù)。同時(shí)，在未來(lái)的社會(huì)交通發(fā)展中，模塊化是公共交通的發(fā)展方向，所以無(wú)人駕駛汽車(chē)具有鮮明的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

其二，可以用于城市物流運(yùn)輸方面。

在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)物流行業(yè)迅速拔地而起，所以在城市交通中可以時(shí)?？匆?jiàn)諸多物流車(chē)輛穿行其中。但是，目前物流行業(yè)主要是依靠人力作為主要的運(yùn)輸動(dòng)力，這就使得物流企業(yè)需要付出較大的運(yùn)輸成本。那么，如果將無(wú)人駕駛貨車(chē)運(yùn)用在物流行業(yè)中，既可以降低大量的人力成本，又可以提升輸送效率，所以在物流運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)中也具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2? 無(wú)人駕駛汽車(chē)的先進(jìn)技術(shù)

2.1 環(huán)境感知技術(shù)

在無(wú)人駕駛汽車(chē)的應(yīng)用技術(shù)中，環(huán)境感知技術(shù)是該類(lèi)型汽車(chē)首要的信息交互技術(shù)。因?yàn)?，?dāng)無(wú)人駕駛汽車(chē)在運(yùn)行的時(shí)候，時(shí)時(shí)刻刻都要通過(guò)感知技術(shù)搭建在駕駛員與車(chē)輛之間的交互橋梁，保證車(chē)輛平穩(wěn)安全地駕駛。那么，從環(huán)境感知技術(shù)的功能組成上看，主要包括狀態(tài)感知和V2X網(wǎng)聯(lián)通信兩種功能，而這些功能都是通過(guò)環(huán)境感知傳感器實(shí)現(xiàn)的。其中，環(huán)境感知傳感器又被分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種傳感器，所謂被動(dòng)就是指由外界主動(dòng)向傳感器傳遞信息，車(chē)輛會(huì)有相應(yīng)的變動(dòng)，如車(chē)載麥克風(fēng)等。而主動(dòng)就是指?jìng)鞲衅髦鲃?dòng)向外界傳遞信息，使得可以推動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行，如激光、毫米波等車(chē)載雷達(dá)。那么，以下就以無(wú)人駕駛汽車(chē)中裝載的傳感器進(jìn)行分析。

其一，視覺(jué)傳感器。在通常人為操控的汽車(chē)中，車(chē)輛之外的信息都是通過(guò)人的視覺(jué)獲取，如紅綠燈信息、車(chē)面路況信息、路邊交通標(biāo)志物等。而在無(wú)人駕駛汽車(chē)中，都是通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取外界的信息，并且具有儲(chǔ)存量大、獲取范圍廣、成本不高的特點(diǎn)，所以近些年來(lái)視覺(jué)傳感器被廣泛應(yīng)用在無(wú)人駕駛汽車(chē)中。那么，根據(jù)視覺(jué)傳感器信號(hào)的不同，可以分為模擬和數(shù)字兩種類(lèi)型，其中模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)存在的不同之處，主要在于傳遞的電信號(hào)不同，一個(gè)為模擬電信號(hào)，具備成本低、線(xiàn)路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，另一個(gè)為數(shù)字信號(hào)，具備成本高、速率快等特點(diǎn)。還有，根據(jù)芯片的不同可以分為CCD和CMOS相機(jī)，其中CCD相機(jī)具備低電壓、功耗小、無(wú)灼傷等特點(diǎn)，而CMOS相機(jī)具備速率高、范圍廣等特點(diǎn)。另外，視覺(jué)傳感器還可以分為紅外、紫外、線(xiàn)陣、面陣、逐行掃描、隔行掃描等相機(jī)。因此，這就說(shuō)明當(dāng)前可用于無(wú)人駕駛汽車(chē)的視覺(jué)傳感器類(lèi)型多種多樣。

其二，雷達(dá)傳感器。首先，顧名思義，激光雷達(dá)就是將激光作為光電探測(cè)的主要手段，目前主要包含有單線(xiàn)和多線(xiàn)兩種類(lèi)型。并且，激光雷達(dá)具備隱蔽性強(qiáng)、抗干擾性能優(yōu)、測(cè)量距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，但同時(shí)由于激光技術(shù)需要較為專(zhuān)業(yè)的人才操控，所以需要耗費(fèi)的成本較高。

其次，毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)是當(dāng)前無(wú)人駕駛汽車(chē)中使用范圍最廣的探測(cè)雷達(dá)，因?yàn)樵擃?lèi)型雷達(dá)主要依靠電磁波探測(cè)環(huán)繞在車(chē)身周邊的環(huán)境信息，如運(yùn)行方向、運(yùn)行速度、相對(duì)距離等，然后通過(guò)無(wú)人駕駛汽車(chē)的智能操控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得可以達(dá)到安全駕駛的效果。并且，通常毫米波的頻段主要保持在30到300GHz中，波長(zhǎng)保持在1到10毫米之間，所以毫米波雷達(dá)具有傳導(dǎo)速率快、傳導(dǎo)范圍廣的特點(diǎn)。并且，該類(lèi)型雷達(dá)還不會(huì)受到惡劣天氣影響，如暴雨、暴雪、霧霾等天氣，這就說(shuō)明毫米波雷達(dá)還具有信號(hào)穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)。

其三，超聲波雷達(dá)。該類(lèi)型雷達(dá)相比毫米波雷達(dá)，在信號(hào)傳導(dǎo)距離上存在劣勢(shì)，并且波段頻率通常都保持在20kHz左右，所以在無(wú)人駕駛車(chē)輛上用于測(cè)量距離。那么，該類(lèi)型雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在超聲波信號(hào)的穿透力較強(qiáng)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，制作流程簡(jiǎn)易，開(kāi)發(fā)成本較低等，而劣勢(shì)就在于測(cè)量方位不太明晰，如果用于車(chē)輛測(cè)距就有極大的局限性，所以這也使得該類(lèi)型雷達(dá)適用范圍較窄。由此可見(jiàn)，在無(wú)人駕駛汽車(chē)中使用的雷達(dá)感知器類(lèi)型眾多，不過(guò)目前主要以毫米波雷達(dá)為主，使得可以滿(mǎn)足無(wú)人駕駛汽車(chē)的實(shí)際需求。

2.2 決策規(guī)劃控制技術(shù)

由于無(wú)人駕駛汽車(chē)都是由各種硬件組成的集合系統(tǒng)，如車(chē)載、傳感器等硬件，所以需要強(qiáng)有力的決策控制規(guī)劃系統(tǒng)與之匹配，使得可以保證車(chē)輛的行駛安全。那么，當(dāng)前主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

其一，預(yù)測(cè)模塊。所謂預(yù)測(cè)模塊，就是通過(guò)控制無(wú)人汽車(chē)的傳感器，提前對(duì)周?chē)沫h(huán)境物體進(jìn)行探測(cè)，并且將探測(cè)的信息轉(zhuǎn)化為時(shí)間空間維度的軌跡信息，比如，當(dāng)預(yù)測(cè)模塊探測(cè)到車(chē)輛的周邊物體種類(lèi)信息時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)做出于運(yùn)行軌跡判斷，合理地避開(kāi)周邊物體，并且，預(yù)測(cè)模塊還會(huì)根據(jù)周邊物體的移動(dòng)速度，對(duì)車(chē)輛拐彎時(shí)的加速度進(jìn)行合理估算，然后按照物理規(guī)律合理地預(yù)測(cè)車(chē)輛行駛軌跡，如圖1所示。

其二，路由尋徑。在無(wú)人駕駛汽車(chē)中，通常都是由高精地圖的指示路徑形式，就如圖2中每個(gè)箭頭所指向的道路方向，將一條條的路由線(xiàn)段串聯(lián)起來(lái)，使得將整個(gè)地圖中的道路自然劃分，使得車(chē)輛可以有效地行駛。

其三，行為決策。行為決策在無(wú)人駕駛汽車(chē)的決策規(guī)劃控制系統(tǒng)中，主要擔(dān)任分析車(chē)輛“下一步”運(yùn)行決策的判斷，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一，可以自檢當(dāng)前無(wú)人駕駛汽車(chē)的形式狀態(tài)。第二，可以判斷無(wú)人駕駛汽車(chē)是否進(jìn)行跟車(chē)、換道等行為。第三，當(dāng)遇到周邊的障礙物時(shí)，是否進(jìn)行加速、避讓等行為。第四，可以自動(dòng)識(shí)別和掌握?qǐng)D2中各條線(xiàn)路的動(dòng)態(tài)信息，并且可以自行遵守當(dāng)?shù)氐慕煌ㄒ?guī)則。

其四，動(dòng)作規(guī)劃。所謂動(dòng)作規(guī)劃，是將由行為決策制定的指令信息轉(zhuǎn)化為帶有時(shí)間標(biāo)識(shí)的車(chē)輛行駛曲線(xiàn)，這就為之后的反饋控制提供路線(xiàn)基礎(chǔ)。并且，動(dòng)作規(guī)劃還分為軌跡和速度規(guī)劃兩個(gè)方面，其中軌跡規(guī)劃就是指車(chē)輛在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的行駛軌跡，包括行駛位置、行駛時(shí)間等信息。而速度規(guī)劃就是指根據(jù)預(yù)定的行駛軌跡進(jìn)行速度規(guī)劃，使得可以滿(mǎn)足圖3的關(guān)系。

其五，反饋控制。在該步驟中，主要是將以下三個(gè)步驟完成的結(jié)果進(jìn)行比較，然后進(jìn)行一定程度上的調(diào)整，這就起到優(yōu)化控制的效果。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)人駕駛汽車(chē)在我國(guó)未來(lái)的發(fā)展中，既具有鮮明的交通運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，又符合智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。并且，無(wú)人駕駛汽車(chē)擁有環(huán)境感知技術(shù)和決策規(guī)劃控制技術(shù)兩大先進(jìn)技術(shù)，使得可以大大提升無(wú)人駕駛汽車(chē)的性能。同時(shí)，當(dāng)前也是5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)興起的時(shí)代，這就有利于為無(wú)人駕駛汽車(chē)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)提供更為便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這就需要政府及企業(yè)牢牢把握住時(shí)代的機(jī)遇，將無(wú)人駕駛汽車(chē)應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)角落，從而加快我國(guó)進(jìn)入智能化時(shí)代的步伐。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬碩.無(wú)人駕駛汽車(chē)應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].汽車(chē)與駕駛維修：維修版，2017（4）：142-143.

[2]李潤(rùn)柯.汽車(chē)無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)[J].通訊世界，2018（8）：251-252.

[3]姜允侃.無(wú)人駕駛汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（05）：64-68.