智能車輛系統(tǒng)發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)淺析

吳莉雅 王峰

摘要：智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對(duì)智能車輛的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性，以及提供優(yōu)良的人車交互界面。近年來，智能車輛己經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動(dòng)力，很多發(fā)達(dá)國家都將其納入到各自重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：智能車輛;系統(tǒng)發(fā)展;關(guān)鍵技術(shù)

1 智能車輛概述

所謂“智能車輛”，就是在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進(jìn)的傳感器（雷達(dá)、攝像）、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實(shí)現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能的環(huán)境感知能力，能夠自動(dòng)分析車輛行駛的安全及危險(xiǎn)狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達(dá)目的地，最終實(shí)現(xiàn)替代人來操作的目的。

智能汽車與一般所說的自動(dòng)駕駛有所不同，它指的是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)駕駛。智能汽車首先有一套導(dǎo)航信息資料庫，存有全國高速公路、普通公路、城市道路以及各種服務(wù)設(shè)施（餐飲、旅館、加油站、景點(diǎn)、停車場(chǎng)）的信息資料;其次是GPS定位系統(tǒng)，利用這個(gè)系統(tǒng)精確定位車輛所在的位置，與道路資料庫中的數(shù)據(jù)相比較，確定以后的行駛方向;道路狀況信息系統(tǒng)，由交通管理中心提供實(shí)時(shí)的前方道路狀況信息，如堵車、事故等，必要時(shí)及時(shí)改變行駛路線;車輛防碰系統(tǒng)，包括探測(cè)雷達(dá)、信息處理系統(tǒng)、駕駛控制系統(tǒng)，控制與其他車輛的距離，在探測(cè)到障礙物時(shí)及時(shí)減速或剎車，并把信息傳給指揮中心和其他車輛;緊急報(bào)警系統(tǒng)，如果出了事故，自動(dòng)報(bào)告指揮中心進(jìn)行救援;無線通信系統(tǒng)，用于汽車與指揮中心的聯(lián)絡(luò);自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，用于控制汽車的點(diǎn)火、改變速度和轉(zhuǎn)向等。

通常對(duì)車輛的操作實(shí)質(zhì)上可視為對(duì)一個(gè)多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復(fù)雜多變、不確定多干擾源的復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制過程。駕駛員既要接受環(huán)境如道路、擁擠、方向、行人等的信息，還要感受汽車如車速、側(cè)向偏移、橫擺角速度等的信息，然后經(jīng)過判斷、分析和決策，并與自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)相比較，確定出應(yīng)該做的操縱動(dòng)作，最后由身體、手、腳等來完成操縱車輛的動(dòng)作。因此在整個(gè)駕駛過程中，駕駛員的人為因素占了很大的比重。一旦出現(xiàn)駕駛員長時(shí)間駕車、疲勞駕車、判斷失誤的情況，很容易造成交通事故。

通過對(duì)車輛智能化技術(shù)的研究和開發(fā)，可以提高車輛的控制與駕駛水平，保障車輛行駛的安全暢通、高效。對(duì)智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善，相當(dāng)于延伸擴(kuò)展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進(jìn)道路交通的安全性。智能車輛的主要特點(diǎn)是以技術(shù)彌補(bǔ)人為因素的缺陷，使得即便在很復(fù)雜的道路情況下，也能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物，沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。

2 智能車輛系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 傳感器技術(shù)

其一，機(jī)器角度。在圖像加工技術(shù)的迅速進(jìn)展之下，特別是多種類型特殊的集成電路產(chǎn)生，機(jī)器角度的技術(shù)在諸多領(lǐng)域內(nèi)取得較好的應(yīng)用。智能車輛體系在此期間獲取效益，對(duì)于安裝以及價(jià)格的視角上，圖像傳感器展現(xiàn)出固有的競爭力，作用在車道檢測(cè)、道路篩查與障礙物的排查上，存在的缺點(diǎn)便是測(cè)量精確度難以保障，通常來講在測(cè)量范圍的不斷增加之下，測(cè)量精確度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，能見度有所減少，繼而測(cè)量范圍隨之縮小。

其二，雷達(dá)體系。雷達(dá)體系存在遠(yuǎn)距離的測(cè)距水平，其可以保存車輛前方道路信息以及目標(biāo)車輛的方位信息，激光雷達(dá)因?yàn)楣鈱W(xué)體系脆弱性，包括不容易維護(hù)、容易受到環(huán)境的制約等，智能車輛體系的存在受到障礙。并且智能車輛體系目前往往選擇毫米波雷達(dá)技術(shù)，毫米波的具體工作不需要思考環(huán)境因素，甚至是下雨以及黑夜情況都不會(huì)影響到毫米波的傳遞，確保毫米波雷達(dá)在多種環(huán)境下安全運(yùn)作。

除此之外毫米波雷達(dá)體系的頻率以76-77GHz 為主，同時(shí)在單片微波集成技術(shù)的產(chǎn)生過程中，毫米波雷達(dá)實(shí)際價(jià)格以及外型尺寸有效的降低，成為此種體系在智能車輛體系中大范圍應(yīng)用的關(guān)鍵因素。毫米波雷達(dá)存在的不足主要是識(shí)別能力的降低，通過單束毫米波雷達(dá)以及多束雷達(dá)，在區(qū)別轉(zhuǎn)彎車輛以及換道過程車輛操作中存在難度。

其三，磁釘。磁信號(hào)可以提供可靠性的指示車道界限手段，通過路面下鋪設(shè)的現(xiàn)有磁釘以及機(jī)器視角進(jìn)行融合，能夠完成車輛道路的全過程跟蹤?，F(xiàn)階段商用類型的磁車道路正在使用磁釘，因?yàn)榇裴斝枰嬖谟诼访嬷?，所以要預(yù)先將其配置在道路建設(shè)上，在一定程度上控制傳感器的具體使用。

2.2 測(cè)量信息處理技術(shù)

其一，信息融合技術(shù)。不同類型的傳感器存有不同特點(diǎn)以及不同運(yùn)用空間，目前為止尚未產(chǎn)生作用在智能車輛體系中的全能傳感器類型，并且單一化的傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)存有固定的條件，結(jié)合其進(jìn)行正確判斷。所以在提升目標(biāo)分辨以及估計(jì)水平的基礎(chǔ)上，要通過相關(guān)信息技術(shù)，給予存在于不同區(qū)域內(nèi)的多類型傳感器信息加以融合，去除多個(gè)傳感器之間信息的沖突化，彰顯傳感器信息互補(bǔ)特征，減少測(cè)量數(shù)值存在的不穩(wěn)定性，構(gòu)建體系與環(huán)境統(tǒng)一化的感知結(jié)構(gòu)，促使整個(gè)系統(tǒng)決策運(yùn)作規(guī)范性的提升。

其二，濾波估計(jì)技術(shù)。智能化車輛體系在完成智能化性能展現(xiàn)期間，重點(diǎn)思考多種類型傳感器測(cè)量的前車以及已車之間相對(duì)距離和速度數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)在實(shí)際測(cè)量期間因?yàn)閭鞲衅髯陨泶嬖诘臒嵩肼曇约肮ぷ鳝h(huán)境干擾等，表現(xiàn)出一定的誤差結(jié)果。所以要設(shè)計(jì)切合實(shí)際的濾波算法，更加準(zhǔn)確的發(fā)揮智能車輛體系的綜合性能。此種技術(shù)經(jīng)歷多種領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)踐，凸顯其在處理諸多問題上具備的優(yōu)勢(shì)。

2.3 通訊技術(shù)

車輛行駛過程中不僅要受到自身?xiàng)l件的制約，還會(huì)受到環(huán)境的制約，為了確保車輛穩(wěn)定安全的運(yùn)作，增強(qiáng)道路具體使用效率，需要實(shí)效性的把前方道口情況，包括交通情況、路面性質(zhì)和特點(diǎn)等，以及前方車輛的實(shí)際運(yùn)作傾向，按照通訊技術(shù)傳遞信息，便于已車處理好對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目。與此同時(shí)和傳感器工作情況有所差異，通訊體系的工作不會(huì)在環(huán)境以及氣候環(huán)境的制約下出現(xiàn)變動(dòng)，完成全天候運(yùn)作操作。換言之研發(fā)簡單易行與可靠性強(qiáng)的車輛通訊體系，勢(shì)必為車輛智能體系創(chuàng)新的發(fā)展方向。

3結(jié)語

綜上所述，智能車輛系統(tǒng)發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)研究課題的開展具有十分重要的意義與價(jià)值，智能車輛系統(tǒng)的形成帶動(dòng)著國家經(jīng)濟(jì)水平的增長，健全完整的智能車輛結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，為車輛整體運(yùn)作效益的提升給予動(dòng)力，從而為國家持續(xù)發(fā)展提供支撐。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：長城汽車股份有限公司）

第一作者簡介：吳莉雅（1991年8月），女，漢族，河北省石家莊市，河北大學(xué)，本科，電子工程。