劉文

智能汽車輔助駕駛技術(shù)分析

劉文

（廣州市交通技師學(xué)院，廣東 廣州 510540）

文章出于深層分析智能汽車輔助駕駛技術(shù)的考慮，從其概念分析入手，并對(duì)其自適應(yīng)巡航及車道保持的工作原理進(jìn)行了深刻分析，隨后對(duì)其包括執(zhí)行控制以及電機(jī)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)在內(nèi)的執(zhí)行系統(tǒng)做出剖析，并在全面分析智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)置意義的前提下，對(duì)智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望?？梢钥隙ǖ氖?，智能汽車發(fā)展至今，機(jī)器學(xué)習(xí)發(fā)展仍然存在一定問題，而更重要的是加強(qiáng)技術(shù)的研發(fā)，先從提升智能汽車輔助駕駛技術(shù)為著手點(diǎn)，逐漸令大眾認(rèn)可這種技術(shù)，把研究做得腳踏實(shí)地。

智能汽車；輔助駕駛；技術(shù)分析

1 智能汽車輔助駕駛

輔助駕駛（Advanced Driver Assistant Systems）是車輛自動(dòng)化的主要形式。該技術(shù)作為無人駕駛的一個(gè)重要的發(fā)展節(jié)點(diǎn)，雖然推廣應(yīng)用緩慢，但已被廣泛用作智能車輛發(fā)展的起點(diǎn)。顧名思義，汽車駕駛輔助系統(tǒng)的存在是為了在駕駛過程中為駕駛員提供輔助支持，優(yōu)化駕駛環(huán)境并保證駕駛員的行車安全。[1]初級(jí)的駕駛輔助系統(tǒng)已經(jīng)流行了很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樗呀?jīng)成為車輛的標(biāo)準(zhǔn)功能。它在物理層的底層作用因此很少被大眾注意到。例如，電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。但是其對(duì)駕駛員行車安全的幫助是不用質(zhì)疑的。

根據(jù)輔助駕駛技術(shù)等級(jí)劃分，輔助駕駛處于有人類駕駛者的監(jiān)控和支援，部分系統(tǒng)作用并借助智能汽車駕駛系統(tǒng)操控的等級(jí)，因此是部分自動(dòng)化和駕駛志愿階段之間的形態(tài)，駕駛輔助技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)在量產(chǎn)車上部署，也具有相對(duì)廣泛的應(yīng)用。

2 智能汽車輔助駕駛技術(shù)工作原理

駕駛輔助技術(shù)的工作原理，就是利用安裝在車輛上的各種傳感器，將其用于感知周圍道路環(huán)境，并采集交通數(shù)據(jù)，在車輛行駛過程中隨時(shí)識(shí)別、檢測(cè)和跟蹤靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體，并結(jié)合導(dǎo)航儀的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算和分析，使駕駛員提前意識(shí)到可能存在的危險(xiǎn)，讓車輛行駛中的舒適性和安全性更高。而目前使用的汽車輔助駕駛，很多都是主動(dòng)干預(yù)，如果在行車過程中感知到潛在的風(fēng)險(xiǎn)，那么會(huì)自動(dòng)感知異常并提出警報(bào)。以L1階段的駕駛輔助技術(shù)來說，主要是進(jìn)行駕駛工作的分擔(dān)，其比較常見的表現(xiàn)形式是：

（1）自適應(yīng)巡航

該形式有速度調(diào)節(jié)、距離調(diào)節(jié)等功能，其運(yùn)作的主要方式為：①速度控制。當(dāng)車速超過30km/小時(shí)時(shí)，控制系統(tǒng)都會(huì)干預(yù)使車輛保持在預(yù)設(shè)速度范圍內(nèi)，同時(shí)無論駕駛員怎么操作，都不會(huì)起作用。該系統(tǒng)主要作用于發(fā)動(dòng)機(jī)位置，發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)會(huì)令變速器降檔。②控制車距，該系統(tǒng)在車頭有一個(gè)自動(dòng)探測(cè)裝置，并且如果前方?jīng)]有車輛，就按照既定的速度行駛，如果前方有車輛，則是自動(dòng)控制車輛之間的距離，如果是跟車行駛，前車變道系統(tǒng)自動(dòng)更換目標(biāo)。

（2）車道保持

在前窗的內(nèi)側(cè)安裝了一個(gè)攝像頭，可以清晰地看到車道線。在計(jì)算機(jī)的幫助下，我們可以通過一定的算法判斷車輛是否在指定的車道上。如果偏離車道（左側(cè)和右側(cè)），計(jì)算機(jī)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并發(fā)出校正指令。攝像機(jī)得到當(dāng)前車輛的位置、方向和速度信息。如果車輛通過車道邊界線，并且轉(zhuǎn)向信號(hào)燈亮起，則系統(tǒng)認(rèn)為這是駕駛員的正常換道；如果車輛靠近車道邊界線，但是沒有打轉(zhuǎn)向燈，系統(tǒng)將發(fā)出警告；在持續(xù)靠近并且沒有打亮轉(zhuǎn)向燈的時(shí)候，后輪靠近邊界線系統(tǒng)將再次發(fā)出警告；如果駕駛員正在操作方向盤，則系統(tǒng)認(rèn)為駕駛員是正常駕駛的，系統(tǒng)不會(huì)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如果沒有操控方向盤，系統(tǒng)會(huì)控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

3 智能汽車輔助駕駛技術(shù)控制執(zhí)行系統(tǒng)

控制執(zhí)行系統(tǒng)是智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的核心，其內(nèi)核就是ESP系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要符合ISO 17361標(biāo)準(zhǔn)，[2]同時(shí)，該系統(tǒng)比較適用于有清晰車道劃分的道路，在專業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)芯片和攝像頭的支持下，能進(jìn)行有效控制。

（1）執(zhí)行控制

智能汽車輔助駕駛技術(shù)的主要運(yùn)用方式，就是識(shí)別后分析，分析后執(zhí)行決策，在以上的論述中有一定的提及，更加重要的是分析這個(gè)系統(tǒng)如何作用，并且這樣的系統(tǒng)執(zhí)行效果是不是達(dá)標(biāo)的。以圖1為例，圖1為車輛控制執(zhí)行系統(tǒng)邏輯。即：車輛只要偏離行駛車道一定的角度，攝像頭ECU會(huì)協(xié)同控制系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)道路曲率、方向角和車輛位置進(jìn)行調(diào)控，讓車輛具有一定的掌舵能力，這樣最明顯的作用就是，當(dāng)駕駛員疲勞駕駛的時(shí)候，擺脫了方向盤的控制，但是汽車不會(huì)產(chǎn)生重大的交通問題。

圖1 控制執(zhí)行系統(tǒng)示意

（2）電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

在該系統(tǒng)中還有一個(gè)負(fù)平衡反饋系統(tǒng)車速傳感器、供給電壓和電信號(hào)、助力轉(zhuǎn)矩輸出和傳感器等協(xié)調(diào)控制，并達(dá)到更好的汽車控制效果，見圖2。在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用過程，需要重視在變道前打轉(zhuǎn)向燈，或者如果是在碼頭或者物流園駕駛，則需要根據(jù)路況設(shè)置參數(shù)。以避免在實(shí)際的執(zhí)行過程中，出現(xiàn)因?yàn)榈缆愤^窄指示過多產(chǎn)生的影響。

圖2 電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

4 智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展形勢(shì)分析

（1）智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的設(shè)置意義

1）汽車行業(yè)演變和發(fā)展的必然趨勢(shì)

在現(xiàn)在的背景下，智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)更側(cè)重于和電動(dòng)汽車相關(guān)，并且兩者也是相互控制相互支持的關(guān)系，這是有別于傳統(tǒng)汽車的特點(diǎn)，汽車內(nèi)部的電信號(hào)能直接被控制利用，也不用因?yàn)橹悄芷囕o助駕駛系統(tǒng)的電量消耗對(duì)汽車本身的使用產(chǎn)生影響。而未來，汽車行業(yè)的發(fā)展也會(huì)從以內(nèi)燃機(jī)為主導(dǎo)的汽車發(fā)展路線演變?yōu)橐詢?nèi)燃機(jī)、電池（混合動(dòng)力汽車）和電機(jī)（電動(dòng)汽車）為主導(dǎo)的發(fā)展路線，汽車發(fā)展的演進(jìn)路徑正在從一個(gè)向兩個(gè)。但是電樁的全面覆蓋和節(jié)能減排的政策引導(dǎo)，很顯然后者的發(fā)展空間明顯高于傳統(tǒng)汽車。未來汽車的核心配置將不再是排量多少，而是以千瓦以及人與車的結(jié)合程度來衡量，這是未來汽車行業(yè)發(fā)展的必要趨勢(shì)。

2）人工智能技術(shù)的成功嘗試

人工智能技術(shù)是未來社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)，而要想提升技術(shù)的針對(duì)性和有效性，就要不斷嘗試并進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，將成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，加速人工智能技術(shù)的落地。高精度全球定位、高速無線通信等技術(shù)的借力為技術(shù)的落地提供了優(yōu)渥的環(huán)境，基于全生命周期智能化的發(fā)展趨勢(shì)，智能汽車輔助駕駛可能是人工智能技術(shù)普及化發(fā)展的最佳應(yīng)用和初次成功嘗試。[3]

（2）智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的認(rèn)同分析

根據(jù)2019年美國某機(jī)構(gòu)分析，大部分車主對(duì)縱向控制的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的認(rèn)同度更好，但是對(duì)橫向控制的車道保持輔助功能并不看好。同時(shí)在農(nóng)村和城市的測(cè)試道路上分析，橫向控制的車道保持輔助功能的控制效果比縱向控制更差。基于對(duì)奔馳E300（2017年）、寶馬530i（2017年）、英菲尼迪QX50（2019年）、特斯拉Model S（2016年）四款車型進(jìn)行道路測(cè)試，對(duì)于測(cè)試駕駛員來說，不知道實(shí)際上車道保持功能已經(jīng)非常完備的車主占了多數(shù)，同時(shí)，在測(cè)試之后，對(duì)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的汽車控制功能抱有良好的口碑的更多，換言之，智能汽車輔助系統(tǒng)發(fā)展至今，仍然有很多人部分認(rèn)同或者不認(rèn)同該系統(tǒng)，其主要原因還是因?yàn)槠涫亲詣?dòng)駕駛的初級(jí)形態(tài)，這種對(duì)新技術(shù)的使用防備心態(tài)令其感到不安。

同時(shí)在使用過程中，很多司機(jī)都不愿意因?yàn)檩o助駕駛系統(tǒng)糾正自己多年的駕駛行為，大眾更習(xí)慣依靠自己控制系統(tǒng)的信息操控汽車，但是不習(xí)慣被系統(tǒng)控制，也有很多司機(jī)表示了不滿：車道保持輔助反而會(huì)讓其靠汽車道路護(hù)欄太近，非常不適應(yīng)。

5 智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展演進(jìn)展望

在很多中高端車型中，智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)已經(jīng)非常常見，并且這種趨勢(shì)也在向低端車型過渡。加上對(duì)技術(shù)理解和認(rèn)同程度更高的是年輕人而非中年人，很多中高端車型的車主都是中年人，而年輕人更多先買中低端車型過渡的行業(yè)現(xiàn)狀，也注定了智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)會(huì)在駕駛領(lǐng)域不斷演進(jìn)和拓展的現(xiàn)實(shí)。同時(shí)在實(shí)際的使用和測(cè)試過程中，如何加強(qiáng)汽車的使用效益，并提升汽車的智能化程度，智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的完善和優(yōu)化也是需要持續(xù)進(jìn)行的，而在實(shí)際的運(yùn)作過程中，我國工信部對(duì)智能汽車領(lǐng)域的發(fā)展也是倍加關(guān)注，關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測(cè)試和管理規(guī)章制度也在不斷完善中，換言之，在國家的大力推進(jìn)和推廣的帶動(dòng)下，不斷嘗試并摸索智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展新方向，勢(shì)必是未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向，因此有理由相信未來智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)會(huì)變得更好，并最終達(dá)到替代人工完全自動(dòng)化的形態(tài)。[4]因此為了推動(dòng)智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的拓展和延伸，對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行不斷拓展，加強(qiáng)宣傳推廣，就像很多智能汽車輔助駕駛系統(tǒng)的小功能，已經(jīng)投入使用但是大眾不了解其原來就是輔助駕駛，這無疑是非?？上У摹榱肆钪悄芷囕o助駕駛系統(tǒng)發(fā)展更加優(yōu)質(zhì)化，打響汽車“智能化”品牌，加強(qiáng)宣傳推廣，不斷改進(jìn)技術(shù)是非常有必要的。

[1] 黃昌正,陳曦,周言明.慣性運(yùn)動(dòng)捕捉分析在無人駕駛智能安全輔助的應(yīng)用探索[J].廣東科技,2019,28(12):75-78.

[2] 趙偉杰. 基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)技術(shù)的分析[C]. 四川省汽車工程學(xué)會(huì)、成都市汽車工程學(xué)會(huì).四川省第十四屆汽車學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.四川省汽車工程學(xué)會(huì)、成都市汽車工程學(xué)會(huì):四川省汽車工程學(xué)會(huì),2020:232-235.

[3] 邱志軍,楊唐濤,檀基穩(wěn),韓海航.網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下高速公路輔助駕駛車輛編隊(duì)評(píng)估[J].中國公路學(xué)報(bào),2019,32(12):66-75.

[4] 鄧雯苑,翟友邦,孔春玉,王思卓,李薇.基于智能輔助駕駛系統(tǒng)中限速交通標(biāo)志檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)分析[J].電子測(cè)試,2019(15):101-103.

Analysis of Intelligent Vehicle Assisted Driving Technology

Liu Wen

( Guangzhou traffic Technician College, Guangdong Guangzhou 510540 )

Based on the consideration of in-depth analysis of intelligent vehicle assisted driving technology, this article starts with its conceptual analysis, and conducts an in-depth analysis of the working principles of its adaptive cruise and lane keeping, and then implements it including executive control and motor steering structure. The system is analyzed, and on the premise of a comprehensive analysis of the significance of the intelligent vehicle assisted driving system, the future development trend of the intelligent vehicle assisted driving system is prospected. To be sure, there are still some problems in the development of machine learning in the development of smart cars. What is more important is to strengthen the research and development of technologies. The research is done down to earth.

Intelligent car; Assistant driving; Technical analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.012

U471.1

A

1671-7988(2021)02-35-03

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劉文（1983.03-），男，湖南沅江人，漢族，本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，就職于廣州市交通技師學(xué)院，研究方向：汽車維修。