淺析新能源電動汽車競賽預(yù)留L4自動駕駛功能研究

郝堅

摘 要：據(jù)專家預(yù)測自動駕駛汽車在預(yù)測在2030年出現(xiàn)拐點，2040年主導(dǎo)市場，到2050年自動駕駛技術(shù)將占領(lǐng)百分之九十以上的市場，市場份額龐大，汽車智能化，共享化趨勢已成為行業(yè)共識。如何在行業(yè)內(nèi)脫穎而出，需要學(xué)校和汽車研究企業(yè)有超前的前瞻性，眼光，市場定位準(zhǔn)確，目標(biāo)主體明確。

關(guān)鍵詞：新能源 自動駕駛

Analysis on the Research of Reserved L4 Automatic Driving Function for New Energy Electric Vehicle Competition

Hao Jian

Abstract：According to expert predictions， autonomous vehicles will have an inflection point in 2030， lead the market in 2040， and occupy more than 90% of the market by 2050. The market share is huge， and the trend of intelligent vehicles and sharing has already become the industry consensus. How to stand out in the industry requires schools and automotive research companies to have a forward-looking vision， accurate market positioning， and clear target subjects.

Key words：new energy， autonomous driving

1 自動駕駛等級介紹

在振興杯贛鄱工匠大賽中，新能源汽車智能化是其中項目之一。中國制造2025引導(dǎo)機(jī)械制造加工更新升級，智能制造勢不可擋，突破汽車制造工業(yè)彎道超車。汽車的智能化就是實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，自動駕駛等功能。未來汽車將越來越智能。 汽車企業(yè)如果想在行業(yè)內(nèi)站穩(wěn)腳跟，必須具有超強(qiáng)的預(yù)測能力。時代是不斷變化進(jìn)步的，我們的思維也需要同步成長。無論何時都需要有危機(jī)意識，不要害怕改革，創(chuàng)新，只有一直有新的思路，創(chuàng)新，超前的研究與預(yù)留能力，超強(qiáng)的切換能力，才能在需要的時候隨時可以應(yīng)對市場突變，不會打無準(zhǔn)備的仗。

自動駕駛分為6個等級，分別是L0，L1，L2，L3，L4，L5，L6，等級從低到高，越智能等級越高，難度系數(shù)越大，對地圖的準(zhǔn)確性，傳感器的靈敏度，信號的接收速度等都要有超級精準(zhǔn)的判斷。

1.1 L0級自動駕駛

初級的人工智能為L0級，也叫人工駕駛，這個基本是與目前正在使用的駕駛汽車相符，轉(zhuǎn)向，加減速都是駕駛員，對環(huán)境的的觀察也是需要駕駛員來完成。

1.2 L1級自動駕駛

也稱為輔助駕駛，在對轉(zhuǎn)向與加減速進(jìn)行控制時，駕駛員可以通過智能輔助系統(tǒng)的幫助一起完成操作，L2級別的自動駕駛對環(huán)境的監(jiān)測還需要駕駛員親自觀察，這個級別的系統(tǒng)在檢測方面無法代替人工。L2這個級別的自動駕駛在對轉(zhuǎn)向與加減速進(jìn)行部分控制時，也只能是應(yīng)對部分工況，不能應(yīng)用在所有的工況上。

1.3 L2級自動駕駛

也稱為半自動駕駛，這個級別的自動駕駛功能一小部分代替了駕駛員的操作。在限定的高速場景可以對需要的車子進(jìn)行轉(zhuǎn)向，加速，減速時都可以用自能駕駛系統(tǒng)代替人工來進(jìn)行操作。定速巡航功能就是在高速當(dāng)你把你的車輛設(shè)置好一個速度時，當(dāng)前方的車輛低于你的車輛速度時，你的車輛會自動減速，保持安全的跟車距離，當(dāng)前車遠(yuǎn)離超過監(jiān)測范圍之后，你的車輛會重新加速到設(shè)定好的速度。

1.4 L3級別的自動駕駛

也稱為高度自動駕駛，在對汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)向，加速，減速時可以由系統(tǒng)來代替駕駛員，并且系統(tǒng)還帶有環(huán)境監(jiān)測功能，對周邊環(huán)境的檢測也可以由系統(tǒng)替代來完成。但是在應(yīng)對激烈駕駛時還是需要駕駛員來控制汽車，這種極端的情況系統(tǒng)無法完全替代人工。這里需要說明的是要實現(xiàn)L3級別的自動駕駛需要在限定的高速場景有自動駕駛高清地圖，從目前量產(chǎn)的高清地圖來看，很多地方還未能實現(xiàn)。

1.5 L4級別的自動駕駛

也稱為超高自動駕駛，這個等級的自動駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)除一些復(fù)雜的道路路況之外的完全自動駕駛。比如在堵車的路況下，這個級別的智能駕駛可以實現(xiàn)自動跟住前面的車，還可以實現(xiàn)封閉道路內(nèi)的自動駕駛，系統(tǒng)可以打轉(zhuǎn)向燈自動變換車道。當(dāng)然人們最關(guān)心的自動泊車功能在這個級別的智能駕駛條件下是完全可以實現(xiàn)的。

1.6 L5級別的自動駕駛

也稱之為全自動駕駛，全自動駕駛顧名思義就是完全用智能系統(tǒng)代替駕駛員，可以理解為全自動駕駛不需要駕駛員。這個級別的智能駕駛在轉(zhuǎn)向加減速操作時完全用系統(tǒng)進(jìn)行控制，不論應(yīng)對任何環(huán)境，任何工況都是由系統(tǒng)操作完成駕駛。無人駕駛主要有兩大領(lǐng)域，一個是高速公路，一個就是城區(qū)道路。高速公路主要是匝道，變道，超車等場景。

2 預(yù)留L4級別的自動駕駛需做的研究

需要預(yù)留4級別的自動駕駛功能， 需要研究如下功能來實現(xiàn)，要研究L4功能首先第一個就是要研究線控轉(zhuǎn)向功能。線控轉(zhuǎn)向功能需要研究轉(zhuǎn)向控制，轉(zhuǎn)向反饋，公共接管，越界處理。

2.1 線控的含義

通過總線發(fā)送的控制指令，使得相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照指令要求動作;

2.1.1 線控轉(zhuǎn)向性能要求的名詞解釋

目標(biāo)角度（θtarget）是指通過CAN總線發(fā)送的轉(zhuǎn)角指令，以正負(fù)號區(qū)分左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn);

實際反饋角度（θreal）是指方向盤（或轉(zhuǎn)向傳動裝置上）安裝的轉(zhuǎn)角傳感器測量并通過CAN總線反饋的方向盤轉(zhuǎn)動角度;

最大超調(diào)角（Δθ1）是指方向盤轉(zhuǎn)動過程中實際反饋角度超過目標(biāo)角度的最大角度值;

最大角度誤差（Δθ）2是指方向盤轉(zhuǎn)動實際角度達(dá)到目標(biāo)角度時允許存在最大誤差;

轉(zhuǎn)動響應(yīng)延遲時間（ΔT1）是指CAN總線上開始發(fā)出目標(biāo)角度指令的時刻到接收到實際反饋角度開始產(chǎn)生變化的時刻之間的時間差;

轉(zhuǎn)動執(zhí)行時間（ΔT2）是指實際反饋角度開始產(chǎn)生變化的時刻與反饋角度第一次達(dá)到目標(biāo)角度時刻之間的時間差;

超調(diào)時間（ΔT3）是指反饋角度第一次達(dá)到目標(biāo)角度時刻與反饋角度第一次達(dá)到最大角度誤差要求時刻之間的時間差;

2.1.2 線控驅(qū)動功能的響應(yīng)延遲時間是指線控指令發(fā)出時刻到觀測到車輛速度發(fā)生變化的時刻之間的時間差

2.1.3 為了方便傳感器的安裝，優(yōu)選無天窗配置車輛

2.1.4 車輛需為車載計算平臺提供必要的散熱條件，具體方案需根據(jù)計算平臺和車輛情況制定

2.2 線控轉(zhuǎn)向功能介紹

（1）轉(zhuǎn)向控制，轉(zhuǎn)向控制功能需求為對方向盤在全速度（0-130kph）下的轉(zhuǎn)向接口控制最大轉(zhuǎn)動角度設(shè)置范圍為0MAX，最大的超調(diào)角為：Δθ1： [0，6]：0.6;（6，66]： θtarget×15%;（66， θMAX]：10;轉(zhuǎn)動執(zhí)行時間ΔT2： Max（200，1.25*θtarget/θtarget）ms，信號的分辨率為1deg。轉(zhuǎn)向控制方向盤時方向盤的轉(zhuǎn)動速率設(shè)置范圍θtarget：0～500deg/s，信號的分辨率為1deg/s。

（2）轉(zhuǎn)向反饋，對轉(zhuǎn)向控制設(shè)定好之后轉(zhuǎn)向會對方向盤的轉(zhuǎn)角，方向盤轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向駕駛模式，故障信息等進(jìn)行反饋，此時對方向盤轉(zhuǎn)角的信號分辨率設(shè)定為0.1deg，對方向盤轉(zhuǎn)速的信號分辨率設(shè)定為1deg/s

（3）人工接管，當(dāng)駕駛員施加在方向盤上的扭矩超過該門限值（比如2Nm～4Nm）且達(dá)到一定時間后，轉(zhuǎn)向控制切換到人工駕駛模式，退出線控轉(zhuǎn)向自動駕駛模式后，轉(zhuǎn)向使能上升沿觸發(fā)再次進(jìn)入線控轉(zhuǎn)向自動駕駛。

（4）越界處理，越界拒絕執(zhí)行，并退出自動駕駛模式。

2.3 線控驅(qū)動功能

自動駕駛控制器發(fā)送加速度請求給VCU;VCU接收自動駕駛控制器的加速度控制請求進(jìn)行車輛加速度控制，并反饋實際加速度給自動駕駛控制器。

2.4 線控制動功能

制動系統(tǒng)能夠響應(yīng)自動駕駛的制動請求，EPB能夠響應(yīng)自動駕駛或者制動系統(tǒng)的駐車請求。制動線控接口為減速度接口，最大減速度不小于8m/s2，制動減速度精度為0.05 m/s2。制動系統(tǒng)響應(yīng)時間TTL《170ms斜率：最大減速度斜率25m/s3。制動系統(tǒng)保壓時間不小于5min。EPB要具備行車制動功能，行車過程中，如果制動系統(tǒng)故障，EPB可以滿足行車制動。制動和駐車系統(tǒng)能判斷人工干預(yù)，滿足制動及駐車的法規(guī)要求，制動冗余備份。

2.5 線控檔位功能

1.SCU接收自動駕駛控制器檔位需求，判斷條件滿足后發(fā)送需求檔位請求給VCU，VCU根據(jù)檔位切換邏輯進(jìn)行檔位切換（滿足所有擋位的線控請求），SCU增加與自動駕駛控制器握手邏輯，以便在人工干預(yù)情況下能快速響應(yīng)駕駛員換檔需求。自動駕駛控制器和SCU進(jìn)行握手，握手成功后發(fā)送檔位請求給SCU，同時接收VCU的實際檔位信號用于判斷檔位切換成功的狀態(tài)，能判斷人工干預(yù)。

2.6 線控駐車功能

線控駐車，能完成行車制動和駐車的線控請求。性能要求滿足國家法規(guī)，能判斷人工干預(yù)。

2.7 線控?zé)艄夤δ?/p>

BCM滿足洗滌控制、喇叭控制、門鎖控制，燈光控制、防盜的線控請求。并反饋控制信號給自動駕駛控制器。

2.8 計算平臺及傳感器供電功能

DCDC提供額定600W用電，峰值1000W，供電電壓12V.有電源冗余。

2.9 其他功能

遠(yuǎn)程啟動功能：通過后臺直接啟動車輛至ready狀態(tài)。自動駕駛系統(tǒng)接on檔電，自動駕駛系統(tǒng)上電后啟動自動駕駛。遠(yuǎn)程下電功能：響應(yīng)自動駕駛系統(tǒng)或者遠(yuǎn)程駕駛平臺發(fā)出的下電功能，并完成鎖車。

3 實現(xiàn)L4自動駕駛需增加的模塊

需要實現(xiàn)L4自動駕駛，需要增加GPS接收衛(wèi)星定位信號，激光雷達(dá)用于探測障礙物位置與方位，超聲波雷達(dá)用于測距，毫米波雷達(dá)，主要用于測速，攝像頭（三個，main，narrow，wide）用于探測車道線，障礙物等，PP7，用于接收信號以及測量各向加速度，MDC是控制器。

4 結(jié)語

智能駕駛是未來的趨勢，把娛樂和信息引入汽車生活是人之向往。研究智能駕駛將促進(jìn)汽車制造產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，同時也面臨著很多安全問題。所以需要一批又一批的學(xué)校和汽車相關(guān)企業(yè)去研究，投入，設(shè)計更先進(jìn)，更精準(zhǔn)的人工智能技術(shù)，用科技去突破一個又一個難關(guān)。

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