自動駕駛機器人關鍵技術及應用分析

陳曦，楊古涵，韓燕祥

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

伴隨著汽車制造行業(yè)的發(fā)展，在汽車生產(chǎn)制造過程中，往往需要借助大量的試驗來對汽車的可靠性與耐久性進行綜合評測，以此不斷提高汽車的設計水平。在汽車性能試驗中，往往需要借助自動駕駛機器人來進行，由于自動駕駛機器人具備控制精準度高、重復性好以及耐磨損等實用優(yōu)點。同樣由于當前自動化技術的發(fā)展，為自動駕駛機器人的環(huán)境感知與系統(tǒng)識別創(chuàng)造了良好的條件，為自動駕駛機器人的自動化程度的提升奠定了技術保障。自動駕駛機器人是能夠實現(xiàn)車輛自動駕駛行為的機械裝置，其借助設計人員預先給定的相關指令進行駕駛操作行為，如起步、加速、換道、避碰、停車等一系列自主駕車形式。

1 自動駕駛機器人研究現(xiàn)狀

在自動化技術的發(fā)展下，發(fā)達國家的駕駛機器人取得了較好的成果。但是，其核心關鍵技術處于保密階段，如英國的ABD 公司研發(fā)的轉向駕駛機器人，能夠控制測試車輛進行瞬間轉向性能，具備較高的精準度與重復性優(yōu)勢。同樣，德國的ATAHLE 公司作為全球最大的汽車自動駕駛機器人供應商，其研發(fā)的自動機器人能夠應用于環(huán)境測試，能夠對汽車的耐久性、噪音、傳送性能等進行測試。而國內對于自動駕駛機器人的研究相對較晚，但是，在汽車公司與高校和科研究機構的努力下已經(jīng)取得一定的成果，在汽車道路實驗的駕駛機器人雖然不多，但是，其性能正在逐步追趕先進的研發(fā)水平。同樣在當前的相關研究中，由于自動駕駛機器人的核心關鍵技術的價格過于昂貴，難以實現(xiàn)商業(yè)化，在我國的研發(fā)機構中，過多地偏重于自動無人駕駛操作系統(tǒng)，對于自動駕駛機器人的研究任然處于推廣研發(fā)使用階段，因此，導致自動駕駛機器人的普及性與經(jīng)濟效益的不佳。

2 自動駕駛機器人的關鍵技術分析

在當前自動駕駛機器人的功能實現(xiàn)中，需要重視其關鍵技術的研發(fā)。由于自動駕駛機器人的功能需求，導致其關鍵的技術涉及環(huán)境感知系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)三大部分。

2.1 環(huán)境感知系統(tǒng)

在自動駕駛機器人的關鍵技術中，其環(huán)境測試試驗的功能實現(xiàn)依賴于其環(huán)境感知系統(tǒng)。在自動駕駛機器人的環(huán)境感知關鍵技術中，環(huán)境感知系統(tǒng)能夠為自動駕駛機器人獲取道路、車輛、障礙物等外在環(huán)境的詳細數(shù)據(jù)，因此，環(huán)境感知系統(tǒng)作為自動駕駛機器人正常駕駛與精準控制的基礎。在環(huán)境感知系統(tǒng)中，借助衛(wèi)星定位技術與視覺感知技術，能夠幫助自動駕駛機器人實現(xiàn)精準定位，與相關的駕駛標志識別，從而為控制系統(tǒng)提供準確的外在環(huán)境數(shù)據(jù)，為后續(xù)的相應指令提供重要的數(shù)據(jù)支撐。例如，在自動駕駛機器人的環(huán)境感知系統(tǒng)中，視覺感知能夠對自動駕駛機器人在駕駛測試汽車的過程中，對車道、道路標識、信號燈以及行人障礙物等進行準確識別。視覺感知作為環(huán)境感知系統(tǒng)的關鍵組成部分，其能夠為環(huán)境感知系統(tǒng)提供準確可靠的環(huán)境信息，以此實現(xiàn)自動駕駛機器人的環(huán)境測試試驗。

2.2 執(zhí)行系統(tǒng)

在自動駕駛機器人的關鍵技術中，其高精準度與高重復性優(yōu)勢依賴于其執(zhí)行系統(tǒng)。在自動駕駛機器人的執(zhí)行系統(tǒng)當中，其執(zhí)行是自動加強機器人能夠完成預期功能的基礎。自動駕駛機器人的執(zhí)行系統(tǒng)主要囊括對測試車輛的離合、自動、油門三個重要踏板的操縱，同樣執(zhí)行辨析題也對方向盤、換擋桿、點火等進行相應操縱。通過自動駕駛機器人的執(zhí)行系統(tǒng)，能夠對測試車輛進行速度、放心、安全等因素控制。通過自動駕駛機器人的各項功能實現(xiàn)中，借助執(zhí)行系統(tǒng)能夠保證自動駕駛機器人與經(jīng)驗豐富的駕駛員保證控制一致。例如常見的自動駕駛機器人的執(zhí)行系統(tǒng)能夠讓汽車在自動過程中，對于離合、油門、制動踏板的機械腿與方向盤機械手臂的協(xié)調，通過正確的順序關系，以此符合安全加深的基本需求，從而保證自動駕駛機器人的安全駕駛行為。

2.3 操作控制系統(tǒng)

在自動駕駛機器人的關鍵技術中，操作控制系統(tǒng)作為自動駕駛機器人的組成核心，操作控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動駕駛機器人在認為控制指令下完成測試車輛的狀態(tài)以及環(huán)境感知信息，通過相信的決策對執(zhí)行系統(tǒng)進行發(fā)送控制指令。因此，操作控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動駕駛機器人對車輛的速度與方向的管控。同樣，自動駕駛機器人關鍵技術的操作控制主要涉及到驅動與控制兩個方面。在當前的自動駕駛機器人的驅動方式中，主要有氣動驅動、液動驅動以及伺服驅動等三個方式，由于自動駕駛機器人的各個驅動方式各具特點，因此，需要在測試車輛的實際場景來選擇合適的驅動方式。在當前自動駕駛機器人的控制策略中，其主要考慮測試車輛的安全駕駛的前提下，對于車輛的速度以及方向的控制，例如，自動駕駛機器人的車道保持與規(guī)避碰撞等功能的實現(xiàn)。因此在自動駕駛機器人對于車輛控制中，需要借助智能算法，通過對道路環(huán)境的識別，以預瞄點對車輛進行預定控制，從而實現(xiàn)車輛的安全駕駛。

3 自動駕駛機器人在汽車測試的應用分析

自動駕駛機器人在對汽車性能測試試驗中的應用，主要體現(xiàn)在汽車的重復性試驗、安全性能試驗以及高精準度的道路試驗中。

3.1 自動駕駛機器人應用體現(xiàn)

自動駕駛機器人在汽車性能的測試應用主要體現(xiàn)在以下三個層面：（1）自動駕駛機器人能夠在單一的駕駛環(huán)境下，代替駕駛員對車輛進行測試，能夠有效地規(guī)避駕駛員的重復駕駛操作的疲勞感。例如，常見的對測試汽車開展的耐久性實驗與道路性能實驗中，自動駕駛機器人能夠有效的替代駕駛員執(zhí)行易疲勞重復的駕駛操作，保證試驗的順利進行。（2）精準性測試實驗。自動駕駛機器人能夠很好地應用與對測試汽車的精準控制測試。借助自動駕駛機器人能夠滿足控制高精準度和駕駛要求。例如，在勻速駕駛與歷程駕駛實驗中，自動駕駛機器人能夠精準地控制測試汽車。（3）安全性試驗。在對測試汽車進行安全性能實驗中，往往設計要一些危險性的測試，例如，防側翻實驗和ABS 實驗。借助自動駕駛機器人能夠有效地規(guī)避駕駛員駕駛操作的人事安全隱患，從而保證汽車測試實驗的安全性。

3.2 應用實例分析

自動駕駛機器人在汽車性能測試中的應用，可以借助其他輔助系統(tǒng)實現(xiàn)汽車測試的無人駕駛。通過借助人工智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動駕駛機器人的駕駛智能化與自動化，通過控制車速與方向實現(xiàn)自動駕駛機器人的新功能實現(xiàn)。例如，在城市快速公交和景區(qū)的固定路線觀光車的駕駛中，借助自動駕駛機器人能夠保證駕駛的精準與安全。同樣，在我國的駕駛機器人中，北京航空航天大學與重點實驗室研發(fā)的Robot Driver（機器人駕駛員）兩代中，對于關鍵技術的操作控制系統(tǒng)與執(zhí)行系統(tǒng)的基礎上，進行性能升級，從而讓自動駕駛機器人能夠滿足不同路面的高強度持續(xù)測試工作，具備較高的試驗價值。同樣，在Robot Driver 型號的Robot 自動駕駛機器人中，采用交流伺服電機驅動，其執(zhí)行系統(tǒng)能夠獨立于汽車結構外，具備安裝拆除簡單，適用于多種型號的汽車，因此，具備較高的適應性和靈活性。同樣，借助視覺感知技術與多源信息技術的融合，能夠有效地降低自動駕駛機器人的研發(fā)成本，同時，也能夠保證其各項功能的順利實現(xiàn)。

4 結語

由此可見，本文主要對自動駕駛機器人的研發(fā)現(xiàn)狀以及關鍵技術與應用進行詳細闡述，由于自動駕駛機器人具備的高精準度與高重復性的應用價值，能夠有效地代替駕駛員對研發(fā)汽車進行性能測試，從而保證研發(fā)汽車的危險性試驗與可靠性測試為后續(xù)的車輛設計提供重要的數(shù)據(jù)支持。同樣，借助當前智能化技術、環(huán)境感知技術、控制技術的快速發(fā)展，在自動駕駛機器人的功能與性能上能夠實現(xiàn)創(chuàng)新優(yōu)化，為汽車試驗行業(yè)提供良好的應用前景，從而為推動我國汽車行業(yè)奠定堅實的技術保障。