智能車輛人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制策略分析

何新華，雷曦

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

隨著我國人工智能、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，智能車輛迎來新的發(fā)展契機(jī)，其中以人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制為代表的智能車輛應(yīng)用技術(shù)，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。一方面，人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制始終是智能車輛領(lǐng)域的前沿科研方向，另一方面，協(xié)同轉(zhuǎn)向技術(shù)是智能車輛的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，掌握相關(guān)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)智能車輛的快速發(fā)展。

1 智能駕駛輔助技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

智能駕駛輔助技術(shù)，是在車輛安裝智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車輛對周邊情境的動態(tài)捕捉，一方面，利用雷達(dá)、攝像頭等探測記錄設(shè)備對周邊環(huán)境進(jìn)行記錄和分析，另一方面，結(jié)合智能輔助駕駛系統(tǒng)，融合硬件設(shè)備的外部信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效的融合和應(yīng)用，借助軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對車輛的“人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制操作”模式。因此是當(dāng)前提升駕駛員感知能力的主要技術(shù)手段，再結(jié)合軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有駕駛體驗(yàn)的創(chuàng)新應(yīng)用。對于車輛外部的駕駛環(huán)境，結(jié)合車輛的碰撞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測算，標(biāo)記出對應(yīng)的安全區(qū)域以及危險區(qū)域，結(jié)合車輛激光雷達(dá)防控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對多個影像資料的解析和梳理。通過多個攝像頭的信息錄制，可以實(shí)現(xiàn)對周邊障礙物的有效確定，結(jié)合多次的信息掃描，實(shí)現(xiàn)對障礙內(nèi)容的有效提醒。結(jié)合駕駛員反應(yīng)時間以及制動速度、車輛速度、地理位置等訊息，可以更為具體體現(xiàn)出智能輔助駕駛的功能。通過對相關(guān)參數(shù)的引入，讓駕駛環(huán)境以及駕駛功能呈現(xiàn)更為真實(shí)的效果，從而實(shí)現(xiàn)智能輔助的目的。利用計算機(jī)技術(shù)，建立智能車輛的TTC 模型，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行危險判斷。

對于車輛的盲區(qū)，要結(jié)合防碰撞系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警和估算，同時對車輛主要軌道進(jìn)行檢測和預(yù)警，并且可以對車輛未來運(yùn)行路徑進(jìn)行預(yù)判，最后結(jié)合駕駛員的校正能力進(jìn)行車道信息的提醒。當(dāng)車道持續(xù)偏離時，可以進(jìn)行車道預(yù)警，同時還能夠?qū)④囕v形成的盲區(qū)進(jìn)行影像監(jiān)控，確保駕駛的安全性和可靠性。

2 人機(jī)切換模式的應(yīng)用環(huán)境

全自動駕駛技術(shù)已經(jīng)在北京、上海等地區(qū)進(jìn)行投放運(yùn)營，其中利用了智能車輛技術(shù)中的人機(jī)駕駛場景互換控制方式。該技術(shù)幫助智能車輛實(shí)現(xiàn)人機(jī)駕駛的有效切換，同時在駕駛過程中，超出駕駛?cè)藛T的能力范疇時，會進(jìn)行某些場景的智能駕駛模式。當(dāng)智能駕駛實(shí)現(xiàn)對車輛主動權(quán)的控制時，可以對車輛對應(yīng)緊急情況進(jìn)行控制，同時系統(tǒng)會將車輛的駕駛權(quán)、管理權(quán)交由自動駕駛系統(tǒng)。例如，自動導(dǎo)航、自動制動系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)等。通過將車輛駕駛權(quán)限進(jìn)行有效的分類和轉(zhuǎn)移，減少駕駛員的不確定性和意外性，同時實(shí)現(xiàn)最佳的車輛駕駛模式，達(dá)到人機(jī)駕駛的有效融合。另外，駕駛員可以在智能控制系統(tǒng)中，利用物理操作模式，將車輛駕駛的主動權(quán)收回，因此存在二者權(quán)利的博弈和對立。一方面，智能駕駛系統(tǒng)對車輛周邊的環(huán)境可以進(jìn)行自我判斷，同時駕駛?cè)藛T也會存在車輛控制的必然理由，需要在某些場景中，實(shí)現(xiàn)對某些駕駛問題的科學(xué)切換，保障駕駛的安全性和保障性。

3 人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制技術(shù)

3.1 輸入修正式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制

在人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制技術(shù)中，輸入修正式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制策略，是讓智能駕駛系統(tǒng)不參與影響車輛行駛的控制功能，而是利用駕駛員的控制器操作輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的疊加或者修正，結(jié)合車輛駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)對車輛的有效控制，最終實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同駕駛功能的有效成效。人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制的發(fā)展過程，是通過對車輛轉(zhuǎn)角的協(xié)同轉(zhuǎn)向控制，結(jié)合計算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對車輛縱向速度的有效糾正。近年來，隨著智能駕駛技術(shù)的升級和優(yōu)化，以人機(jī)共駕模式的不確定性，進(jìn)行科學(xué)的分析以及有效干預(yù)，確保車輛駕駛權(quán)限以及駕駛的安全性得以保障。另外在人機(jī)共駕模式中，要對車輛行駛路徑進(jìn)行科學(xué)的嘗試以及驗(yàn)證，保障駕駛員的駕駛安全以及操作的自由度。同時利用車輛駕駛動態(tài)模型，對駕駛員的意圖以及車輛安全進(jìn)行系統(tǒng)化的提升和改良，在安全的前提下，實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T對車輛的全部控制權(quán)。因此，人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制，大多分為直接協(xié)同轉(zhuǎn)向控制以及非直接協(xié)同轉(zhuǎn)向控制，并且在駕駛過程中，按照對應(yīng)的計算框架，將協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化。在此框架內(nèi)，通過對車輛運(yùn)行狀態(tài)以及可能發(fā)生的風(fēng)險進(jìn)行預(yù)判，對于車輛發(fā)生危險時的控制舉措，要結(jié)合實(shí)際的車輛運(yùn)行環(huán)境，以及車輛動力系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行協(xié)同操作。首先需要將相關(guān)問題進(jìn)行警告和提醒，然后對不同的危險問題進(jìn)行人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制，利用不同程度的控制原則以及控制方式，進(jìn)行合理的管控和調(diào)整。另外結(jié)合輪胎的非線性特性，進(jìn)行人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制轉(zhuǎn)向器的研發(fā)工作，保障在車輛運(yùn)行過程中，發(fā)生危險問題時，可以借助協(xié)同轉(zhuǎn)向控制器，實(shí)現(xiàn)對危機(jī)的有效化解。協(xié)同轉(zhuǎn)向控制器，在安全操作的框架下，實(shí)現(xiàn)對車輛駕駛方向的有效操作，是以最小代價的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共駕運(yùn)行模式，將危險問題的有效化解，同時結(jié)合駕駛員的駕駛習(xí)慣進(jìn)行預(yù)測性的速度測算，保障車輛的運(yùn)行安全。

3.2 觸覺交互式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制

與輸入修正式系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制原則不同，觸覺交互式系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向原則，具有兩大優(yōu)勢：其一，可以幫助駕駛員，通過觸覺交互系統(tǒng)對相關(guān)信息進(jìn)行反饋處理，進(jìn)一步提升人的參與程度。其二，在緊急情況下，駕駛員可以實(shí)現(xiàn)對車輛駕駛系統(tǒng)的有效操控，實(shí)現(xiàn)對車輛控制權(quán)的有效控制。近年來，通過對觸覺交互式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的優(yōu)化和提升，有效融合車輛預(yù)控能力以及觸覺反饋技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對車輛方向盤、踏板等設(shè)備的直接參與，保障車輛在運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)車輛行駛?cè)蝿?wù)的良好表現(xiàn)。另外，針對觸覺交互式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，研發(fā)的控制器設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對車輛動態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)的有效補(bǔ)償和糾正，結(jié)合人機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向的各種需求，實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行方向的精準(zhǔn)變化。另外，以車輛車道為目標(biāo)的輔助駕駛系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對人、車、路一路化管理的駕駛模式，利用車輛運(yùn)行矩陣，對車輛駕駛員的動作、行為、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測，實(shí)現(xiàn)對駕駛?cè)藛T相關(guān)行為的有效參與，確保車輛在運(yùn)行過程中，可以利用觸覺交互式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人工駕駛到智能駕駛的有效過渡，確保對駕駛員各項錯誤行為進(jìn)行糾正和處理，保障運(yùn)行過程的安全性和穩(wěn)定性。不僅如此，視覺預(yù)瞄機(jī)制的應(yīng)用，將車輛位置偏差以及車輛導(dǎo)航偏差的角度進(jìn)行預(yù)控和應(yīng)用，減少駕駛員的主觀模糊性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩交互式轉(zhuǎn)向駕駛系統(tǒng)的有效實(shí)踐。另外在電動車平臺中，利用人機(jī)共駕的運(yùn)行機(jī)制，實(shí)行對控制策略的有效管理[1]。

觸覺交互式協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的主要核心，是利用人類神經(jīng)的肌肉運(yùn)動作為期望輔助力矩，通過在相關(guān)領(lǐng)域的研究和試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中提升和改良人機(jī)共駕的運(yùn)行情況。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析和梳理，確保矩陣調(diào)節(jié)能力與神經(jīng)肌肉行為的有效融合，進(jìn)而提升人機(jī)駕駛的安全性和保障性。不僅如此，在不同反饋力的協(xié)同系統(tǒng)環(huán)境中，利用反饋式協(xié)同控制策略，實(shí)現(xiàn)對反制問題的有效解決，同時結(jié)合不同的觸覺反饋力，以及駕駛員肌肉力學(xué)的變化特點(diǎn)，進(jìn)行駕駛策略的動態(tài)調(diào)整。根據(jù)相關(guān)技術(shù)平臺的測試結(jié)果，對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)以及優(yōu)化方向，可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性[2]。

4 協(xié)同轉(zhuǎn)向控制測試與評價

與傳統(tǒng)車輛測試與評價方式有所不同，智能車輛協(xié)同轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的評測，需要實(shí)現(xiàn)人、車、獨(dú)立系統(tǒng)的多樣化測試模式，測試的目標(biāo)以及測試的內(nèi)容極為復(fù)雜，包含多個駕駛場景以及意外情況的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在協(xié)同轉(zhuǎn)向控制測試方面，需要將人、車、獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境測試以及定位系統(tǒng)測試，保障系統(tǒng)對運(yùn)行情況的合理化判斷，同時針對系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行多元化的測試和評價，尤其是車輛的硬件設(shè)備以及軟件系統(tǒng)，其性能的測試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的控制體系是否存在較大的差距。另外以PEGASUS 項目為例，通過系統(tǒng)開發(fā)項目以及智能駕駛場景進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，以數(shù)據(jù)建模的形式對相關(guān)測算數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，結(jié)合試驗(yàn)室的仿真環(huán)境對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證和分析，其中包括人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向操作時的監(jiān)控系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及彎道的感應(yīng)系統(tǒng)。在進(jìn)行測試的過程中，還要將測試數(shù)據(jù)與測試平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。一方面，確保測速內(nèi)容與測試目的的有效匹配，另一方面，針對不同的測試場景以及測試環(huán)境，探索當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域中存在的監(jiān)管空白，保障車輛協(xié)同轉(zhuǎn)向過程中，可能出現(xiàn)的問題和漏洞。智能車輛人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制策略，需要不斷進(jìn)行技術(shù)升級以及場景升級，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，不斷對當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行優(yōu)化和改良，確保技術(shù)得到有效的適應(yīng)和提升[3]。

5 結(jié)論

人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制，是當(dāng)前人機(jī)共駕模式的重要發(fā)展技術(shù)，也是進(jìn)一步推動智能車輛應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)，通過對人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)換控制策略的研究和梳理，進(jìn)一步推動智能汽車的研發(fā)和使用，助力我國智能汽車發(fā)展體系的壯大和蛻變。