淺談別克品牌的高級輔助駕駛系統

楊榮林

(上汽通用汽車銷售有限公司,上海 201206)

1 自動駕駛概述

自動駕駛汽車,也稱智能網聯汽車或無人駕駛汽車,是指集成環境感知傳感器、電控或線控底盤、高精度地圖、無線通信、云計算和AI等先進技術,實現自動行車路徑規劃、自動行為決策等操作的新一代汽車技術[1]。

美國汽車工程師協會(SAE)對汽車自動化水平的分級從0級到5級(L0-L5),這也是當前行業內普遍采用的分級標準(表1)。

表1 SAE自動駕駛水平的分級標準

L2-L3級別的自動駕駛汽車,目前比較有代表性的是凱迪拉克CT6、Audi A8和特斯拉Autopilot。

凱迪拉克CT6配置了超級巡航系統(Super Cruise),這個系統能在封閉的高速公路上進行有條件的自動駕駛,車輛可以自動控制轉向、油門和制動,實現本車道自適應巡航,但是駕駛員必須作好隨時接管車輛的準備,駕駛責任還在駕駛員。

Audi A8具有低速自動駕駛和自動泊車等功能。當車速低于60 km/h,車道線清晰并且車道中央帶隔離帶的路況下,駕駛員按下Audi AI按鈕就可以啟動自動駕駛功能。

特斯拉Autopilot在升級了Navigate on Autopilot后,車輛可以自動上下高速匝道,實現換道建議、高速出口導航等功能。特斯拉Autopilot與凱迪拉克CT6及Audi A8等其他L2-L3級別的車最大的不同是可以實現自動變換車道。

目前,自動駕駛的發展途徑主要包括漸進式發展和跨越式發展。漸進式發展模式的代表企業主要是傳統的整車廠商、新勢力造車以及零部件供應商,例如Audi、特斯拉和博世等,從L0-L1級別的高級駕駛輔助系統(ADAS)技術開始,逐步實現自動駕駛,這種發展方式技術實現難度低,商業落地變現較為容易[2]。

跨越式發展模式的代表企業主要是科技創新企業和出行服務企業,例如Waymo、百度、優步(Uber)等,這些企業跳過L3以下級別,直接研究L4和L5級別的無人駕駛技術。這種發展模式可以直接占領技術制高點,獲得核心競爭優勢。

通用通過收購自動駕駛初創公司Cruise,實現漸進式和跨越式同步發展,在整車廠中發展速度最快。

2 高級駕駛輔助系統功能介紹

ADAS是通過單目或雙目攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達甚至激光雷達等環境感知傳感器收集車內外的環境參數,對動態、靜態物體進行辨識和追蹤,第一時間提醒駕駛員可能發生的危險,甚至主動操控制動、轉向和油門以規避危險的主動安全技術[3]。

ADAS系統功能主要覆蓋SAE L0-L2級別范圍,按照技術進行分類,ADAS可分為輔助預警類和輔助控制類(圖1)。

圖1 ADAS系統功能匯總圖

輔助預警類ADAS屬于L0級別,包括：

(1)FCA為預警系統,通過聲音、振動等方式提醒駕駛員,但不會采取主動制動的控制措施。FCA的啟用條件是車速高于8 km/h,其中配置自適應巡航系統功能FCA的啟用條件是車速高于4 km/h,可以探測60 m以內的車輛。

(2)LDW系統可實時探測車道線,當車輛在沒有使用相應方向的轉向信號燈的情況下偏離車道壓線時,系統會通過聲音、振動等發出警告,但不會控制方向盤。該功能的開啟條件是車速高于80 km/h以上。

(3)FDI系統可探測與前車的距離,并根據本車車速,在儀表上顯示時間和距離等信息,確保行車過程中始終保持安全距離。

(4)LCA系統主要用于檢測車輛兩側快速接近的車輛,避免變道過程中出現危險。探測范圍是車輛兩側約一個車道或3.5 m寬,向后方70 m左右的區域。

(5)SBZA系統屬于LCA系統的一部分,其探測范圍是車輛后方5 m左右區域。當探測到有車輛存在時,對應一側的后視鏡警示燈將自動點亮。

(6)RCTA也被稱作后方穿越預警,通過后保險杠上左右2個24 MHz毫米波雷達進行探測,探測范圍是20 m以內的車輛或物體。

輔助控制類ADAS屬于L1級別,包括：

(1)ACC是在定速巡航的基礎上進一步發展起來的智能化巡航系統。可以根據駕駛員的設置,自動控制油門和制動以調整車速,保持與前車的跟車距離。ACC的啟用條件是車速大于25 km/h。

(2)LKA系統可以看作是車道變更輔助系統LCA的升級,當車輛在沒有使用相應方向的轉向燈但車身靠近已探測到的車道線時,系統會主動轉動方向盤以修正方向,使車輛在原有車道內保持行駛。該功能的啟用條件是車速在80～180 km/h。

(3)CMB系統包括高、低2種配置。高配置的CMB帶有遠距離雷達模塊,也稱為全速防撞自動剎車。低配的CMB不帶有遠距離雷達模塊,僅利用前視攝像頭工作,也稱為低速自動剎車。可以對可能發生的車輛之間的碰撞提前采取制動措施,緩解甚至避免碰撞的發生。

(4)PD系統能夠識別車輛前方的行人,通過儀表指示燈提醒駕駛員前方有行人,駕駛員如果沒有作出任何反應,當碰撞即將發生時,系統會控制車輛制動系統使車輛完全停止。

(5)APA系統可以自動計算停車軌跡,駕駛員只要按照系統提示控制剎車和檔位,系統會自動控制轉向使車輛停入車位。

表2是上汽通用汽車別克品牌各個車型的ADAS系統配置情況。

3 高級駕駛輔助系統ADAS的系統構成及關鍵技術

3.1 ADAS系統構成

ADAS系統主要由三大部分構成：環境感知層、自主決策層以及車輛控制層。環境感知層主要功能是確定車輛的位置以及周邊的環境(動態和靜態)。決策層的功能是根據感知層提供的信息進行計算,給出行車路徑和行車參數。執行層用于執行決策層的指令。圖2示出了ADAS系統結構示意圖,表3示出了別克品牌ADAS各個功能的輸入和輸出部件圖。

表2 別克各車型ADAS系統配置圖

圖2 ADAS系統結構示意圖

表3 別克品牌ADAS各個功能的輸入和輸出部件圖

3.2 ADAS關鍵技術

3.2.1 毫米波雷達

毫米波雷達傳感器屬于主動型傳感設備,通過天線發射毫米波信號(波長1～10 mm,頻率30～300 GHz),并有雷達天線接收從目標物反射回來的信號(表4)。毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強,精度高,實時性強,不需要復雜的計算和設計。但是對行人的反射與測距效果差,無法識別交通標志和行人,也容易受外部因素干擾,特別是電磁波干擾。

表4 毫米波雷達的頻段和應用范圍

3.2.2 攝像頭

攝像頭傳感器在人工智能算法的支持下,可以識別障礙物的形狀、大小和距離等,甚至識別車輛前方可活動的空間區域,具有行車軌跡規劃的能力。FCA、LDW、LKA、PD、全景泊車(SVP)、駕駛員疲勞檢測等眾多ADAS功能都需要借助攝像頭實現,有些功能甚至只能通過攝像頭來實現。

當前,車載攝像頭有單目攝像頭、雙目攝像頭(可深度感知)、環視攝像頭(魚眼)、后視攝像頭。攝像頭傳感器最大的缺點是在大霧、強光照射和黑夜等惡劣環境下的感知效果及測距性能差。

3.2.3 激光雷達(LiDAR)

LiDAR全稱是激光探測和測距,是一種距離測量的遙感技術。通過對目標物體進行3D激光掃描和探測,接收反射激光后,可以獲得目標物體的輪廓和位置信息。激光雷達在自動駕駛中的應用主要是定位和障礙物的檢測分類。目前,根據掃描方式,激光雷達可分為3D扇形掃描激光雷達和3D旋轉式掃描激光雷達。激光雷達的局限性是雨雪霧天氣下性能較差,價格昂貴,數據量過大。激光雷達結構見圖3。

3.2.4 深度學習

深度學習在自動駕駛技術上的應用,目前主要體現在感知和決策兩個方面。

在感知部分,通過深度學習來提高圖像識別能力,實現物體識別和可行駛區檢測。比如Audi A8的前視攝像頭,集成了智能圖像處理軟件,利用單目攝像頭結合深度學習技術,精確計算出物體的寬度、高度和距離。能夠識別和分類汽車、卡車、交通標志、行人和車道標線。

圖3 激光雷達結構示意圖

在自動駕駛決策的部分,幫助車輛在復雜的路況下獨立找到駕駛模式和規則,并據此作出各種判斷和選擇。目前,各大無人駕駛研發公司在公共道路上進行實車測試的一個重要目的是為機器學習采集訓練數據,如百度Road Hackers、特斯拉的影子模式(shadowmode)功能。

4 典型案例

4.1 “前雷達被遮擋”或“自適應巡航暫時不可用”情況

在整車儀表間歇性提示“前雷達被遮擋”或“自適應巡航暫時不可用”時,車輛自適應巡航功能失效,讀取車輛無診斷故障代碼(DTC),通信狀態正常,見圖4。

圖4 “前雷達被遮擋”或“自適應巡航暫時不可用”情況相關圖片

可以先檢查前格柵、前車標的狀態,查看是否有裂紋缺角等情況;檢查牌照安裝情況,是否存在牌照框、牌照安裝不夠貼合的情況;對遠距離雷達模塊進行學習,如果讀入狀態錯誤,重點檢查遠距離雷達模塊的安裝狀態;最后可以考慮遠距離雷達模塊自身零件故障,可以通過兩車互換模塊,如果互換后,可以成功學習,說明模塊自身已經損壞。

4.2 “自動泊車輔助-失效”情況

車輛在使用自動泊車輔助功能時,儀表提示“自動泊車輔助-失效”。自動泊車輔助功能會在以下情況出現時退出工作：(1)自動泊車模式下,短按APA開關;(2)尋找車位車速過高(大于30 km/h);(3)泊車車速過高(大于10 km/h);(4)在泊車過程中駕駛員操控方向盤;(5)泊車時間超過最大時間限制;(6)關閉點火開關,儀表提示圖見圖5。

圖5 儀表提示圖

可以先采用診斷工具檢測,系統無DTC出現,與正常車輛對比數據未見異常。更換轉向機,故障依舊。與正常車互換轉向管柱總成,故障消失。更換新的轉向柱后故障還是存在。經過反復試車驗證,最后鎖定故障點是客戶自己加裝過重的方向盤套引起。

5 結語

交通事故的頻發和交通擁堵的加劇催生了高級駕駛輔助系統以及無人駕駛技術的出現。隨著高級駕駛輔助系統技術的不斷成熟,別克各個車型陸續配置了ACC、LDW、CMB等技術,而且從高端車型不斷往低端車型延伸。預計不久之后,高級駕駛輔助系統會成為別克各個車型的標準配置,能有效提高了車輛的安全性,保障車輛及行人的生命安全和財產安全。