考慮并線的網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛巡航控制探究

商福興

【摘 要】簡(jiǎn)述智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)概念，分析了目前的關(guān)鍵技術(shù)，包括環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行、通信與平臺(tái)、信息安全，并闡述了其發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】智能網(wǎng)聯(lián);深度學(xué)習(xí);V2X通信;自動(dòng)駕駛

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是指搭載先進(jìn)傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與X（車(chē)、路、人等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終替代人操作的新一代汽車(chē)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)可以提供更安全、更節(jié)能、更環(huán)保、更便捷的出行方式和綜合解決方案。

1、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)其技術(shù)架構(gòu)涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下6種：1）環(huán)境感知技術(shù)，包括利用機(jī)器視覺(jué)的圖像識(shí)別技術(shù)，利用雷達(dá)的周邊障礙物檢測(cè)技術(shù)，多源信息融合技術(shù)，傳感器冗余設(shè)計(jì)技術(shù)等。2）智能決策技術(shù)，包括危險(xiǎn)事態(tài)建模技術(shù)，危險(xiǎn)預(yù)警與控制優(yōu)先級(jí)劃分，群體決策和協(xié)同技術(shù)，局部軌跡規(guī)劃，駕駛員多樣性影響分析等。3）控制執(zhí)行技術(shù)，包括面向驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運(yùn)動(dòng)控制，基于驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)/轉(zhuǎn)向/懸架的底盤(pán)一體化控制，融合車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信及車(chē)載傳感器的多車(chē)隊(duì)列協(xié)同和車(chē)路協(xié)同控制等。4）V2X 通信技術(shù)，包括車(chē)輛專(zhuān)用通信系統(tǒng)，車(chē)間信息共享與協(xié)同控制的通信保障機(jī)制，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多模式通信融合技術(shù)等。5）云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，包括云平臺(tái)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，云操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)和檢索技術(shù)，大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和深度挖掘技術(shù)等。6）信息安全技術(shù)，包括汽車(chē)信息安全建模技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等。

2、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知系統(tǒng)的任務(wù)是利用攝像頭、雷達(dá)、超聲波等主要車(chē)載傳感器以及V2X通信系統(tǒng)感知周?chē)h(huán)境，通過(guò)提取路況信息、檢測(cè)障礙物，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)提供決策依據(jù)。由于車(chē)輛行駛環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)前感知技術(shù)在檢測(cè)與識(shí)別精度方面無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛發(fā)展需要，深度學(xué)習(xí)被證明在復(fù)雜環(huán)境感知方面有巨大優(yōu)勢(shì)，在傳感器領(lǐng)域，目前涌現(xiàn)了不同車(chē)載傳感器融合的方案，用以獲取豐富的周邊環(huán)境信息，高精度地圖與定位也是車(chē)輛重要的環(huán)境信息來(lái)源。

2.2 自主決策技術(shù)

決策機(jī)制應(yīng)在保證安全的前提下適應(yīng)盡可能多的工況，進(jìn)行舒適、節(jié)能、高效的正確決策。常用的決策方法有狀態(tài)機(jī)、決策樹(shù)、深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)等。狀態(tài)機(jī)是用有向圖表示決策機(jī)制，具有高可讀性，能清楚表達(dá)狀態(tài)間的邏輯關(guān)系，但需要人工設(shè)計(jì)，不易保證狀態(tài)復(fù)雜時(shí)的性能。決策樹(shù)是一種廣泛使用的分類(lèi)器，具有可讀的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以通過(guò)樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練來(lái)建立，但是有過(guò)擬合的傾向，需要廣泛的數(shù)據(jù)訓(xùn)練。效果與狀態(tài)機(jī)類(lèi)似，在部分工況的自動(dòng)駕駛上應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)與增強(qiáng)學(xué)習(xí)在處理自動(dòng)駕駛決策方面，能通過(guò)大量的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工況的決策，并能進(jìn)行在線的學(xué)習(xí)優(yōu)化，但對(duì)未知工況的性能不易明確。

2.3 控制執(zhí)行技術(shù)

控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制車(chē)輛的速度與行駛方向，使其跟蹤規(guī)劃的速度曲線與路徑。現(xiàn)有自動(dòng)駕駛多數(shù)針對(duì)常規(guī)工況，較多采用傳統(tǒng)的控制方法。性能可靠、計(jì)算效率高，已在主動(dòng)安全系統(tǒng)中得到應(yīng)用?，F(xiàn)有控制器的工況適應(yīng)性是一個(gè)難點(diǎn)，可根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行控制器參數(shù)的適應(yīng)性設(shè)計(jì)。在控制領(lǐng)域中，多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)具有獨(dú)立自主能力的智能體，通過(guò)一定的信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互作用而形成的一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。用多智能體系統(tǒng)方法來(lái)研究車(chē)輛隊(duì)列，可以顯著降低油耗、改善交通效率以及提高行車(chē)安全性。

2.4 通信與平臺(tái)技術(shù)

車(chē)載通信的模式，依據(jù)通信的覆蓋范圍可分為車(chē)內(nèi)通信、車(chē)際通信和廣域通信。車(chē)內(nèi)通信，從藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展到Wi-Fi技術(shù)和以太網(wǎng)通信技術(shù);車(chē)際通信，包括專(zhuān)用的短程通信技術(shù)和正在建立標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)間通信長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)。廣域通信，指目前廣泛應(yīng)用在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的4G等通信方式。通過(guò)網(wǎng)聯(lián)無(wú)線通信技術(shù)，車(chē)載通信系統(tǒng)將更有效地獲得的駕駛員信息、自車(chē)的姿態(tài)信息和汽車(chē)周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行整合與分析。通信與平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了車(chē)輛對(duì)于交通與環(huán)境的感知范圍，為基于云控平臺(tái)的汽車(chē)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)提供了支撐條件。車(chē)輛通過(guò)車(chē)與云平臺(tái)的通信將其位置信息及運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送至云端，云端控制器結(jié)合道路信息以及交通信息對(duì)車(chē)輛速度和擋位等進(jìn)行優(yōu)化，以提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性并提高交通效率。

2.5 信息安全技術(shù)

結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展實(shí)際，確定網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)管理對(duì)象并實(shí)行分級(jí)管理，建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、傳輸安全、應(yīng)用安全三維度的數(shù)據(jù)安全體系。建立包括云安全、管安全、端安全在內(nèi)的數(shù)據(jù)安全技術(shù)框架，制定智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞信息安全技術(shù)領(lǐng)域的周邊行業(yè)，出現(xiàn)很多創(chuàng)新研究方向。比如在信息安全測(cè)試評(píng)估方面，通過(guò)干擾車(chē)輛的通信設(shè)備以及雷達(dá)和攝像頭等車(chē)載傳感設(shè)備，進(jìn)行智能車(chē)的信息安全的攻防研究。

3、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 人工智能AI技術(shù)快速發(fā)展和應(yīng)用

人工智能（AI）技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)上正在得到快速應(yīng)用。尤其在環(huán)境感知領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)已凸顯出巨大優(yōu)勢(shì)。深度學(xué)習(xí)需要大量的數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)的樣本庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)提出了較高需求，還存在內(nèi)在機(jī)理不清晰、邊界條件不確定等缺點(diǎn)，需要與其他傳統(tǒng)方法融合使用以確?？煽啃?，且目前也受限于車(chē)載芯片處理能力的限制。

3.2 激光雷達(dá)等先進(jìn)傳感器加速發(fā)展

激光雷達(dá)相對(duì)于毫米波雷達(dá)等其他傳感器具有分辨率高、識(shí)別效果好等優(yōu)點(diǎn)，已越來(lái)越成為主流的自動(dòng)駕駛汽車(chē)用傳感器。但由于體積大、成本高，同時(shí)也更易受雨雪等天氣條件影響，導(dǎo)致其還不能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前激光雷達(dá)正在向著低成本、小型化的固態(tài)掃描或機(jī)械固態(tài)混合掃描形式發(fā)展。

3.3 自主式智能與網(wǎng)聯(lián)式智能技術(shù)加速融合

網(wǎng)聯(lián)式系統(tǒng)能從時(shí)間和空間維度突破自主式系統(tǒng)對(duì)于車(chē)輛周邊環(huán)境的感知能力。在時(shí)間維度，通過(guò)V2X通信，系統(tǒng)能夠提前獲知周邊車(chē)輛的操作信息等交通控制系統(tǒng)信息以及氣象條件、擁堵預(yù)測(cè)等更未來(lái)狀態(tài)信息。在空間維度，通過(guò)V2X通信，系統(tǒng)能夠感知交叉路口盲區(qū)、彎道盲區(qū)、車(chē)輛遮擋盲區(qū)等位置環(huán)境信息，使得自動(dòng)駕駛系統(tǒng)更全面地掌握周邊交通態(tài)勢(shì)。網(wǎng)聯(lián)式智能技術(shù)與自主式智能技術(shù)相輔相成，互為補(bǔ)充，正在加速融合發(fā)展。

3.4 高速公路與低速區(qū)域自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將率先應(yīng)用

高速公路與城市低速區(qū)域?qū)⑹亲詣?dòng)駕駛系統(tǒng)率先應(yīng)用的場(chǎng)景。高速公路的車(chē)道線、標(biāo)示牌等結(jié)構(gòu)化特征清晰，交通環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，適合車(chē)道偏離報(bào)警、車(chē)道保持系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自適應(yīng)巡航控制等駕駛輔助系統(tǒng)的應(yīng)用。而在特定的城市低速區(qū)域內(nèi)，可提前設(shè)置好高精度定位、V2X等支撐系統(tǒng)，采集好高精度地圖，利于實(shí)現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)駕駛。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：西華大學(xué) 汽車(chē)與交通學(xué)院）