自動駕駛汽車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)綜述

孟祥雨　張成陽　蘇沖

摘 要：隨著科技的革新，汽車電子化已成為一種趨勢。而自動駕駛已經(jīng)成為現(xiàn)階段汽車研究的一個重點和熱點。通過感知系統(tǒng)實現(xiàn)自動駕駛，能夠推動人類交通發(fā)展，同時有效拓寬科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，是人類交通發(fā)展史上的一大進步和創(chuàng)新。基于此，本文將著重探究自動駕駛汽車感知實際的研究現(xiàn)狀，以及自動駕駛系統(tǒng)所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，進而提出相應(yīng)的工作建議，展望自動駕駛技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：自動駕駛;感知;技術(shù)

1 自動駕駛技術(shù)

1.1 等級劃分

伴隨著智能控制，互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，自動駕駛技術(shù)成為時下的一個熱點。自動駕駛是借助感知系統(tǒng)來獲取車輛及外界環(huán)境等眾多數(shù)據(jù)信息，通過系統(tǒng)的分析和判斷，來做出相應(yīng)的駕駛決策，整個過程無需人工操作就能夠完成汽車駕駛。相對于傳統(tǒng)的汽車駕駛技術(shù)來說，自動駕駛技術(shù)具有很強的實用性。而在現(xiàn)階段的自動駕駛研究過程當(dāng)中，可以將自動駕駛分為不同的5個等級。第1個等級是無自動化，即完全由駕駛?cè)藛T來操作，沒有任何的科學(xué)技術(shù)作為輔助。第2個等級是單項自動化，與無自動化相比，單向自動化中有了一項自動控制，從而實現(xiàn)自動加減速，自動緊急制動等操作。第3個等級是多項自動化，與單項自動化相比，多項自動化功能更加智能化，在實際的應(yīng)用過程中能夠在完成自動控制方向的同時，實現(xiàn)自動加減速，在遇到突發(fā)情況時，能夠很好的解決危機。第4個等級為有限自動，與前兩項自動化相比，有限自動駕駛操作更為靈活便捷，能夠有效實現(xiàn)人機互動，當(dāng)遇到問題時，能夠給予充足的時間讓駕駛者做出反應(yīng)。因而第4個等級更加適用于特定的場景和環(huán)境。第5個等級是完全自動，在汽車的整個駕駛過程當(dāng)中全部由自動控制，不需要人力介入，且駕駛的場景更加復(fù)雜多樣[1]。

1.2 系統(tǒng)框架

為了保障汽車自動駕駛能夠順利進行，首先要有一套完整的感知系統(tǒng)來代替駕駛?cè)双@取周圍信息。其次，在自動駕駛中為了保障相應(yīng)的駕駛指令能夠符合實際的環(huán)境和實際的駕駛要求，則需要智能的算法作為基礎(chǔ)，且能夠有高性能的硬件作為控制系統(tǒng)，借助這兩套系統(tǒng)來代替駕駛者來完成相應(yīng)的駕駛指令。同時能夠結(jié)合具體的駕駛環(huán)境選擇合適的行駛路徑，保障自動駕駛能夠順利進行。最后，在汽車駕駛中，駕駛者的操作直接決定了汽車駕駛的結(jié)果。在汽車自動駕駛過程中，為了保障其安全性和穩(wěn)定性，則要全面加強環(huán)境感知，內(nèi)部感知和駕駛?cè)说母兄ぷ鳎@就需要建立一套完善的感知系統(tǒng)。結(jié)合車上的傳感器來獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進而讀取汽車所處的環(huán)境和狀態(tài)，綜合考慮到車內(nèi)外的溫度，空氣流量，壓力，動力等眾多客觀因素的影響，來實施相應(yīng)的操作功能。

2 自動駕駛關(guān)鍵技術(shù)

在汽車自動駕駛研究中，最主要的是在汽車自動駕駛中如何進行環(huán)境感知和定位，只有做好這兩方面的工作才能夠為汽車行駛狀況的判斷和控制提供理論依據(jù)。通過感知明確汽車行駛的狀態(tài)，同時能夠捕獲汽車行駛周邊的道路網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。而加強環(huán)境感知，能夠有效提高自動駕駛的場景理解能力，通過大量的訓(xùn)練和擬合，提高汽車自動駕駛的學(xué)習(xí)能力和判斷能力，從而幫助汽車更好的了解其所處的位置環(huán)境。在汽車自動駕駛中，通過規(guī)劃能夠保障其相應(yīng)的決策和計劃更加科學(xué)合理，能夠不違背社會道德和交通法規(guī)，從而保障人們的生命財產(chǎn)安全。而借助數(shù)據(jù)總線加強汽車的控制工作能夠保證汽車的行駛安全。關(guān)鍵技術(shù)的實際應(yīng)用和操作如圖1所示：

2.1 感知

在環(huán)境感知中，需要識別大量的環(huán)境信息。在車道線檢測中，可以利用雷達車道檢測方式以有效提高自動駕駛汽車周邊環(huán)境信息獲取的速度。但在實際的應(yīng)用過程中，由于激光雷達成本高昂，很難大規(guī)模的應(yīng)用和推廣。而借助多傳感器融合技術(shù)，利用具體的坐標(biāo)來進行數(shù)據(jù)擬合，以此獲取車道線。例如在紅綠燈識別中，可以通過智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)來獲取紅綠燈的狀態(tài)信息，但由于成本太高，不具有推廣性。而借助視覺算法通過顏色和形狀來獲取紅綠燈的信息難以保障信息獲取的穩(wěn)健性。在實際的應(yīng)用過程中，可以通過機器學(xué)習(xí)的方式，利用支持向量機進行大量的訓(xùn)練，以高精度的獲取紅綠燈的位置和大小等信息，從而為汽車自動駕駛提供相應(yīng)保障。在汽車自動駕駛定位中，GPS定位的效果相對較好，但成本投入相對較大。利用雷達和攝像機來定位，結(jié)合具體的概率模型來完成汽車位移定位，以更好的完成自動駕駛定位任務(wù)。

2.2 規(guī)劃

在自動駕駛中，其面臨的最大問題是如何保障車能夠順利到達目的地，且能夠避開障礙物，在準時到達目的地的同時如何保障行車軌跡最近。自動駕駛中包含任務(wù)、行為和動作等三方面的規(guī)劃工作。任務(wù)規(guī)劃決定了行車的路徑，借助有向網(wǎng)絡(luò)圖明確道路之間的連接情況、路況等信息，利用路網(wǎng)圖來開展自動駕駛路徑規(guī)劃工作，能夠保障汽車行駛路徑最優(yōu)[2]。而借助插值曲線技術(shù)，以從汽車行駛的安全性，舒適性和汽車自動駕駛中所面臨的一系列突發(fā)狀況考慮，選擇合適的行車路線并確定適當(dāng)?shù)乃俣取Ｍㄟ^行為規(guī)劃，為汽車駕駛做好準備，綜合周邊環(huán)境以及城市的交通狀況，判定自動駕駛車的行駛狀態(tài)，是跟車還是超車，是停車讓行人通過還是繞行，借助有效狀態(tài)機來感知汽車行駛環(huán)境，進而做出相應(yīng)的決策，保障車輛行駛安全。通過動作規(guī)劃，以保障汽車自動駕駛動作能夠順利進行。通過計算效率來優(yōu)化配置空間，借助完整的算法，加強行車約束。而通過組合規(guī)劃和抽樣計劃，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)空間模型到離散空間模型的有效轉(zhuǎn)換，進而為自動駕駛的運動規(guī)劃提供理論依據(jù)。

2.3 控制

在自動駕駛過程中，借助硬件設(shè)備實施相應(yīng)的控制工作，從而實現(xiàn)人機交互，保障自動駕駛的安全性。其中包括經(jīng)典控制，模型預(yù)測控制兩種方式。反饋控制以綜合考慮到汽車周邊的環(huán)境精準規(guī)劃汽車的動作和行駛路線，以保障汽車能夠執(zhí)行準確的操作，且能夠精準把控油門，方向，剎車等信號，使得汽車能夠按照預(yù)期目標(biāo)行駛。而且模型預(yù)測控制，結(jié)合車輛的運動狀態(tài)來預(yù)測未來一個階段車輛的運動狀態(tài)，通過該方式能夠有效避免不安全事故發(fā)生，同時能夠結(jié)合具體的路況實時調(diào)整車輛的運行狀況。通過反饋矯正，保障車輛運行的安全性，而通過滾動優(yōu)化，使得自動駕駛能夠更加貼近駕駛?cè)说鸟{駛狀況，使得車輛系統(tǒng)的操作在可控范圍內(nèi)進行。

3 結(jié)語

總之，自動駕駛技術(shù)改變了人們的出行方式，同時也推動了交通行業(yè)的發(fā)展。而隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)和機器學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展，越來越多的感知技術(shù)運營而生，且逐漸應(yīng)用到自動駕駛技術(shù)的研究當(dāng)中。很顯然自動駕駛技術(shù)的研究與應(yīng)用已成為必然趨勢，而在惡劣的條件下如何加強環(huán)境感知，完成自動駕駛有待進一步研究和探索，具有很強的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]王藝帆.自動駕駛汽車感知系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].汽車電器，2016，（12）：12-16.

[2]趙祥模，承靖鈞，徐志剛.等.基于整車在環(huán)仿真的自動駕駛汽車室內(nèi)快速測試平臺[J].中國公路學(xué)報，2019，32（6）：124-136.DOI：10.19721/j.cnki.1001-7372.2019.06.013.