智能汽車自動(dòng)駕駛的控制方法研究

孔寧

摘要：在現(xiàn)代社會(huì)生活中汽車已成為有效滿足日常出行需求的重要交通工具，為滿足多樣化的市場(chǎng)消費(fèi)需求，汽車上安裝的智能控制單元種類及數(shù)量不斷增加，在使汽車的操作便利性、動(dòng)力性、舒適性得到顯著提高的同時(shí)，車輛使用到的電路復(fù)雜程度不斷提高，因此，研究智能汽車自動(dòng)駕駛的控制方法具有重要意義。下面筆者就對(duì)此展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：智能汽車;自動(dòng)駕駛;控制方法

一、概述智能汽車駕駛的技術(shù)架構(gòu)

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛技術(shù)一般需要三大系統(tǒng)，在這三大系統(tǒng)中集成了傳感器、高精度地圖、V2X、AI算法等技術(shù)。三大系統(tǒng)分別是感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)，根據(jù)信息的流向，相應(yīng)地也劃分為感知層、決策層和控制執(zhí)行層?？偟膩?lái)說(shuō)，這三個(gè)系統(tǒng)都離不開(kāi)智能技術(shù)的基礎(chǔ)。

二、感知系統(tǒng)

在智能汽車中感知系統(tǒng)起到重要作用，感知系統(tǒng)的有效運(yùn)用是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的首要條件，所謂感知系統(tǒng)，主要是由多個(gè)傳感器構(gòu)成，激光雷達(dá)系統(tǒng)、視覺(jué)傳感系統(tǒng)、超聲波雷達(dá)系統(tǒng)、視覺(jué)傳感器等感知系統(tǒng)，也采用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和語(yǔ)音控制技術(shù)等。

（一）雷達(dá)和視覺(jué)傳感器

在智能汽車中，激光雷達(dá)傳感器的應(yīng)用至關(guān)重要。激光雷達(dá)指工作在紅外和可見(jiàn)光波段的，以激光為工作光束的雷達(dá)。激光雷達(dá)時(shí)時(shí)在向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)，在把收到的目標(biāo)反射回來(lái)的信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)相關(guān)處理后獲得目標(biāo)信息。毫米波的頻率大致范圍是10～200GHz，非常適合車載領(lǐng)域。超聲波雷達(dá)常常被用到倒車輔助系統(tǒng)中，告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員倒車時(shí)的視野死角，提高駕駛安全性。汽車通過(guò)視覺(jué)傳感器能夠清楚地辨識(shí)物體，準(zhǔn)確理解交通信號(hào)燈、標(biāo)識(shí)及車道所表達(dá)的含義。大多數(shù)視覺(jué)傳感器識(shí)別可見(jiàn)光圖像，也有部分傳感器識(shí)別紅外光的圖像。

（二）其它感知技術(shù)

常見(jiàn)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)包括GPS系統(tǒng)、北斗系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)、伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)，在車載系統(tǒng)中主要用于導(dǎo)航。通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)，可以獲取到臨近車輛的狀態(tài)和它們感知的信息，確保人、車、路、環(huán)境可以智能協(xié)同。而5G技術(shù)的有效運(yùn)用，可以確保智能汽車在快速行駛中對(duì)人、車、周圍環(huán)境進(jìn)行時(shí)時(shí)通信，并確保信號(hào)的穩(wěn)定性，在行駛的過(guò)程中，一旦某個(gè)接入點(diǎn)發(fā)生故障，5G就直接切換到別一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，確保智能汽車的行駛安全，做到永不斷網(wǎng)。語(yǔ)音控制是一種方便的人車交互方式，駕駛員可以利用語(yǔ)音交流的方式控制車輛。

（三）數(shù)據(jù)融合

自動(dòng)駕駛所應(yīng)用的各種雷達(dá)和機(jī)器視覺(jué)在環(huán)境感知中具有各自的優(yōu)勢(shì)，但若單獨(dú)使用它們作為車輛檢測(cè)的傳感器時(shí)，其缺陷導(dǎo)致其無(wú)法勝任準(zhǔn)確感知的要求。數(shù)據(jù)融合就是將不同傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化合成，實(shí)現(xiàn)不同信息源的互補(bǔ)性、冗余性和合作性，從而做出更好、更安全的決策。文獻(xiàn)[1]中論述了一種基于DBN （deep belief network）深度置信網(wǎng)絡(luò)的多傳感器融合的前方車輛檢測(cè)方法，可以利用車輛的前置攝像頭與毫米波雷達(dá)的協(xié)同工作完成對(duì)周圍自然環(huán)境的感知[2]。文獻(xiàn)[3]一文中闡述了生成雷達(dá)目標(biāo)感興趣區(qū)域的方法，利用毫米波雷達(dá)與機(jī)器視覺(jué)傳感器快速的獲取障礙物的信息，及時(shí)避開(kāi)[4]。文獻(xiàn)[4]一文中論述了一種在主動(dòng)防碰撞系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要是運(yùn)用視覺(jué)和毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別行人的算法，可以快速的識(shí)別出不同姿態(tài)行人和不同工況下的行人，有效的確保了行人的安全[3]。然而這些算法主要是對(duì)雷達(dá)和視覺(jué)傳感器的信息融合，在自動(dòng)駕駛技術(shù)中還需要將自身車輛的信息、通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)獲取的周圍車輛的信息與雷達(dá)、視覺(jué)傳感器的信息進(jìn)行融合，并將融合后的信息發(fā)送給決策系統(tǒng)。

三、決策系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛決策系統(tǒng)具有3個(gè)關(guān)鍵功能，分別是任務(wù)決策、軌跡規(guī)劃和異常處理。其中，任務(wù)決策功能完成自動(dòng)駕駛汽車的路徑規(guī)劃任務(wù);軌跡規(guī)劃功能在不同的局部環(huán)境下，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡狀態(tài)規(guī)劃;異常處理功能負(fù)責(zé)故障預(yù)警和預(yù)留安全機(jī)制。任務(wù)決策使自動(dòng)駕駛的汽車融入整個(gè)交通流。自動(dòng)駕駛中任務(wù)規(guī)劃結(jié)構(gòu)描述了道路、車道和行駛?cè)?jí)任務(wù)分工，在道路級(jí)進(jìn)行全局的任務(wù)規(guī)劃，當(dāng)探測(cè)到道路阻塞時(shí)，要求重新規(guī)劃任務(wù)，并做分解調(diào)整。軌跡規(guī)劃是根據(jù)局部環(huán)境信息、上層決策任務(wù)和車身實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，規(guī)劃決策出局部空間和時(shí)間內(nèi)車輛期望的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將規(guī)劃輸出的期望車速以及行駛軌跡等信息給下層車輛控制執(zhí)行系統(tǒng)。軌跡規(guī)劃層應(yīng)能對(duì)任務(wù)決策層產(chǎn)生的各種任務(wù)分解做出合理規(guī)劃。異常處理作為預(yù)留的智能駕駛系統(tǒng)安全保障機(jī)制，一方面是在遇到復(fù)雜路面容易造成車輛損壞、部件失效等問(wèn)題時(shí)，通過(guò)預(yù)警和容錯(cuò)控制維持車輛安全運(yùn)行;另一方面是決策過(guò)程某些算法參數(shù)設(shè)置不合理、推理規(guī)則不完備等原因?qū)е伦詣?dòng)駕駛汽車在行為動(dòng)作中出現(xiàn)某些錯(cuò)誤時(shí)，能夠建立錯(cuò)誤修復(fù)機(jī)制使自動(dòng)駕駛汽車自主地修正錯(cuò)誤，以減少人工干預(yù)來(lái)解決問(wèn)題，這是提高車輛智能化水平所必需的。無(wú)人駕駛的決策系統(tǒng)已經(jīng)一定程度地解決了特定車輛在各種道路環(huán)境中行駛的決策問(wèn)題，各種有效的算法仍然需要不斷地研究與探索，使得決策系統(tǒng)能更加智能地完成自動(dòng)駕駛的行為決策。

四、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要包括2個(gè)模塊：控制模塊和執(zhí)行模塊。兩種模塊可以根據(jù)相關(guān)的指令準(zhǔn)確地控制各個(gè)底層對(duì)象 （轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、油門、擋位）。在自動(dòng)駕駛技術(shù)中，控制模塊和執(zhí)行模塊目前都比較成熟，也不是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

當(dāng)前在自動(dòng)駕駛中智能技術(shù)尚不成熟，由于信息開(kāi)放帶來(lái)的安全隱患給自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展造成的阻礙難以避免;道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展缺少統(tǒng)籌;自動(dòng)駕駛汽車還難以安全可靠地適應(yīng)復(fù)雜的交通道路;適用于自動(dòng)駕駛的交通安全法及其實(shí)施條例、相關(guān)機(jī)動(dòng)車行駛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，其制定還面臨諸多不確定性。

五、智能技術(shù)在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用

智能在自動(dòng)駕駛中有廣泛的應(yīng)用，并具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)駕駛中，采用智能技術(shù)規(guī)劃路線，有效提升了交通效率，實(shí)現(xiàn)更加便利的交通。通過(guò)汽車與周邊交通環(huán)境如紅綠燈、路況監(jiān)控?cái)z像頭、停車場(chǎng)等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合，然后利用智能技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，不僅解放了駕駛員的雙手，而且也降低了人力資源成本，并且隨著智能技術(shù)越來(lái)越成熟，誤操作的可能性會(huì)越來(lái)越小，安全性越來(lái)越高。基于智能的自然語(yǔ)言理解技術(shù)可以更好地響應(yīng)駕駛員和乘客的指令，便于用戶使用車輛。通過(guò)智能技術(shù)還可以根據(jù)用戶的習(xí)慣調(diào)整車輛狀態(tài)，如空調(diào)、音響、座椅、車內(nèi)燈光等，提高駕乘舒適性，提升用戶與汽車環(huán)境的交互體驗(yàn)，使人們的出行成為一種享受。

結(jié)束語(yǔ)：

本文介紹了自動(dòng)駕駛技術(shù)，闡述了自動(dòng)駕駛中的三大系統(tǒng)以及智能技術(shù)在各個(gè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后描述了智能技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)駕駛的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。智能汽車的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)汽車的控制方式，在交通系統(tǒng)的安全性、通行效率、舒適性等多個(gè)方面有了較大優(yōu)勢(shì)。從輔助駕駛到完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，不僅需要不斷完善智能技術(shù)，還需要完善相關(guān)法規(guī)、基礎(chǔ)設(shè)施，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等。隨著這些技術(shù)、法規(guī)、設(shè)施不斷地完善、進(jìn)步，自動(dòng)駕駛一定會(huì)成為人們依賴的出行方式。

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