智能汽車輔助駕駛技術分析

劉文

智能汽車輔助駕駛技術分析

劉文

（廣州市交通技師學院，廣東 廣州 510540）

文章出于深層分析智能汽車輔助駕駛技術的考慮，從其概念分析入手，并對其自適應巡航及車道保持的工作原理進行了深刻分析，隨后對其包括執行控制以及電機轉向結構在內的執行系統做出剖析，并在全面分析智能汽車輔助駕駛系統的設置意義的前提下，對智能汽車輔助駕駛系統的未來發展趨勢進行了展望。可以肯定的是，智能汽車發展至今，機器學習發展仍然存在一定問題，而更重要的是加強技術的研發，先從提升智能汽車輔助駕駛技術為著手點，逐漸令大眾認可這種技術，把研究做得腳踏實地。

智能汽車；輔助駕駛；技術分析

1 智能汽車輔助駕駛

輔助駕駛（Advanced Driver Assistant Systems）是車輛自動化的主要形式。該技術作為無人駕駛的一個重要的發展節點，雖然推廣應用緩慢，但已被廣泛用作智能車輛發展的起點。顧名思義，汽車駕駛輔助系統的存在是為了在駕駛過程中為駕駛員提供輔助支持，優化駕駛環境并保證駕駛員的行車安全。[1]初級的駕駛輔助系統已經流行了很長時間，因為它已經成為車輛的標準功能。它在物理層的底層作用因此很少被大眾注意到。例如，電子穩定控制系統和防抱死制動系統。但是其對駕駛員行車安全的幫助是不用質疑的。

根據輔助駕駛技術等級劃分，輔助駕駛處于有人類駕駛者的監控和支援，部分系統作用并借助智能汽車駕駛系統操控的等級，因此是部分自動化和駕駛志愿階段之間的形態，駕駛輔助技術當前已經在量產車上部署，也具有相對廣泛的應用。

2 智能汽車輔助駕駛技術工作原理

駕駛輔助技術的工作原理，就是利用安裝在車輛上的各種傳感器，將其用于感知周圍道路環境，并采集交通數據，在車輛行駛過程中隨時識別、檢測和跟蹤靜態和動態物體，并結合導航儀的地圖數據進行系統的計算和分析，使駕駛員提前意識到可能存在的危險，讓車輛行駛中的舒適性和安全性更高。而目前使用的汽車輔助駕駛，很多都是主動干預，如果在行車過程中感知到潛在的風險，那么會自動感知異常并提出警報。以L1階段的駕駛輔助技術來說，主要是進行駕駛工作的分擔，其比較常見的表現形式是：

（1）自適應巡航

該形式有速度調節、距離調節等功能，其運作的主要方式為：①速度控制。當車速超過30km/小時時，控制系統都會干預使車輛保持在預設速度范圍內，同時無論駕駛員怎么操作，都不會起作用。該系統主要作用于發動機位置，發動機的制動會令變速器降檔。②控制車距，該系統在車頭有一個自動探測裝置，并且如果前方沒有車輛，就按照既定的速度行駛，如果前方有車輛，則是自動控制車輛之間的距離，如果是跟車行駛，前車變道系統自動更換目標。

（2）車道保持

在前窗的內側安裝了一個攝像頭，可以清晰地看到車道線。在計算機的幫助下，我們可以通過一定的算法判斷車輛是否在指定的車道上。如果偏離車道（左側和右側），計算機將發出報警信號，并發出校正指令。攝像機得到當前車輛的位置、方向和速度信息。如果車輛通過車道邊界線，并且轉向信號燈亮起，則系統認為這是駕駛員的正常換道；如果車輛靠近車道邊界線，但是沒有打轉向燈，系統將發出警告；在持續靠近并且沒有打亮轉向燈的時候，后輪靠近邊界線系統將再次發出警告；如果駕駛員正在操作方向盤，則系統認為駕駛員是正常駕駛的，系統不會控制轉向系統，如果沒有操控方向盤，系統會控制轉向系統。

3 智能汽車輔助駕駛技術控制執行系統

控制執行系統是智能汽車輔助駕駛系統的核心，其內核就是ESP系統，在設計的時候需要符合ISO 17361標準，[2]同時，該系統比較適用于有清晰車道劃分的道路，在專業級計算機芯片和攝像頭的支持下，能進行有效控制。

（1）執行控制

智能汽車輔助駕駛技術的主要運用方式，就是識別后分析，分析后執行決策，在以上的論述中有一定的提及，更加重要的是分析這個系統如何作用，并且這樣的系統執行效果是不是達標的。以圖1為例，圖1為車輛控制執行系統邏輯。即：車輛只要偏離行駛車道一定的角度，攝像頭ECU會協同控制系統，經過對道路曲率、方向角和車輛位置進行調控，讓車輛具有一定的掌舵能力，這樣最明顯的作用就是，當駕駛員疲勞駕駛的時候，擺脫了方向盤的控制，但是汽車不會產生重大的交通問題。

圖1 控制執行系統示意

（2）電控轉向機構

在該系統中還有一個負平衡反饋系統車速傳感器、供給電壓和電信號、助力轉矩輸出和傳感器等協調控制，并達到更好的汽車控制效果，見圖2。在實際的系統應用過程，需要重視在變道前打轉向燈，或者如果是在碼頭或者物流園駕駛，則需要根據路況設置參數。以避免在實際的執行過程中，出現因為道路過窄指示過多產生的影響。

圖2 電控轉向機構

4 智能汽車輔助駕駛系統的發展形勢分析

（1）智能汽車輔助駕駛系統的設置意義

1）汽車行業演變和發展的必然趨勢

在現在的背景下，智能汽車輔助駕駛系統更側重于和電動汽車相關，并且兩者也是相互控制相互支持的關系，這是有別于傳統汽車的特點，汽車內部的電信號能直接被控制利用，也不用因為智能汽車輔助駕駛系統的電量消耗對汽車本身的使用產生影響。而未來，汽車行業的發展也會從以內燃機為主導的汽車發展路線演變為以內燃機、電池（混合動力汽車）和電機（電動汽車）為主導的發展路線，汽車發展的演進路徑正在從一個向兩個。但是電樁的全面覆蓋和節能減排的政策引導，很顯然后者的發展空間明顯高于傳統汽車。未來汽車的核心配置將不再是排量多少，而是以千瓦以及人與車的結合程度來衡量，這是未來汽車行業發展的必要趨勢。

2）人工智能技術的成功嘗試

人工智能技術是未來社會發展的大趨勢，而要想提升技術的針對性和有效性，就要不斷嘗試并進行技術改進，將成功的實踐經驗轉化為技術經驗，加速人工智能技術的落地。高精度全球定位、高速無線通信等技術的借力為技術的落地提供了優渥的環境，基于全生命周期智能化的發展趨勢，智能汽車輔助駕駛可能是人工智能技術普及化發展的最佳應用和初次成功嘗試。[3]

（2）智能汽車輔助駕駛系統的認同分析

根據2019年美國某機構分析，大部分車主對縱向控制的自適應巡航系統的認同度更好，但是對橫向控制的車道保持輔助功能并不看好。同時在農村和城市的測試道路上分析，橫向控制的車道保持輔助功能的控制效果比縱向控制更差。基于對奔馳E300（2017年）、寶馬530i（2017年）、英菲尼迪QX50（2019年）、特斯拉Model S（2016年）四款車型進行道路測試，對于測試駕駛員來說，不知道實際上車道保持功能已經非常完備的車主占了多數，同時，在測試之后，對自適應巡航控制系統的汽車控制功能抱有良好的口碑的更多，換言之，智能汽車輔助系統發展至今，仍然有很多人部分認同或者不認同該系統，其主要原因還是因為其是自動駕駛的初級形態，這種對新技術的使用防備心態令其感到不安。

同時在使用過程中，很多司機都不愿意因為輔助駕駛系統糾正自己多年的駕駛行為，大眾更習慣依靠自己控制系統的信息操控汽車，但是不習慣被系統控制，也有很多司機表示了不滿：車道保持輔助反而會讓其靠汽車道路護欄太近，非常不適應。

5 智能汽車輔助駕駛系統的發展演進展望

在很多中高端車型中，智能汽車輔助駕駛系統已經非常常見，并且這種趨勢也在向低端車型過渡。加上對技術理解和認同程度更高的是年輕人而非中年人，很多中高端車型的車主都是中年人，而年輕人更多先買中低端車型過渡的行業現狀，也注定了智能汽車輔助駕駛系統會在駕駛領域不斷演進和拓展的現實。同時在實際的使用和測試過程中，如何加強汽車的使用效益，并提升汽車的智能化程度，智能汽車輔助駕駛系統的完善和優化也是需要持續進行的，而在實際的運作過程中，我國工信部對智能汽車領域的發展也是倍加關注，關于智能網聯汽車的測試和管理規章制度也在不斷完善中，換言之，在國家的大力推進和推廣的帶動下，不斷嘗試并摸索智能汽車輔助駕駛系統的發展新方向，勢必是未來汽車行業的發展方向，因此有理由相信未來智能汽車輔助駕駛系統會變得更好，并最終達到替代人工完全自動化的形態。[4]因此為了推動智能汽車輔助駕駛系統的拓展和延伸，對該系統的應用進行不斷拓展，加強宣傳推廣，就像很多智能汽車輔助駕駛系統的小功能，已經投入使用但是大眾不了解其原來就是輔助駕駛，這無疑是非常可惜的。為了令智能汽車輔助駕駛系統發展更加優質化，打響汽車“智能化”品牌，加強宣傳推廣，不斷改進技術是非常有必要的。

[1] 黃昌正,陳曦,周言明.慣性運動捕捉分析在無人駕駛智能安全輔助的應用探索[J].廣東科技,2019,28(12):75-78.

[2] 趙偉杰. 基于智能網聯汽車高級輔助駕駛系統技術的分析[C]. 四川省汽車工程學會、成都市汽車工程學會.四川省第十四屆汽車學術年會論文集.四川省汽車工程學會、成都市汽車工程學會:四川省汽車工程學會,2020:232-235.

[3] 邱志軍,楊唐濤,檀基穩,韓海航.網聯環境下高速公路輔助駕駛車輛編隊評估[J].中國公路學報,2019,32(12):66-75.

[4] 鄧雯苑,翟友邦,孔春玉,王思卓,李薇.基于智能輔助駕駛系統中限速交通標志檢測的實驗分析[J].電子測試,2019(15):101-103.

Analysis of Intelligent Vehicle Assisted Driving Technology

Liu Wen

( Guangzhou traffic Technician College, Guangdong Guangzhou 510540 )

Based on the consideration of in-depth analysis of intelligent vehicle assisted driving technology, this article starts with its conceptual analysis, and conducts an in-depth analysis of the working principles of its adaptive cruise and lane keeping, and then implements it including executive control and motor steering structure. The system is analyzed, and on the premise of a comprehensive analysis of the significance of the intelligent vehicle assisted driving system, the future development trend of the intelligent vehicle assisted driving system is prospected. To be sure, there are still some problems in the development of machine learning in the development of smart cars. What is more important is to strengthen the research and development of technologies. The research is done down to earth.

Intelligent car; Assistant driving; Technical analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.012

U471.1

A

1671-7988(2021)02-35-03

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1671-7988(2021)02-35-03

劉文（1983.03-），男，湖南沅江人，漢族，本科，一級實習指導教師，就職于廣州市交通技師學院，研究方向：汽車維修。