淺析新能源電動汽車競賽預留L4自動駕駛功能研究

郝堅

摘 要：據專家預測自動駕駛汽車在預測在2030年出現拐點，2040年主導市場，到2050年自動駕駛技術將占領百分之九十以上的市場，市場份額龐大，汽車智能化，共享化趨勢已成為行業共識。如何在行業內脫穎而出，需要學校和汽車研究企業有超前的前瞻性，眼光，市場定位準確，目標主體明確。

關鍵詞：新能源 自動駕駛

Analysis on the Research of Reserved L4 Automatic Driving Function for New Energy Electric Vehicle Competition

Hao Jian

Abstract：According to expert predictions， autonomous vehicles will have an inflection point in 2030， lead the market in 2040， and occupy more than 90% of the market by 2050. The market share is huge， and the trend of intelligent vehicles and sharing has already become the industry consensus. How to stand out in the industry requires schools and automotive research companies to have a forward-looking vision， accurate market positioning， and clear target subjects.

Key words：new energy， autonomous driving

1 自動駕駛等級介紹

在振興杯贛鄱工匠大賽中，新能源汽車智能化是其中項目之一。中國制造2025引導機械制造加工更新升級，智能制造勢不可擋，突破汽車制造工業彎道超車。汽車的智能化就是實現車聯網，自動駕駛等功能。未來汽車將越來越智能。 汽車企業如果想在行業內站穩腳跟，必須具有超強的預測能力。時代是不斷變化進步的，我們的思維也需要同步成長。無論何時都需要有危機意識，不要害怕改革，創新，只有一直有新的思路，創新，超前的研究與預留能力，超強的切換能力，才能在需要的時候隨時可以應對市場突變，不會打無準備的仗。

自動駕駛分為6個等級，分別是L0，L1，L2，L3，L4，L5，L6，等級從低到高，越智能等級越高，難度系數越大，對地圖的準確性，傳感器的靈敏度，信號的接收速度等都要有超級精準的判斷。

1.1 L0級自動駕駛

初級的人工智能為L0級，也叫人工駕駛，這個基本是與目前正在使用的駕駛汽車相符，轉向，加減速都是駕駛員，對環境的的觀察也是需要駕駛員來完成。

1.2 L1級自動駕駛

也稱為輔助駕駛，在對轉向與加減速進行控制時，駕駛員可以通過智能輔助系統的幫助一起完成操作，L2級別的自動駕駛對環境的監測還需要駕駛員親自觀察，這個級別的系統在檢測方面無法代替人工。L2這個級別的自動駕駛在對轉向與加減速進行部分控制時，也只能是應對部分工況，不能應用在所有的工況上。

1.3 L2級自動駕駛

也稱為半自動駕駛，這個級別的自動駕駛功能一小部分代替了駕駛員的操作。在限定的高速場景可以對需要的車子進行轉向，加速，減速時都可以用自能駕駛系統代替人工來進行操作。定速巡航功能就是在高速當你把你的車輛設置好一個速度時，當前方的車輛低于你的車輛速度時，你的車輛會自動減速，保持安全的跟車距離，當前車遠離超過監測范圍之后，你的車輛會重新加速到設定好的速度。

1.4 L3級別的自動駕駛

也稱為高度自動駕駛，在對汽車進行轉向，加速，減速時可以由系統來代替駕駛員，并且系統還帶有環境監測功能，對周邊環境的檢測也可以由系統替代來完成。但是在應對激烈駕駛時還是需要駕駛員來控制汽車，這種極端的情況系統無法完全替代人工。這里需要說明的是要實現L3級別的自動駕駛需要在限定的高速場景有自動駕駛高清地圖，從目前量產的高清地圖來看，很多地方還未能實現。

1.5 L4級別的自動駕駛

也稱為超高自動駕駛，這個等級的自動駕駛技術可以實現除一些復雜的道路路況之外的完全自動駕駛。比如在堵車的路況下，這個級別的智能駕駛可以實現自動跟住前面的車，還可以實現封閉道路內的自動駕駛，系統可以打轉向燈自動變換車道。當然人們最關心的自動泊車功能在這個級別的智能駕駛條件下是完全可以實現的。

1.6 L5級別的自動駕駛

也稱之為全自動駕駛，全自動駕駛顧名思義就是完全用智能系統代替駕駛員，可以理解為全自動駕駛不需要駕駛員。這個級別的智能駕駛在轉向加減速操作時完全用系統進行控制，不論應對任何環境，任何工況都是由系統操作完成駕駛。無人駕駛主要有兩大領域，一個是高速公路，一個就是城區道路。高速公路主要是匝道，變道，超車等場景。

2 預留L4級別的自動駕駛需做的研究

需要預留4級別的自動駕駛功能， 需要研究如下功能來實現，要研究L4功能首先第一個就是要研究線控轉向功能。線控轉向功能需要研究轉向控制，轉向反饋，公共接管，越界處理。

2.1 線控的含義

通過總線發送的控制指令，使得相應的執行機構按照指令要求動作;

2.1.1 線控轉向性能要求的名詞解釋

目標角度（θtarget）是指通過CAN總線發送的轉角指令，以正負號區分左轉還是右轉;

實際反饋角度（θreal）是指方向盤（或轉向傳動裝置上）安裝的轉角傳感器測量并通過CAN總線反饋的方向盤轉動角度;

最大超調角（Δθ1）是指方向盤轉動過程中實際反饋角度超過目標角度的最大角度值;

最大角度誤差（Δθ）2是指方向盤轉動實際角度達到目標角度時允許存在最大誤差;

轉動響應延遲時間（ΔT1）是指CAN總線上開始發出目標角度指令的時刻到接收到實際反饋角度開始產生變化的時刻之間的時間差;

轉動執行時間（ΔT2）是指實際反饋角度開始產生變化的時刻與反饋角度第一次達到目標角度時刻之間的時間差;

超調時間（ΔT3）是指反饋角度第一次達到目標角度時刻與反饋角度第一次達到最大角度誤差要求時刻之間的時間差;

2.1.2 線控驅動功能的響應延遲時間是指線控指令發出時刻到觀測到車輛速度發生變化的時刻之間的時間差

2.1.3 為了方便傳感器的安裝，優選無天窗配置車輛

2.1.4 車輛需為車載計算平臺提供必要的散熱條件，具體方案需根據計算平臺和車輛情況制定

2.2 線控轉向功能介紹

（1）轉向控制，轉向控制功能需求為對方向盤在全速度（0-130kph）下的轉向接口控制最大轉動角度設置范圍為0MAX，最大的超調角為：Δθ1： [0，6]：0.6;（6，66]： θtarget×15%;（66， θMAX]：10;轉動執行時間ΔT2： Max（200，1.25*θtarget/θtarget）ms，信號的分辨率為1deg。轉向控制方向盤時方向盤的轉動速率設置范圍θtarget：0～500deg/s，信號的分辨率為1deg/s。

（2）轉向反饋，對轉向控制設定好之后轉向會對方向盤的轉角，方向盤轉速，轉向駕駛模式，故障信息等進行反饋，此時對方向盤轉角的信號分辨率設定為0.1deg，對方向盤轉速的信號分辨率設定為1deg/s

（3）人工接管，當駕駛員施加在方向盤上的扭矩超過該門限值（比如2Nm～4Nm）且達到一定時間后，轉向控制切換到人工駕駛模式，退出線控轉向自動駕駛模式后，轉向使能上升沿觸發再次進入線控轉向自動駕駛。

（4）越界處理，越界拒絕執行，并退出自動駕駛模式。

2.3 線控驅動功能

自動駕駛控制器發送加速度請求給VCU;VCU接收自動駕駛控制器的加速度控制請求進行車輛加速度控制，并反饋實際加速度給自動駕駛控制器。

2.4 線控制動功能

制動系統能夠響應自動駕駛的制動請求，EPB能夠響應自動駕駛或者制動系統的駐車請求。制動線控接口為減速度接口，最大減速度不小于8m/s2，制動減速度精度為0.05 m/s2。制動系統響應時間TTL《170ms斜率：最大減速度斜率25m/s3。制動系統保壓時間不小于5min。EPB要具備行車制動功能，行車過程中，如果制動系統故障，EPB可以滿足行車制動。制動和駐車系統能判斷人工干預，滿足制動及駐車的法規要求，制動冗余備份。

2.5 線控檔位功能

1.SCU接收自動駕駛控制器檔位需求，判斷條件滿足后發送需求檔位請求給VCU，VCU根據檔位切換邏輯進行檔位切換（滿足所有擋位的線控請求），SCU增加與自動駕駛控制器握手邏輯，以便在人工干預情況下能快速響應駕駛員換檔需求。自動駕駛控制器和SCU進行握手，握手成功后發送檔位請求給SCU，同時接收VCU的實際檔位信號用于判斷檔位切換成功的狀態，能判斷人工干預。

2.6 線控駐車功能

線控駐車，能完成行車制動和駐車的線控請求。性能要求滿足國家法規，能判斷人工干預。

2.7 線控燈光功能

BCM滿足洗滌控制、喇叭控制、門鎖控制，燈光控制、防盜的線控請求。并反饋控制信號給自動駕駛控制器。

2.8 計算平臺及傳感器供電功能

DCDC提供額定600W用電，峰值1000W，供電電壓12V.有電源冗余。

2.9 其他功能

遠程啟動功能：通過后臺直接啟動車輛至ready狀態。自動駕駛系統接on檔電，自動駕駛系統上電后啟動自動駕駛。遠程下電功能：響應自動駕駛系統或者遠程駕駛平臺發出的下電功能，并完成鎖車。

3 實現L4自動駕駛需增加的模塊

需要實現L4自動駕駛，需要增加GPS接收衛星定位信號，激光雷達用于探測障礙物位置與方位，超聲波雷達用于測距，毫米波雷達，主要用于測速，攝像頭（三個，main，narrow，wide）用于探測車道線，障礙物等，PP7，用于接收信號以及測量各向加速度，MDC是控制器。

4 結語

智能駕駛是未來的趨勢，把娛樂和信息引入汽車生活是人之向往。研究智能駕駛將促進汽車制造產業的進一步發展，同時也面臨著很多安全問題。所以需要一批又一批的學校和汽車相關企業去研究，投入，設計更先進，更精準的人工智能技術，用科技去突破一個又一個難關。

參考文獻：

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