基于PRESCAN的汽車自動(dòng)駕駛仿真

賀勇　王春香　董永坤

摘要：汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，在智能車技術(shù)研究中，預(yù)先的軟件仿真能夠?yàn)閭鞲衅鬟x用和控制算法設(shè)計(jì)提供參照。PRESCAN軟件能夠完成汽車自動(dòng)駕駛過程仿真，選取典型路段建立虛擬交通場(chǎng)景，添加傳感器和控制模塊，成功實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的自動(dòng)駕駛，并分析了汽車在理想情況下自動(dòng)駕駛的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PRESCAN；自動(dòng)駕駛；仿真

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）33-8047-03

自動(dòng)駕駛汽車，又稱無人駕駛汽車、電腦駕駛汽車、或輪式移動(dòng)機(jī)器人，是一種通過電腦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無人駕駛的智能汽車。

汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)包括視頻攝像頭、雷達(dá)傳感器以及激光測(cè)距器來了解周圍的交通狀況，并通過一個(gè)詳盡的地圖對(duì)前方的道路進(jìn)行導(dǎo)航。目前，自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)日趨完善，由谷歌研發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車已經(jīng)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離自駕，但國內(nèi)研究中部分技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性等方面尚需提高。

從典型交通場(chǎng)景出發(fā)，該文通過采用PreScan軟件進(jìn)行虛擬交通場(chǎng)景設(shè)計(jì)與仿真，驗(yàn)證自動(dòng)駕駛技術(shù)的可行性和可靠性。

1PRESCAN軟件簡(jiǎn)介

PreScan是一個(gè)用于先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)開發(fā)驗(yàn)證的仿真工具，系統(tǒng)采用傳感器監(jiān)測(cè)車輛的周圍環(huán)境并使用獲得的信息采取行動(dòng)，這類行動(dòng)可以是警告司機(jī)回避潛在的危險(xiǎn)，也可以使通過自動(dòng)剎車或自動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)回避危險(xiǎn)。PreScan可用于高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)上的傳感器包括雷達(dá)、激光、攝像頭、GPS等。運(yùn)用軟件仿真有四個(gè)步驟：搭建場(chǎng)景、添加傳感器、添加控制系統(tǒng)、運(yùn)行仿真。

2PRESCAN場(chǎng)景建模

選取幾種典型的交通場(chǎng)景，包括環(huán)島，十字路口等搭建虛擬場(chǎng)景。PreScan軟件是一個(gè)進(jìn)行場(chǎng)景建模和仿真的汽車應(yīng)用軟件，在PRESCAN中除了搭建車道外還可以添加樹木、房屋等元素，用來更好模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。

3傳感器選擇

汽車自動(dòng)駕駛的前提是周圍交通環(huán)境信息的實(shí)時(shí)獲取，一般使用的傳感器包括全景攝像頭，激光雷達(dá)以及GPS定位等，PreScan軟件中提供的各種傳感器與現(xiàn)實(shí)傳感器的功能一致，僅在檢測(cè)效果上更加精確，GPS可以完全精確定位，攝像頭可以無死區(qū)監(jiān)測(cè)，雷達(dá)傳感器不存在虛檢測(cè)等。

道路識(shí)別是車輛在公路上安全行駛所需最基本的要求，只有了解車道信息，才能準(zhǔn)確獲得本車相對(duì)于車道的相對(duì)位置和方向即自定位，控制車輛的行駛方向。是下一步判斷是否有障礙物位于車道內(nèi)的基礎(chǔ)，因此車道檢測(cè)是自動(dòng)駕駛的基本條件。視覺傳感器是道路信息的主要來源，如今利用圖像信息進(jìn)行車輛導(dǎo)航的研究被人們關(guān)注。其首要任務(wù)就是采集道路環(huán)境的圖像信息，用計(jì)算機(jī)加以解釋，代替駕駛?cè)死斫庵車沫h(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛[1]。

在汽車能夠保持在車道中行駛的前提下，需要檢測(cè)前方車輛，調(diào)節(jié)車距避免碰撞，一般使用的是激光雷達(dá)。激光雷達(dá)是激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測(cè)技術(shù)手段的主動(dòng)遙感設(shè)備[2]。

具有上訴兩個(gè)功能，就能讓汽車在公路上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的跟隨道路線自動(dòng)行駛。根據(jù)所需信息在PRESCAN中選用傳感器，使用道路線傳感器實(shí)現(xiàn)視覺傳感器的功能獲得道路線信息，使用TIS傳感器代理激光雷達(dá)獲得前方道路上障礙物信息，其中道路線傳感器和TIS傳感器都是PRESCAN中為了開發(fā)方便設(shè)計(jì)的虛擬傳感器，但都是以現(xiàn)實(shí)傳感器為基礎(chǔ)。

選好傳感器以后調(diào)節(jié)傳感器的檢測(cè)范圍，其中道路線傳感器選用兩條檢測(cè)線，一遠(yuǎn)一近檢測(cè)前方道路線信息；TIS傳感器調(diào)整到合適角度，讓檢測(cè)范圍剛好覆蓋前方所需檢測(cè)范圍，防止出現(xiàn)漏檢和誤檢。

4控制系統(tǒng)

該文僅進(jìn)行簡(jiǎn)單道路跟隨和前方障礙物檢測(cè)的簡(jiǎn)單功能的仿真，道路線傳感器在車輛行駛過程中不斷獲取前方道路線信息，從中選用幾個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)信息用于道路保持的算法，根據(jù)汽車前方道路信息和汽車自身在道路上所處位置經(jīng)過道路保持算法得到一個(gè)方向盤角度，通過汽車的簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)模型控制汽車。同樣，TIS傳感器檢測(cè)得到前方障礙物信息，通過ACC模塊算法對(duì)汽車速度進(jìn)行PID控制，根據(jù)與前方障礙物的距離和相對(duì)速度進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，保證汽車在駕駛過程中不與前方障礙物碰撞。加入控制算法以后得到下圖所示的simulink控制邏輯圖。

5仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果展示，圖3為車輛行駛過程在彎道和前方有行人和障礙車輛時(shí)的圖像。

整個(gè)行駛過程中，在彎道處都能順利實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，檢測(cè)到前方有障礙物，通過ACC模塊汽車開始減速，當(dāng)前方障礙物脫離檢測(cè)范圍時(shí)，車輛又加速回到設(shè)置的速度。圖4、圖5為整個(gè)過程中汽車的速度和方向圖。

速度圖分析：設(shè)定行駛速度為20km/h，在未檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，速度保持在設(shè)定值附近，當(dāng)檢測(cè)到前方行人，速度迅速下降，當(dāng)行人離開車道后，車速又快速回升至20km/h并基本維持此速度。直到檢測(cè)到前方汽車迅速減速，前方汽車開走后又加速到設(shè)定速度。整個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)了道路跟隨和ACC的速度控制功能，能夠有效的檢測(cè)前方障礙物并與之保持一定距離。

方向圖分析：整個(gè)方向圖擁有一定波動(dòng)，對(duì)應(yīng)車道可以看出，波動(dòng)出現(xiàn)在彎道和丁字路口這樣車道線不明確的位置，這樣的波動(dòng)幅度較小并不影響汽車行駛。

6結(jié)束語

使用PRESCAN能夠仿真汽車自動(dòng)駕駛過程，能夠在傳感器選擇和控制算法等方面為汽車智能技術(shù)研究提供參照。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉莉.車輛安全行駛輔助導(dǎo)航研究[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，2007.

[2]鐘勇，姚劍鋒.現(xiàn)代汽車的四種測(cè)距方法[J/OL].汽車工業(yè)研究，http：//wenku.baidu.com/view/2f10f185ec3a87c24028c41b.html，2011（2）.

[3]苗強(qiáng)，湯曉東，王大志，等.基于PRESCAN軟件的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)[C].INFATSProceedingsofthe9thInternationalForumofAutomotiveTrafficSafety，2011.