智能汽車的發(fā)展綜述

付韻來

（四川省綿陽中學(xué)，四川 綿陽 621000）

在汽車的發(fā)展歷史中，最初汽車一直被認(rèn)定為是一類復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。但是在20世紀(jì)80年代，人們對其認(rèn)識開始發(fā)生了變化，將汽車變成一類越來越復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，同時在車子上安裝了很多執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器和電子控制裝置。目前，汽車已經(jīng)實現(xiàn)了電子控制系統(tǒng)驅(qū)動，人們的認(rèn)知又開始發(fā)生變化，對之前的很多權(quán)威看法也產(chǎn)生了動搖。例如，現(xiàn)在最常見的自動剎車系統(tǒng)，它是一項可以獨(dú)立于駕駛員操作的技術(shù)，在汽車發(fā)生緊急情況時可以自動剎車避免碰撞，在停車時可以自動轉(zhuǎn)向，在遇到交通堵塞時可以控制輪胎自動的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)前國內(nèi)外很多公司，包括谷歌、沃爾沃、特斯拉和戴姆勒等都開始了各自的研發(fā)，致力于研制出完全自動駕駛的智能汽車，使用計算機(jī)來“駕駛”車輛，而不是人類來駕駛。作為迄今為止量產(chǎn)車型中自動駕駛系統(tǒng)應(yīng)用成功的企業(yè)，特斯拉展示了在某些特定路況下，汽車已經(jīng)基本實現(xiàn)自動駕駛。但是目前最需考慮的還是安全因素，正因為如此，各家公司很多工程師都在關(guān)注著智能汽車的發(fā)展。

1 智能車輛的發(fā)展趨勢

車輛正在由最初的機(jī)械系統(tǒng)向智能控制系統(tǒng)發(fā)展，最初是將電子控制運(yùn)用在ABS系統(tǒng)（防抱死制動系統(tǒng)）和ESC系統(tǒng)（可潰縮式方向機(jī)柱）。其中，ABS系統(tǒng)是通過接收每個輪胎速度傳感器傳來的速度后，若發(fā)現(xiàn)車胎抱死，則打開電磁閥來降低車胎的抱死程度，使駕駛員還能夠控制車輪的轉(zhuǎn)向；ESC系統(tǒng)是在汽車發(fā)生強(qiáng)烈碰撞時，會自動的快速切斷方向盤，并使之朝儀表盤內(nèi)潰縮，以免人受到方向盤的傷害。

在智能控制發(fā)展之前，電子控制發(fā)動機(jī)的發(fā)展取代了機(jī)械化的系統(tǒng)。但是，這些系統(tǒng)都不存在對相關(guān)環(huán)境的感知，例如，無法檢測到道路中其他車輛的狀態(tài)，道路信號燈以及行人的狀態(tài)等。所以，這些自動控制的車輛其實都還處于比較低的控制水平，為了推進(jìn)戰(zhàn)術(shù)層面的自動駕駛，“智能車輛”研究者意識到也必須實現(xiàn)對駕駛環(huán)境的認(rèn)知，并且能夠做出直接正確的反應(yīng)。接下來將綜述智能車輛的三個發(fā)展階段，即自動速度控制自動轉(zhuǎn)向控制半自動控制系統(tǒng)，這三個階段智能汽車的自動化以及智能化程度依次提高，逐步將車輛的控制權(quán)由駕駛員交給至汽車。

2 自動速度控制

2.1 慣性巡邏控制

在智能汽車發(fā)展的過程中，慣性巡邏控制一直是用的比較多的一種速度控制方式。特別是在某些行車場景中，例如，道路條件非常直，而且行車路線比較長，目的地較遠(yuǎn)的地方，慣性巡邏技術(shù)是很受信賴的。因為在這種路況下，駕駛員可以設(shè)定出一個最高的駕駛速度，然后由系統(tǒng)去控制油門，并能夠讓汽車一直保持一個恒定的速度去駕駛。

盡管慣性巡邏控制在以上場景有足夠多的優(yōu)越性，但卻忽略了最重要的一個問題。因為缺少對周圍環(huán)境的感知，這樣的控制方式?jīng)]有考慮到駕駛員和車輛里面人員的安全問題。為了優(yōu)化這一狀況，智能車輛的周圍都會添加一些雷達(dá)來獲取足夠的環(huán)境信息。例如當(dāng)前面的車輛行駛的特別緩慢時，智能汽車就會考慮減速來適應(yīng)前面的車輛，若前方突然有物體出現(xiàn)，也能夠迅速采取措施，制動車輛，如果一切正常的話，那么還是會依據(jù)慣性巡邏控制，依據(jù)設(shè)定的速度行駛。

2.2 自適應(yīng)巡邏控制

隨著慣性巡邏控制技術(shù)的不斷成熟，以其為基礎(chǔ)的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)也得到了逐步的發(fā)展。自適應(yīng)巡邏控制即自主的適應(yīng)周圍環(huán)境，再決定出駕駛速度。該系統(tǒng)最早于1995年由三菱公司引入到市場中，隨后，越來越多其他汽車制造商，例如凱迪拉克，寶馬，沃爾沃等也開始積極引入。許多研究和實驗表明，自適應(yīng)巡邏控制系統(tǒng)可以減少追尾事故的發(fā)生率，與此同時，也降低了駕駛員的工作強(qiáng)度。與慣性巡邏控制技術(shù)相比，智能化得到了極大的提升。

但是，自適應(yīng)巡邏控制也存在一定的問題，當(dāng)車輛或者駕駛員過度依賴該系統(tǒng)時，就會發(fā)生潛在的隱患，比如，當(dāng)該系統(tǒng)出現(xiàn)對周圍環(huán)境錯誤的判斷時，那么極有可能導(dǎo)致更高的碰撞幾率，發(fā)生更嚴(yán)重的碰撞。

雖然自適應(yīng)巡邏控制是一種對于駕駛員來說比較舒適的駕駛方式，而且其設(shè)計理念也是為了減少駕駛員的工作量，但是一旦發(fā)生碰撞，就會產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果，因為它是一種完全的向前碰撞，該控制系統(tǒng)的設(shè)計也完全沒有考慮到如何處理這種碰撞。所以，假設(shè)前方的車輛突然剎車，并且超出了系統(tǒng)的控制范圍時，就會發(fā)出警告，司機(jī)應(yīng)該立刻接管車輛，對汽車進(jìn)行控制。

3 自動轉(zhuǎn)向控制

除了上面介紹的智能汽車對于速度的自動控制，對于車輛轉(zhuǎn)向的控制也在逐步實現(xiàn)。一般情況下，整個汽車的行駛方向往往僅取決于方向盤的轉(zhuǎn)向。與自動速度控制一樣，要最佳的實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向控制的關(guān)鍵也是要求車輛能夠感知外界的環(huán)境，例如道路上的其他車輛，或者交通信號燈，行人等。另外，智能汽車在行駛的過程中，能夠通過對道路的不斷修正來減小實際路徑和預(yù)期路徑的誤差，最終，讓智能車輛完全行駛于預(yù)期的路線上。

在方向盤和汽車前輪之間，有一個機(jī)械裝置，這里就有一個問題需要考慮，如何最大限度的幫助駕駛員去控制汽車方向。一種方法是采用電力輔助系統(tǒng)，當(dāng)駕駛員將手放在方向盤上時，他們就能感覺到方向盤在自己轉(zhuǎn)向，如果駕駛員對車輛的自動操作沒有異議，那么車輛就會一直按照自己的“想法”來移動。目前最常見的應(yīng)用是在自動停車系統(tǒng)中，駕駛員可以在平行停車時移開他們的手，簡單地控制剎車和油門。第二種方法是采用智能檢測方式，如果檢測到駕駛員在行駛的過程中，出現(xiàn)意外的轉(zhuǎn)動方向盤的操作時，就會干擾駕駛員完成那樣的操作。

同時，還有其他的方式可以智能化的控制車輛的方向，比說可以使用主動前轉(zhuǎn)向，電動馬達(dá)控制方向盤和前輪之間的偏移量，這就避免了如果方向盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但是車輛前輪卻沒有偏轉(zhuǎn)的危險。另外，在自動轉(zhuǎn)向控制不斷發(fā)展的同時，逐漸消除了方向盤和車輪之間的機(jī)械連接機(jī)構(gòu)，這也給設(shè)計師更大的改進(jìn)空間。

無論采取什么樣的方式去改變轉(zhuǎn)向，傳感器和執(zhí)行器都可以提供自動的轉(zhuǎn)向功能。與速度控制類似，只有在具備一定的方向參照時，系統(tǒng)才能在自動轉(zhuǎn)向模式下運(yùn)行，在任何一種情況下，車輛都需要知道自身的位置和運(yùn)動。這個方向可以由車輛單獨(dú)決定，即在自動駕駛模式下進(jìn)行，也在共享控制模式（車輛自身和駕駛員同時參與控制）下進(jìn)行，以調(diào)整對方向盤的操作。

自動轉(zhuǎn)向控制非常溫和，可以讓駕駛員通過改變系統(tǒng)來改變車道或者避免障礙物，就像自適應(yīng)巡邏控制系統(tǒng)一樣，會遵從司機(jī)的剎車或加速。除此之外，自動駕駛也可以提高安全性，例如，車身側(cè)面的雷達(dá)可以在相鄰車道的盲區(qū)檢測到另一輛車，這樣當(dāng)司機(jī)開始不安全的車道改變時，系統(tǒng)就會拒絕駕駛員的駕駛從而避免事故的發(fā)生。

4 半自動的控制系統(tǒng)

智能汽車在速度和轉(zhuǎn)向方面的智能化控制已經(jīng)逐步成熟，可以說這樣已經(jīng)是一個自動駕駛系統(tǒng)了。然而，對于這兩方面的控制都還存在一定的局限性：這兩種系統(tǒng)都還不能完全的獲得授權(quán)，即在駕駛員駕駛的過程中，駕駛員可以將油門交給速度控制系統(tǒng)，將方向盤交給轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，但是駕駛員還是需要將注意力集中在道路上，保證在突發(fā)情況下，接手對車輛的控制，以免造成事故。

智能汽車的最終目的是讓計算機(jī)代替駕駛員去管理車輛的行駛，降低人類在駕駛過程中的工作量。但是僅僅解決速度和轉(zhuǎn)向問題，還需要駕駛員時刻保持注意力，可能并沒有真正的達(dá)到我們最終的目的。

相對應(yīng)的，目前有很多公司開始了關(guān)于智能汽車半自治系統(tǒng)的研發(fā)。半自治系統(tǒng)一方面可以真正的讓駕駛員放松注意力，另一方面也帶來了其他問題，比如需要再次設(shè)計出一個能夠監(jiān)督半自動系統(tǒng)的系統(tǒng)，決定何時轉(zhuǎn)變對車輛的控制權(quán)。所以半自動系統(tǒng)對識別認(rèn)知的要求會大大的提升，這也是目前智能汽車面臨的問題。

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