無人駕駛車輛關(guān)鍵系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)路線淺析

黎耀旭 韋躍亮

摘 要：汽車已成為一種日常的交通工具，而在上個世紀七八十年代，改革開放初期的中國百廢待興，作為新興事物之一的汽車還是高高在上的奢侈品，大部分平民老百姓仍然高不可攀。到了本世紀初期，隨著科技進步以及生產(chǎn)能力的逐步提高，汽車已是“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”，逐漸成為家家戶戶買得起的代步工具。而汽車之所以能為人類帶來便利的出行，得益于突飛猛進的科技進步和人類文明的發(fā)展。這不，從2005年起源的無人駕駛汽車，又開始帶來新的汽車技術(shù)變革，為人類提供更安全便利的出行享受。那如此神奇的駕駛技術(shù)是如何做到無人干預(yù)，還能實現(xiàn)安全便捷的出行方式的呢？下面我們就一一揭開無人駕駛技術(shù)的神秘面紗。

關(guān)鍵詞：無人駕駛車輛 路面感知系統(tǒng) 車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

最早的無人駕駛車輛的發(fā)展，可以追溯到2005年的美國，在第一屆無人駕駛車輛比賽中，雖然沒有參賽選手能夠跑完全程。但到了第二年，2005年的無人駕駛越野比賽，有多支參賽隊伍成功跑完比賽全程，展示了無人駕駛技術(shù)在無人干預(yù)的前提下實現(xiàn)自主控制的廣大技術(shù)前景。這次比賽斯坦福大學(xué)和卡耐基梅隆大學(xué)獲得了第一、二名，高校又走在了技術(shù)革新的最前沿。

而要做到真正意義上的無人駕駛，傳統(tǒng)車輛還需要增加下面這些關(guān)鍵系統(tǒng)。

1 無人駕駛車輛的路面感知系統(tǒng)

無人駕駛車輛的路面感知系統(tǒng)包括毫米波雷達、超聲波雷達、激光測距儀、光學(xué)攝像頭等，不同的傳感器系統(tǒng)對應(yīng)實現(xiàn)不同的感知功能，這些傳感器的功能就像人的眼睛和耳朵，感知周邊物體的方位和距離。

毫米波雷達還分為遠距離毫米波雷達（LRR）和近距離毫米波雷達（SRR），由于毫米波在大氣中衰減較小，可以探測感知到的距離更遠，遠距離毫米波雷達可以實現(xiàn)超過200米的感知與探測。與超聲波雷達比較，毫米波雷達的體積更小，質(zhì)量更輕，

分辨率更高。與遠紅外傳感器、激光測距雷達、光學(xué)攝像頭等傳感器相比，毫米波雷達在穿透霧、煙、灰塵方面的能力強，具有全天候的特點。毫米波雷達的抵抗干擾水平也高于另外幾種探測傳感器。當(dāng)前市場上主流的毫米波雷達，根據(jù)其頻率（HZ）大小的的不同，通常分為兩種：第一種是24GHz毫米波雷達，另一種是77GHz毫米波雷達。低赫茲的24GHz毫米波雷達檢測范圍在中短距離上，主要用于近距離的盲點探測。而較高赫茲的77GHz毫米波雷達主要用于探測遠距離目標(biāo)，一般應(yīng)用于ACC自適應(yīng)巡航等。

2 無人駕駛車輛的執(zhí)行結(jié)構(gòu)

無人駕駛車輛的執(zhí)行機構(gòu)包括動力控制系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)、制動力控制系統(tǒng)、方向盤控制系統(tǒng)等，這些控制系統(tǒng)模擬人的手和腳，控制車輛大的加減速和轉(zhuǎn)向、停車等操作。

無人駕駛車輛的執(zhí)行系統(tǒng)通過車載CAN總線進行內(nèi)部通信，通過接收前面?zhèn)鞲衅鱾鱽淼男盘?，根?jù)行車需要做出相應(yīng)的加減速、停車、轉(zhuǎn)向等動作。

3 無人駕駛車輛的決策單元

無人駕駛車輛的決策單元主要包括路徑運行規(guī)劃和精確導(dǎo)航兩部分，就像人的大腦，決定車輛的行駛方向和行車路線。說到導(dǎo)航，就讓人聯(lián)想到導(dǎo)航地圖，無人駕駛也使用到地圖來導(dǎo)航，而這個地圖跟我們平時用的導(dǎo)航地圖還有些差異。無人駕駛車輛使用的是高精度電子地圖，高精度電子地圖在導(dǎo)航精度和地圖數(shù)據(jù)量上與我們常用的普通地圖差異很大，因此被稱作“高精度電子地圖”。 高精度電子地圖的精確度可以達到厘米級別，地圖中包含的三維圖像里有車道線、周圍物體的坐標(biāo)位置等相關(guān)信息。自動駕駛的高精度電子地圖還會收集道路激光雷達的反射強度，它變化慢而且變化量很小。通過光學(xué)攝像頭掃描獲取的信息跟已知的高精度地圖數(shù)據(jù)進行比對，就可以確定當(dāng)前車輛的位置。再根據(jù)慣性導(dǎo)航原理進行迭代運算，就可以根據(jù)已知的當(dāng)前位置以及目的地位置的路線關(guān)系，從而推算出最佳的行車路徑。無人駕駛車輛通過路面感知系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、決策系統(tǒng)構(gòu)成了一個完整的獨立運行機器，在沒有人參與的情況下，實現(xiàn)車輛所有者點到點的安全便捷出行。

4 無人駕駛車輛與車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

無人駕駛車輛的決策單元不僅需要獨立的進行車輛控制，更需要“城市智慧交通系統(tǒng)”的環(huán)境。除了通過高精度電子地圖進行路徑規(guī)劃，還有一個路徑規(guī)劃技術(shù)是V2X（vehicle to everything），意思是車輛與外界的信息交換，它是在V2I（Vehicle to Load），即交通信號燈識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。V2X技術(shù)將車輛和周圍環(huán)境整合成一個“物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”，包括車與車之間的通信、車與交通設(shè)施之間的通信等，甚至是車對行人的數(shù)據(jù)處理等一系列的信息交互過程。當(dāng)無人駕駛車輛能直接“獲取”交通信號燈信息，而不是通過“探測”信號燈的信息，就容易實現(xiàn)不闖紅燈。無人駕駛車輛“獲取”的交通信號燈信息的意思是，在離交通信號燈還有200米遠，傳感器還“探測不到”交通信號燈時，交通信號燈就主動通過信息傳輸系統(tǒng)向周邊無駕駛車輛“告知”信號燈的當(dāng)前信號狀態(tài)及發(fā)生變化大的時間，無人駕駛車輛不再需要通過“探測”交通信號燈的狀態(tài)（“探測”信號燈狀態(tài)有時比較難以實現(xiàn)，比如在大雨天、暴風(fēng)雪天，被風(fēng)刮起的垃圾袋，甚至是大巴車的遮擋，都容易導(dǎo)致車輛的傳感器“探測不到”交通信號燈）。此外，如果無人駕駛車輛可以提前獲取周圍車輛的行車路徑，就可以盡量避免碰撞事故的發(fā)生，提高出行安全性。

4.1 無人駕駛車輛的技術(shù)路線及現(xiàn)狀

汽車工程師協(xié)會（SAE）分類，無人駕駛分 Level 0 到 Level 5六個發(fā)展階段。

每個發(fā)展階段的定義如下圖1：

按照無人駕駛等級劃分，L2級到L3級屬于“輔助駕駛”的范圍。因為屬于這個無人駕駛級別下的狀態(tài)，車輛駕駛員仍然要承擔(dān)車輛駕駛的所有責(zé)任，自動駕駛系統(tǒng)是不承擔(dān)所有發(fā)生事故的任何法律后果。

當(dāng)前L2級的無人駕駛車輛單車成本已經(jīng)下降到千元以內(nèi)，出廠選裝的沃爾沃智能駕駛輔助系統(tǒng)售價也僅在數(shù)千元上下，當(dāng)前眾多國產(chǎn)車如吉利博睿、廣汽傳祺GA8、長安睿馳CC等國產(chǎn)品牌車型已經(jīng)可以搭載L2級別的自主研發(fā)無人駕駛系統(tǒng)。