VR技術(shù)在ASDS汽車自動駕駛輔助系統(tǒng)培訓(xùn)課程方面的應(yīng)用

韋永龍

廣西經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，廣西南寧，530021

0 引言

隨著人們對汽車安全保障要求的提高，汽車自動駕駛技術(shù)逐漸得到關(guān)注和使用。自動駕駛協(xié)助系統(tǒng)可以幫助駕駛員減輕駕駛負擔，提高駕駛效率和安全性。然而，ASDS需要駕駛?cè)藛T接受專門的訓(xùn)練和教育，才能保障系統(tǒng)的安全和有效。傳統(tǒng)的ASDS系統(tǒng)培訓(xùn)方式存在成本高、危險性高等缺陷。而使用VR技術(shù)進行ASDS培訓(xùn)，可以在安全的虛擬環(huán)境中模擬各種駕駛場景，從而提高學(xué)員的駕駛技能和反應(yīng)能力，同時降低真實駕駛場景的危險性和成本。文章將總結(jié)VR技術(shù)在ASDS培訓(xùn)中的應(yīng)用優(yōu)勢，并提出未來研究方向。

1 應(yīng)用技術(shù)介紹

VR技術(shù)是指虛擬室內(nèi)空間圖像的精準定位與解算技術(shù)、觸覺/焦點反饋、三維地圖顯示解算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)等多種技術(shù)的集成，利用交互式三維立體虛擬動態(tài)視覺效果。場景與虛擬實體線視覺效果與個人行為的融合系統(tǒng)是全自動仿真模擬，根據(jù)虛擬計算機技術(shù)轉(zhuǎn)化為全自動仿真虛擬自然環(huán)境，使所有虛擬客戶的所有視覺效果立即被VR覆蓋虛擬自然環(huán)境，客戶在真實虛擬室內(nèi)環(huán)境中的移動偏移和物體旋轉(zhuǎn)，不僅會立即推動整個虛擬自然環(huán)境發(fā)生變化，讓所有客戶仿佛置身于虛擬自然環(huán)境中，獲得“身臨其境”的感覺。

2 ASDS的重要性分析

對道路交通事故造成的交通違法行為進行分析，可知大部分交通安全事故與駕駛員不良安全駕駛個人行為習(xí)慣的養(yǎng)成密切相關(guān)。現(xiàn)階段，無人駕駛屬于市場經(jīng)濟體系中的一種發(fā)展趨勢，ASDS旨在逐步擴大我國的安全駕駛比例和完善駕培過程訓(xùn)練系統(tǒng)。第一，提高安全系數(shù)，主動的安全管理系統(tǒng)設(shè)計方案有利于合理降低汽車駕駛風(fēng)險。第二，立即糾正司機不良駕駛習(xí)慣。第三，保持安全行車距離，根據(jù)氣溫和自然環(huán)境的細微變化，盡快調(diào)整兩車之間或是車與其他物體之間的距離。最終記錄行駛?cè)^程，對汽車聲像圖數(shù)據(jù)庫進行同步分析記錄，為道路交通事故證據(jù)的調(diào)查處理提供關(guān)鍵參考和客觀事實依據(jù)。

3 當VR遇到ASDS

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能

駕駛模擬系統(tǒng)使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬各種路況情境下，對駕駛員駕駛技術(shù)的考核測試，包括安全事故和異常引起的行駛、轉(zhuǎn)向、停車和振動等。因此，系統(tǒng)要能夠提供一個虛擬的、自然的駕駛環(huán)境，汽車的行駛特性、安全性能等方面要得到改善和增強，這一切都離不開汽車系統(tǒng)和電子產(chǎn)品的完美結(jié)合。曾有專家指出，電子技術(shù)的發(fā)展改變了汽車產(chǎn)品的概念，這是新電子產(chǎn)業(yè)受到關(guān)注的主要原因之一。除了車載影音設(shè)備、車載通信和車載辦公系統(tǒng)外，現(xiàn)代汽車電子從電子元器件的使用進入了一個新的階段，包括微電路、執(zhí)行器等。目前國內(nèi)外汽車都配備了緊急制動系統(tǒng)，當發(fā)生緊急情況時，系統(tǒng)會自動檢測制動踏板的力度和速度，判斷緊急制動力是否足夠，必要時加大制動力。緊急制動在短時間內(nèi)完成，該系統(tǒng)將高速車輛的側(cè)滑距離減少到25m左右，可以保證車輪平衡和動力分配，確保汽車在惡劣的環(huán)境下也能保持平衡。目前，汽車的所有機械部分都是可控的，但汽車的空間有限，搭建系統(tǒng)的空間更是有限。理想的狀態(tài)是電子控制單元和控制部分緊密連接成一個整體，因此小型化和電路集成化是非常重要的一條路徑。電控單元必須滿足智能化的需要。以安全氣囊為例，在關(guān)鍵時期必須立即展開。大多數(shù)情況下，安全氣囊處于待機狀態(tài)。因此，氣囊應(yīng)具備自檢和維護能力，以持續(xù)確認氣囊的正常運行。

3.2 視覺仿真技術(shù)

視覺與自然環(huán)境模擬的重點是圍繞新的VR模擬技術(shù)，基于各種模擬方法，構(gòu)建一個真實交互的視覺自然環(huán)境，讓移動用戶與特殊的自然環(huán)境即時連接，進行合理互動，完成特殊自然環(huán)境實際意義下的各種功能。在司機的3D模擬中，我們會看到馬路上的人行橫道、等待信號燈的汽車、路兩旁的行人、工程建筑、雕塑、廣告牌等。系統(tǒng)仿真是在保證當前硬件配置適用的前提下，根據(jù)系統(tǒng)仿真中必須注意的關(guān)鍵點，體現(xiàn)在所有3D場景的整體規(guī)劃中?；谀Ｐ偷拈_發(fā)方法是以模擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，從而形成了包括汽車電子控制系統(tǒng)等在內(nèi)的產(chǎn)品[1]。

3.3 虛實定位融合技術(shù)

真實部件與Unity模塊中的虛擬汽車方向盤緊密集成，使用三維空間的矩陣變換來測量真實物體和虛擬物體的部分，兩者重疊。這種三維向量空間中的變換主要包括空間向量注釋函數(shù)公式變換、尺度變換、旋轉(zhuǎn)變換等基本數(shù)學(xué)思維方法。而3D線性變換引流矩陣的主要功能可分為3D線性變換、3D注釋變換、透視變換和整體限制因素。

3.4 交互式動畫技術(shù)

交互式剎車踏板動畫視頻是一種通用的動畫視頻，具體是指剎車踏板動畫開始時立即適用的剎車踏板事件的自動響應(yīng)和交互式動畫效果。例如，當我們使用腳制動器時，它可以是全自動的。啟動一系列交互式動畫以開始播放視頻。而我們的交互動畫是基于Unity的，實際效果是在后期應(yīng)用中合成的。

3.5 ASDS系統(tǒng)的硬件要求

3.5.1 雷達傳感器

使用遠程雷達檢測傳感器集成在汽車保險杠周圍的四個角落，其中兩個用于檢測前方物體，兩個用于檢測后方物體。無線電定位反射波受物體的材質(zhì)、大小和外觀的影響而發(fā)生變化，從而可以確定反射物體的精確角坐標。根據(jù)這個方法，傳感器可以立即準確地測量物體之間的距離、兩個或多個物體之間的相對運動以及視角相關(guān)性。由于具有目標檢測和距離測量的功能，該傳感器被用于一些安全應(yīng)用，如盲點檢測和交通出行警告。

3.5.2 多功能相機傳感器

便利ADAS系統(tǒng)的主要功能是通過車輛安裝的各種傳感器進行感測，將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，在有限的情況下給予駕駛者較高的便利性。便利性ADAS系統(tǒng)和安全性ADAS系統(tǒng)最大的區(qū)別是便利性ADAS系統(tǒng)主要是根據(jù)駕駛者的意圖或潛在意圖方便駕駛者駕駛，不會強制介入車輛控制[2]。應(yīng)用相機捕捉并解決二值化?？尚行苑治鰞?yōu)化算法和過濾設(shè)備用于收集關(guān)于自然環(huán)境的信息。根據(jù)這一特性，該攝像頭可用于不同的駕駛功能，例如智能汽車大燈操控。

3.5.3 主視圖相機

眾所周知，無人駕駛的一個必要條件是獲取所有車輛自然環(huán)境的所有相關(guān)信息。主視圖周圍的攝像頭可以在“魚眼”攝像頭的基礎(chǔ)上給出詳細的360°視圖，同時還增加了真實感。因此，可以圍繞主視圖傳感器使用多個應(yīng)用程序。一個作用是盲點檢測，這使得跟蹤騎自行車的人和路人變得容易。監(jiān)控攝像頭保證用車無壓力。駕駛員泊車，尤其是全自動泊車，非常輕松省力。主視圖周圍的攝像頭是非常小的傳感器，因此可以以非常節(jié)省空間的方式創(chuàng)建，例如安裝在車頂或后視鏡上。

3.5.4 激光無線電定位

短程激光無線電定位傳感器安裝在汽車后視鏡區(qū)域，可以使用1～10米的探測范圍，激光無線電定位傳感器用于空間站緊急停車輔助系統(tǒng)的軟件中。傳感器能夠區(qū)分汽車需要減速的障礙物，例如過馬路的行人；汽車不需要減速的障礙物，例如尾氣排放增加、道路破損等。

3.5.5 多功能激光無線電定位

多功能激光無線電定位傳感器是紅外傳感器和監(jiān)控攝像頭傳感器的組合。它可以用于與攝像頭和激光無線電定位傳感器相同的應(yīng)用，同時紅外傳感器與攝像頭組合的體積也是非常小的。

3.5.6 傳感器融合

不同的傳感器各有優(yōu)缺點，為了提高環(huán)境監(jiān)測的效率，將幾個環(huán)境監(jiān)測傳感器的信息結(jié)合起來是一個很好的解決方案?；诳梢暬?、快速而強大的汽車跟蹤軟件，所有數(shù)據(jù)均存入3D云中，然后通過云服務(wù)可以檢測車輛的位置、方向和完整運動，包括瞬時速度和偏航率。激光雷達測風(fēng)在車載激光雷達的評測中，需要針對測試指標構(gòu)建車用激光雷達測試場景，建立標定場、控制點和檢測點，通過設(shè)置標靶，結(jié)合已有的高精度、高置信度測試儀器進行激光雷達標定[3]。

4 VR技術(shù)與ASDS加持下駕培系統(tǒng)的運作方式

4.1 局部動作的掌握

在模擬駕駛的情況下，充分利用駕駛汽車模擬器，讓學(xué)生更清晰地識別道路上的駕駛情況，然后有時間做出一些應(yīng)對措施，從而保證路人和司機的安全系數(shù)。

4.2 交替動作的掌握

利用智能駕駛模擬器對學(xué)員進行培訓(xùn)，學(xué)員掌握各種操作方法，再進行真車駕駛，有效縮短教學(xué)時間，學(xué)員快速進入模式，提升駕駛實踐技能。

4.3 動作的輔助完善

在學(xué)習(xí)了駕駛專業(yè)技能后，學(xué)生必須在規(guī)定的角色中推廣自己的駕駛主題活動，提高活動的邏輯性和靈活性，融入交通同行法則[4]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在模擬駕駛方面具有以下優(yōu)勢：節(jié)約了學(xué)習(xí)成本，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)集成到各種車系的不同實踐模擬仿真中，只需要重新部署或重新設(shè)計系統(tǒng)軟件，對駕駛員技術(shù)進行量化評估，設(shè)計出更好的解決方案，有效地操作程序；確保安全，防止新手駕駛造成道路交通事故[5]。

5 結(jié)語

從我國的駕校駕培來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種新的技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用到ASDS系統(tǒng)之后，在實現(xiàn)技術(shù)落地的同時，也開創(chuàng)了一項新的應(yīng)用。而在駕培方面，也可以通過這樣的技術(shù)組合實現(xiàn)安全、高效且精確的駕駛培訓(xùn)過程，全方位加強學(xué)員與教練的教學(xué)互動。