汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)初學(xué)者指南

許多人會(huì)認(rèn)為自動(dòng)駕駛技術(shù)是不需要進(jìn)行人工控制而實(shí)現(xiàn)車輛駕駛的技術(shù)，真的是這樣嗎？當(dāng)汽車不再需要司機(jī)的時(shí)候，你又對(duì)它了解多少呢？什么是汽車自動(dòng)駕駛，如何通俗易懂地理解其功能及原理呢？想了解自動(dòng)駕駛技術(shù)的功能和原理，首先我們要聊聊什么是自動(dòng)駕駛技術(shù)。事實(shí)上，只要是依靠計(jì)算機(jī)、傳感器代替人進(jìn)行部分駕駛員操作，都可以被稱為自動(dòng)駕駛技術(shù)。

但是談及自動(dòng)駕駛技術(shù)，大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為是不需要進(jìn)行人工控制而實(shí)現(xiàn)車輛駕駛的技術(shù)。當(dāng)然這在某種情況下是對(duì)的，這是自動(dòng)駕駛技術(shù)最成熟的技術(shù)，即最完美情況下的自動(dòng)駕駛技術(shù)。但是事實(shí)上，目前的科技水平、觀念限制還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述目標(biāo)，完全的自動(dòng)駕駛不會(huì)出現(xiàn)在我們這一代人生活中。

既然無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)駕駛，自然也就有了不同程度自動(dòng)駕駛的分類。目前自動(dòng)駕駛按照機(jī)器介入程度分為五大階段，目前整體技術(shù)處于L2到L3的轉(zhuǎn)變階段。在L3階段后，機(jī)器會(huì)接管駕駛員主導(dǎo)車輛的感知和控制

比如目前已經(jīng)很成熟的自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control），該技術(shù)已經(jīng)在價(jià)格10W-20W的汽車上實(shí)現(xiàn)了普遍應(yīng)用。那么何為自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，它是一種自動(dòng)保持穩(wěn)定車速的系統(tǒng)。在交通情況復(fù)雜的情況下，ACC 系統(tǒng)可以自動(dòng)控制車輛的前進(jìn)速度。不過(guò)這只能屬于第二階段的自主駕駛，即駕駛輔助階段。用更通俗的話語(yǔ)講，就是用不同類型的傳感器、電機(jī)、處理器代替人的各個(gè)部位。

回到正題，談及自動(dòng)駕駛技術(shù)的原理，現(xiàn)有大部分高校、智駕公司的自動(dòng)駕駛都分為三個(gè)模塊：環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行。環(huán)境感知類似于人的眼睛和耳朵，從外界接受信息；智能決策相當(dāng)于人的大腦，根據(jù)感官得到的信息進(jìn)行處理；控制執(zhí)行類似于人的雙腳、雙手，決定如何轉(zhuǎn)向，加速或者減速。下圖即為自動(dòng)駕駛技術(shù)結(jié)構(gòu)。

環(huán)境感知層一般包括各類車輛狀態(tài)傳感器和工控機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)車輛及環(huán)境信息融合。常用的車輛狀態(tài)傳感器有：雷達(dá)（激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)為主）、圖像采集系統(tǒng)、相機(jī)、慣導(dǎo)、GPS等等用來(lái)定位車輛位置，感知前方物體及其距離。各類信息需要通過(guò)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)信息融合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的捕獲，并將該信息傳遞給智能決策層。

具體實(shí)現(xiàn)方式：通過(guò)車載環(huán)境感知技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)（RTK）,實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛自身屬性和車輛外在屬性(如道路車輛和行人等)靜、動(dòng)態(tài)信息的提取和收集，通過(guò)工控機(jī)完成多傳感器的數(shù)據(jù)篩選和融合，對(duì)道路、車輛、行人交通標(biāo)志和交通信號(hào)等進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)CAN信號(hào)向智能決策層輸送道路情況、交通標(biāo)識(shí)、車輛自身狀態(tài)、行人車輛等必要的信息。

在各類傳感器中，雷達(dá)相當(dāng)于人體的眼睛，承擔(dān)了絕大多數(shù)定位和接受信息的功能，其他傳感器類似耳朵、觸覺、嗅覺等感知系統(tǒng)，輔助雷達(dá)共同完成探測(cè)工作。毫米波雷達(dá)RADAR全稱為Radio Detection And Ranging，即用無(wú)線電波探測(cè)和定位物體。如下圖所示，短程雷達(dá)和長(zhǎng)遠(yuǎn)程雷達(dá)結(jié)合起來(lái)可以起到最好的探測(cè)效果。

什么是LIDAR(激光雷達(dá))？如前所說(shuō)，它是利用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)距技術(shù)的簡(jiǎn)稱。除了需要激光發(fā)射器，這一系統(tǒng)還需要有一個(gè)高精度的接收器。由于能通過(guò)獨(dú)特的方法提供被探測(cè)物體的三維影像，激光雷達(dá)主要被用于測(cè)量與固定或移動(dòng)物體間的距離。這里給出一個(gè)常見的感知層包含的傳感器類型及其參數(shù)，便于認(rèn)識(shí)不同傳感器的類型及其大概功能。

智能決策層包括硬件部分和軟件部分控制程序。智能決策層會(huì)基于對(duì)安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性的綜合考慮最終會(huì)得出一個(gè)實(shí)時(shí)的處理信號(hào)，該信號(hào)傳送給控制執(zhí)行層。智能決策層包括硬件層面的整車控制器和軟件層面的整車控制程序。具體實(shí)現(xiàn)方式為：接收環(huán)境感知層融合后的信息，根據(jù)車輛自身狀態(tài)及車輛周邊環(huán)境決策判斷車輛駕駛模式和將要執(zhí)行的操作，同時(shí)可以向控制執(zhí)行層輸送指令并調(diào)用相關(guān)的子系統(tǒng)如自適應(yīng)巡航（ACC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）和車道保持（LKA）等。

控制執(zhí)行層主要控制包括電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電控化底盤?？刂茍?zhí)行層通過(guò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)、制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、能源資源管理動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)完成最后的駕駛和控制動(dòng)作，并對(duì)空調(diào)、熱管理、電機(jī)、液壓制動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。具體實(shí)現(xiàn)方式為：控制縱向的制動(dòng)力矩、油門踏板開度、擋位和橫向的方向盤轉(zhuǎn)角。制動(dòng)部分、轉(zhuǎn)向角度、油門踏板開度和擋位的控制需要對(duì)各部分實(shí)現(xiàn)改裝，并進(jìn)行標(biāo)定。改裝和標(biāo)定完成后，往汽車相應(yīng)接口發(fā)送對(duì)應(yīng)的CAN信息可完成汽車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、加速、換擋等基本動(dòng)作。且能夠按照智能決策層的指令，對(duì)車輛進(jìn)行操作和人機(jī)協(xié)同控制，并為聯(lián)網(wǎng)汽車提供道路交通信息、安全信息等，保障汽車安全行駛和舒適駕駛。

綜上，自動(dòng)駕駛技術(shù)即為代替人進(jìn)行駕駛動(dòng)作和其他操縱動(dòng)作的自動(dòng)化和智能化技術(shù)。這只是最基本的功能，出于基本的駕駛行為的自動(dòng)化。隨著技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的智能化技術(shù)應(yīng)用到汽車的經(jīng)濟(jì)化、舒適性上。作為年輕人，大可以幻想未來(lái)的都市里，每個(gè)人都可以坐在專屬的車座上，車子會(huì)張開翅膀飛在空中，音樂響著，咖啡溫著，喜歡的人在身邊，美好的景色在眼前，每段旅程都是享受。