介紹駕駛輔助技術(shù)的一些常見(jiàn)功能

根據(jù)工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部等三部委共同發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)道路測(cè)試管理規(guī)范（試行）》，自動(dòng)駕駛汽車(chē)是指搭載先進(jìn)的車(chē)載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)與人、車(chē)、路、云端等智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終可實(shí)現(xiàn)替代人來(lái)操作的新一代汽車(chē)。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要基礎(chǔ)，本文就駕駛輔助技術(shù)的一些常見(jiàn)功能進(jìn)行介紹。

01自適應(yīng)巡航控制

自適應(yīng)巡航控制（ACC）是一種高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)距離傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量與前車(chē)的距離和相對(duì)速度，計(jì)算出合適的油門(mén)或剎車(chē)控制量并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)本車(chē)的車(chē)速控制以及與前車(chē)的車(chē)距控制。在無(wú)前車(chē)的情況下，ACC系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的行駛速度，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度保持定速行駛。

ACC系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)速為40-160公里/小時(shí)的范圍內(nèi)起作用，其最大的剎車(chē)減速度約為0.5g。近年來(lái)，針對(duì)城市交通中機(jī)動(dòng)車(chē)低速行駛和頻繁起停等情況，ACC系統(tǒng)功能現(xiàn)已包括起?？刂?、避撞控制等。

圖1 機(jī)動(dòng)車(chē)自適應(yīng)巡航控制原理

機(jī)動(dòng)車(chē)全速度范圍內(nèi)的自適應(yīng)巡航控制可以看成是一類(lèi)存在內(nèi)部動(dòng)力學(xué)模型不確定性和外部環(huán)境干擾的非線性系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤控制問(wèn)題，近年來(lái)引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。PID方法、模糊邏輯、模型預(yù)測(cè)控制、滑?？刂啤?u>神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)控制等控制理論方法都被應(yīng)用于ACC系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)中。

02自動(dòng)泊車(chē)

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)主要由感知單元、中央控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人-機(jī)交互系統(tǒng)組成。

★感知單元通過(guò)車(chē)位檢測(cè)傳感器、避障保護(hù)傳感器、輪速傳感器、陀螺儀、檔位傳感器等單元實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息和機(jī)動(dòng)車(chē)自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的感知，泊車(chē)系統(tǒng)的中央控制單元需要在感知信息已知的前提下對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制；

★中央控制單元主要分析處理感知單元獲取的環(huán)境信息以及機(jī)動(dòng)車(chē)泊車(chē)運(yùn)動(dòng)控制。在泊車(chē)過(guò)程中，泊車(chē)系統(tǒng)控制器實(shí)時(shí)接收并處理機(jī)動(dòng)車(chē)避障傳感器輸出的信息，當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)與周?chē)矬w相對(duì)距離小于設(shè)定安全值時(shí)，泊車(chē)系統(tǒng)控制器將采取合理的機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)動(dòng)控制；

★轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角傳感器等單元組成，轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收中央控制單元發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令后執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作。

圖2 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

03電子穩(wěn)定控制

電子穩(wěn)定控制（ESC），又稱(chēng)為電子穩(wěn)定程序（ESP）或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制（DSC），是一種檢測(cè)并抑制機(jī)動(dòng)車(chē)輪胎附著力降低的計(jì)算機(jī)技術(shù)。當(dāng)ESC系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輪失去控制時(shí)將自動(dòng)制動(dòng)，且這種制動(dòng)是針對(duì)特定車(chē)輪單獨(dú)進(jìn)行。例如當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)度時(shí)，外側(cè)前輪將被制動(dòng)；而機(jī)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向不足時(shí)，內(nèi)側(cè)后輪將被制動(dòng)。某些ESC系統(tǒng)還會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)功率直至重新穩(wěn)定控制機(jī)動(dòng)車(chē)。

運(yùn)行過(guò)程中，ESC系統(tǒng)會(huì)持續(xù)監(jiān)控轉(zhuǎn)向裝置和機(jī)動(dòng)車(chē)行駛方向，實(shí)時(shí)比較駕駛?cè)似谕霓D(zhuǎn)向角度（根據(jù)方向盤(pán)角度確定）和機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)際行駛方向（根據(jù)測(cè)量的機(jī)動(dòng)車(chē)橫向加速度、車(chē)身傾角和各車(chē)輪速度計(jì)算）的差異。當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)前進(jìn)方向和駕駛?cè)似谕较虿煌瑫r(shí)，ESC系統(tǒng)則開(kāi)始發(fā)揮作用。ESC系統(tǒng)首先會(huì)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)打滑的方向進(jìn)行評(píng)估，然后進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)的車(chē)輪制動(dòng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)切向產(chǎn)生扭矩，從而抵消滑動(dòng)的影響并將機(jī)動(dòng)車(chē)重新帶回駕駛?cè)艘蟮男旭偡较颉?/p>

ESC系統(tǒng)可以在任何路面上起作用，包括碎石道路和冰面。和人為控制相比，ESC系統(tǒng)對(duì)打滑具有更快的反應(yīng)速度和更有效的糾正能力，甚至在駕駛?cè)松形匆庾R(shí)到控制力減弱的情況下ESC系統(tǒng)就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮作用。

04車(chē)道偏離警示

車(chē)道偏離警示系統(tǒng)的主要功能是在機(jī)動(dòng)車(chē)將要駛出車(chē)道時(shí)警示駕駛?cè)?，能夠減少因駕駛?cè)耸д`、分心以及疲勞引起的交通事故，該系統(tǒng)一般在高速公路或快速路上發(fā)揮作用。

車(chē)道偏離警示系統(tǒng)主要有兩類(lèi)：一是車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)（LDW），當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)偏離其車(chē)道時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)視、聽(tīng)覺(jué)或者震動(dòng)進(jìn)行警示；二是車(chē)道保持系統(tǒng)（LKS），車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)在警示駕駛?cè)撕?，若駕駛?cè)藳](méi)有作出相應(yīng)操作，車(chē)道保持系統(tǒng)將自動(dòng)采取措施保證機(jī)動(dòng)車(chē)行駛在車(chē)道內(nèi)。當(dāng)駕駛?cè)嗽谧兊狼爸鲃?dòng)給出轉(zhuǎn)向信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將不起作用。

車(chē)道偏離警示系統(tǒng)采用視覺(jué)傳感器（攝像頭）、激光傳感器和紅外傳感器。在軟件核心算法上，車(chē)道偏離警示系統(tǒng)主要采用霍夫變換和邊緣檢測(cè)等圖像處理方法來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)攝像頭拍攝的道路視頻中的車(chē)道線。

圖3 車(chē)道線檢測(cè)的圖像處理方法

05碰撞避免

碰撞避免系統(tǒng)是一種減輕碰撞嚴(yán)重性的主動(dòng)安全系統(tǒng)，又稱(chēng)為避撞系統(tǒng)、前向碰撞警示系統(tǒng)、碰撞減輕系統(tǒng)等。該系統(tǒng)使用微波雷達(dá)、激光雷達(dá)以及攝像頭來(lái)檢測(cè)碰撞先兆。一旦檢測(cè)到危險(xiǎn)，該系統(tǒng)將進(jìn)行警示，若即將發(fā)生碰撞，系統(tǒng)將自動(dòng)采取措施，如制動(dòng)或變向等。按防撞對(duì)象分類(lèi)，汽車(chē)碰撞避免系統(tǒng)可分為行人防撞系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車(chē)防撞系統(tǒng)。

★行人防撞系統(tǒng)的核心技術(shù)是行人檢測(cè)，行人檢測(cè)常用的傳感器包括可見(jiàn)光和紅外光的視覺(jué)傳感器，以及依靠波形反彈的反射傳感器等。視覺(jué)傳感器能夠捕捉豐富的場(chǎng)景信息，但涉及龐大的識(shí)別計(jì)算量；雷達(dá)能夠獲得行人距離等準(zhǔn)確信息，但分辨率往往有限，因此這兩類(lèi)傳感器是互補(bǔ)的，通過(guò)融合可以達(dá)到魯棒性更好的檢測(cè)結(jié)果。

★機(jī)動(dòng)車(chē)防撞系統(tǒng)最主要的判斷依據(jù)是兩車(chē)之間的相對(duì)距離和相對(duì)速度信息。按探測(cè)方向分類(lèi)，機(jī)動(dòng)車(chē)上使用的雷達(dá)可以分為倒車(chē)?yán)走_(dá)和前向雷達(dá)。倒車(chē)?yán)走_(dá)探測(cè)距離較短，一般使用超聲波或紅外探測(cè)兩種方式；前向雷達(dá)由于車(chē)速快，要求探測(cè)距離長(zhǎng)，一般使用激光雷達(dá)。

06自動(dòng)編隊(duì)

自動(dòng)編隊(duì)是通過(guò)電子或機(jī)械手段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)自動(dòng)組隊(duì)，且車(chē)隊(duì)內(nèi)所有車(chē)輛間距縮小并同步實(shí)現(xiàn)加速或制動(dòng)。基于這一概念，研究者們提出了高速公路智能交通自動(dòng)化系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)可以自主組成一個(gè)8至25輛車(chē)的車(chē)隊(duì)。

在這一概念化的方案中，高速公路路面上已經(jīng)鋪設(shè)了由磁化的不銹鋼釘組成的車(chē)道，自動(dòng)駕駛汽車(chē)通過(guò)感知鋼釘來(lái)計(jì)算車(chē)速并自我定位在車(chē)道中央。磁化的鋼釘可以是磁北極朝上或者磁南極朝上，因此可以通過(guò)鋼釘?shù)拇判皂樞騺?lái)提供部分道路信息。在這種公路上，自動(dòng)駕駛汽車(chē)通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)向和速度控制自動(dòng)組織車(chē)隊(duì)，車(chē)隊(duì)內(nèi)車(chē)輛間距減小后，行駛過(guò)程中空氣阻力也將大大減小。針對(duì)卡車(chē)的自動(dòng)編隊(duì)研究表明牽引車(chē)使用自動(dòng)編隊(duì)功能可以減少能源消耗并提高電動(dòng)牽引車(chē)的使用靈活性。