李勝超

（重慶交通大學(xué)機電與汽車工程學(xué)院）

隨著社會科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息、傳感器、嵌入式技術(shù)開發(fā)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)逐漸成熟，當今世界已走向智能化時代。傳統(tǒng)的汽車已不能滿足社會的需要，難以符合環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的總體發(fā)展趨勢。在此背景下，傳統(tǒng)汽車也向著新能源、無人駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等方向轉(zhuǎn)型，開啟了智能汽車的研發(fā)熱潮。智能汽車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上，集中運用信息通信、傳感器信息識別與處理、芯片控制、人工智能、自動控制的高新技術(shù)綜合體[1]。目前，各個國家、企業(yè)及科研機構(gòu)等對智能汽車及其部件的研發(fā)與測試有了一定的成果，傳統(tǒng)車企也在不斷地加強與互聯(lián)網(wǎng)公司的研發(fā)合作，但由于相關(guān)資料的不完善與人們對智能汽車總體認識還不夠徹底，使得智能汽車及其附屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不均衡。為了更好地進行智能汽車的研發(fā)與設(shè)計，對其相關(guān)知識的全面了解尤為重要。文章通過研究大量資料，在已有理論的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)階段智能汽車的總體發(fā)展情況進行了闡述，為我國智能汽車相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了資料參考。

1 智能汽車等級劃分

智能汽車等級是按照智能汽車的自動化程度進行劃分的，不同國家與機構(gòu)的劃分定義略有差異，但是整體還是一致的。目前，有幾個相關(guān)的標準已經(jīng)被行業(yè)廣泛地接受與認同。美國汽車工程師學(xué)會（SAE）將智能汽車分為L1～L5 5 個等級[2-3]，美國國家道路交通安全管理局（NHTSA）將智能汽車分級為DA（具有特定功能的自動駕駛）、PA（有復(fù)合功能的自動駕駛）、HA（高度自動駕駛）、FA（完全自動駕駛）4 個等級，我國在2015 年發(fā)布了“中國制造2025”，提出汽車將來要走向智能化、信息化、低碳化的目標，并制定了相關(guān)法規(guī)與標準[4]。以SAE 對智能汽車的劃分標準為例。

1）L1 級輔助駕駛階段：在這一階段起主要作用的還是駕駛員，輔助駕駛系統(tǒng)在汽車行駛過程中只能對轉(zhuǎn)向或加減速操作中的某一項進行輔助操作，多數(shù)情況下是對駕駛員進行警告與提醒，主要運用車道偏離警告系統(tǒng)、倒車提示預(yù)警、正面防碰撞警告系統(tǒng)等對駕駛員進行預(yù)警。駕駛員接收到相應(yīng)的提醒后，對汽車進行相關(guān)操作，從而避免了危險的發(fā)生。

2）L2 級部分自動駕駛階段：在該級別中，相當于在L1 級警告提醒的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以進行部分操作的決策與控制，并且此時系統(tǒng)可以對車速與方向等多個方面進行控制，其他方面還是由駕駛員來操作，在此部分駕駛員依舊起主導(dǎo)作用。在汽車擁有了車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC、自動泊車與路徑跟蹤等系統(tǒng)，增加了保持車道方向穩(wěn)定的能力，汽車實現(xiàn)了部分功能的自動化。

3）L3 級別半自動駕駛階段：此時汽車系統(tǒng)與駕駛員均能夠?qū)ζ嚻鸬今{駛的作用，但汽車自動駕駛是有條件的自動駕駛。汽車可以在高速公路上實現(xiàn)自動駕駛，必要時人工進行干預(yù)。此時的系統(tǒng)需要配備大量的高清攝像頭、多種傳感器、寬闊的視鏡等必要的設(shè)備。

4）L4 級高度自動駕駛階段：此時的系統(tǒng)可以脫離駕駛員進行自動駕駛操作，比如在高速公路或者城郊道路，駕駛員疲勞時可適當放開對汽車的主要控制權(quán)，不必時刻關(guān)注汽車狀態(tài)與車外的情況，休息片刻后再對汽車進行接管，此時的汽車需要更加精準先進的科學(xué)儀器，如高精度地圖、360°環(huán)視攝像頭、多精度傳感設(shè)備、高集成度的系統(tǒng)芯片、實時性與高效性更強的算法。

5）L5 級完全自動駕駛階段：此階段是目前所要追求的目標，此時的汽車計算機能夠進行多信息融合與處理，具有高效實時的決策控制，路徑規(guī)劃與重建等高級功能，駕駛員可以完全放開對汽車的控制，汽車實現(xiàn)自主行駛，而且具有高度的安全性與舒適性。

2 智能汽車的優(yōu)越性

智能汽車相較傳統(tǒng)汽車具有5 個方面的優(yōu)越性。

1）安全性方面：現(xiàn)在以ADAS 為代表的智能輔助駕駛系統(tǒng)在智能汽車上廣泛應(yīng)用。由于自動化水平和人工智能水平的提高，無論系統(tǒng)預(yù)警還是系統(tǒng)決策，都避免了因為駕駛員疲勞或操作不當?shù)纫蛩卦斐砂踩[患的發(fā)生[5]。

2）環(huán)境友好型方面：智能汽車采用先進的傳感技術(shù)、自動化控制技術(shù)等對汽車車速、方向及其電氣與電子設(shè)備進行精準的調(diào)節(jié)，從而減少了能源浪費，對污染氣體的排放進行了制約與調(diào)控，與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相統(tǒng)一。

3）道路交通調(diào)節(jié)：智能汽車是與先進的智能交通系統(tǒng)相配合，將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、計算機控制技術(shù)等進行有效集成的、實時、安全、可靠的綜合型汽車。智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對智能汽車的智能調(diào)控和統(tǒng)一管理[6]，并且智能汽車在路徑規(guī)劃時不僅可以根據(jù)先進的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行全局路徑的規(guī)劃，而且在遇到路段擁擠等情況時，還能對汽車路徑進行實時調(diào)整，并進行局部路徑規(guī)劃，從而不會產(chǎn)生去擁擠路段行車的行為，減輕了交通壓力。

4）駕駛舒適性方面：駕駛員疲乏時，智能系統(tǒng)可以代替駕駛員操控駕駛，駕駛員無需插手駕駛操作，只需要將目的地輸入駕駛系統(tǒng)，智能汽車具有對周圍環(huán)境的感知能力，能夠自行獲取周邊環(huán)境信息并進行處理與決策，最終到達駕駛員所預(yù)定的目的地，實現(xiàn)智能汽車代替駕駛員操作的目的[7]。

5）緩解停車場資源利用壓力：當?shù)竭_目的地后，車內(nèi)人員可以下車，將汽車切換到自動尋找停車位并自動泊車模式，汽車就會根據(jù)停車場內(nèi)布局和車庫的占有與空缺情況進行合理的選擇，并根據(jù)自動泊車系統(tǒng)規(guī)劃的路徑進行跟蹤并倒車入庫，在多方位攝像頭、傳感器的探測下，安全合理地進入停車位中，減少了汽車因人為操作不當引起的爭端。

3 智能汽車發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)外都在積極研發(fā)更加智能化的智能汽車，美國、日本、德國等均處于領(lǐng)先地位。比如日本車企，不斷研發(fā)更加智能的汽車產(chǎn)品，以增加智能化產(chǎn)品的數(shù)量來逐步實現(xiàn)智能汽車的自動駕駛功能[8]。在我國，部分高校與科研機構(gòu)近年來也進行了智能化技術(shù)的開發(fā)與實踐。以清華大學(xué)、同濟大學(xué)、北京理工大學(xué)為主體的科研所取得了很大成功。其中，同濟大學(xué)在無人駕駛方面取得了突破性進展，建立了無人駕駛汽車研究平臺，所研發(fā)的無人駕駛汽車實現(xiàn)了對周圍環(huán)境的感知與信息處理、系統(tǒng)決策與規(guī)劃、對執(zhí)行器的控制等真正意義上的無人駕駛[9]。清華大學(xué)建立了與車企合作的自動泊車試驗平臺，在智能汽車自動泊車方面取得了很大的進展。廣汽集團研發(fā)的智能汽車在長沙上路行駛試驗取得成功，并且我國首個5G 無人駕駛試驗場在長沙啟建。谷歌公司率先對無人駕駛汽車進行了研發(fā)設(shè)計，通過采用車載傳感器、雷達、雷達感應(yīng)器及激光測距機等設(shè)備對周邊環(huán)境信息進行感知、獲取，最終完成了無人駕駛汽車48 萬km 的測試。汽車反應(yīng)更加快捷，安全性有了很大提高。雖然無人駕駛汽車取得了一定的成績，但是，目前大部分還處于L2—L3 級別的研發(fā)階段，并且L5 級無人駕駛汽車在測試時還存在事故危險可能，沒有脫離試驗室水平，所以智能汽車發(fā)展的道路還很漫長。

4 智能汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

智能汽車技術(shù)主要包括2 個方面的內(nèi)容：汽車定位和汽車控制[10]。汽車定位技術(shù)主要包括對外圍物體觀測的視覺導(dǎo)航技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)?？刂萍夹g(shù)主要有：1）PID（比例-積分-微分）控制技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量來進行控制；2）模糊控制技術(shù)，它基于模糊數(shù)學(xué)若干條控制規(guī)則，適用于非線性、時變、滯后等系統(tǒng)的控制[11]119-121；3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，仿真人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)人工智能控制，此種算法具有記憶和識別環(huán)境的能力[11]297；4）學(xué)習(xí)控制技術(shù)，在系統(tǒng)不斷自我學(xué)習(xí)中獲得經(jīng)驗，從而尋找期望的控制輸入，使其輸出響應(yīng)隨迭代學(xué)習(xí)的次數(shù)增加，不斷逼近期望輸出[11]50；5）神經(jīng)模糊控制技術(shù)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究中，知識推理存在較大的問題，在模糊控制的研究中，知識獲取非常困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊控制技術(shù)相結(jié)合的神經(jīng)模糊控制技術(shù)解決了此問題，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)相互配合。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以簡化知識的獲取，模糊控制技術(shù)可以優(yōu)化控制條件[12]。除此以外，還有多種控制相結(jié)合的控制技術(shù)，比如：模糊PID（比例-積分-微分）控制技術(shù)、模糊PD（比例-微分）控制技術(shù)、專家系統(tǒng)控制技術(shù)等，這些控制技術(shù)均在變增益、變阻尼、超調(diào)等方面起到了良好的控制作用。

智能汽車還逐步擁有了一系列更為先進的控制系統(tǒng)，包括一些常見的駕駛輔助系統(tǒng)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、防碰撞報警系統(tǒng)、盲點監(jiān)測系統(tǒng)、交通標志識別系統(tǒng)、駕駛員疲勞探測系統(tǒng)、制動輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、倒車輔助系統(tǒng)[13]、ABS 防抱死制動系統(tǒng)、路徑跟蹤與自動泊車控制系統(tǒng)、路徑規(guī)劃與路徑跟蹤控制系統(tǒng)等[14]。圖1 示出某公司汽車外部環(huán)境感知功能系統(tǒng)圖。

圖1 某公司汽車外部環(huán)境感知功能系統(tǒng)圖

5 阻礙智能車發(fā)展的因素及改進方案

智能汽車的到來引發(fā)了大規(guī)模智能思想潮流，但是也隨之暴露出不少問題。

1）事故追責(zé)問題。在汽車行駛過程中，因天氣原因或其他原因造成攝像頭、傳感器等對周圍事物感應(yīng)能力的缺失，此時產(chǎn)生事故后的責(zé)任追究問題是人們普遍關(guān)注的方面，是駕駛員的責(zé)任還是歸責(zé)于廠家或研發(fā)設(shè)計者，還沒有明確的定論，這也對智能無人駕駛汽車的普及產(chǎn)生了影響。當碰撞危險發(fā)生時，智能汽車是撞擊對方還是使駕駛員受傷以保全對方的安全等道德困境還存在[15]，因此，國家需要建立相應(yīng)完善的法律法規(guī)與規(guī)范，對智能汽車侵權(quán)責(zé)任及類型進行分類。涉及智能汽車的侵權(quán)類型主要有智能汽車與智能汽車之間、智能汽車與非智能汽車之間、智能汽車與行人以及智能汽車的設(shè)計者、制造者、生產(chǎn)者之間所產(chǎn)生的各種不同形態(tài)的侵權(quán)責(zé)任[16]。

2）產(chǎn)品成本問題。智能無人駕駛汽車需要大量的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)與傳感器識別設(shè)備，汽車環(huán)境感知系統(tǒng)是智能汽車的重要組成部分，也是汽車實現(xiàn)自動駕駛的重要基礎(chǔ)。目前可通過機器視覺、高精度定位和多傳感器數(shù)據(jù)融合等手段來實現(xiàn)智能汽車環(huán)境感知能力[17]，而這些傳感器感知設(shè)備使智能汽車的成本大大提高。據(jù)可靠計算，傳感器設(shè)備所需要的成本已經(jīng)達到生產(chǎn)整個汽車成本的一半，這方面也是影響其發(fā)展的關(guān)鍵因素所在，這項問題的解決方法有：a.各國政府應(yīng)該對智能汽車的生產(chǎn)研發(fā)以及購買等給予相應(yīng)的財政補貼；b.在技術(shù)創(chuàng)新上加大投入力度，從而以技術(shù)的創(chuàng)新來降低成本；c.建立無人駕駛汽車示范區(qū)，從而以點帶動面，以部分帶動整體，增加數(shù)量以達到降低成本的效果。

3）人們對智能化產(chǎn)業(yè)及智能化汽車認識不足。應(yīng)加大教育與宣傳力度，讓大眾認識到智能化發(fā)展的益處，從而推動智能產(chǎn)品的普及。

4）理論與技術(shù)的創(chuàng)新不夠?，F(xiàn)在智能汽車僅達到L2—L3 級別的水平，部分科研機構(gòu)或高校試驗室達到L4 水平，所以還應(yīng)加大對智能汽車相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，這就要求多企業(yè)多領(lǐng)域的合作，比如信息技術(shù)強的谷歌、百度等公司應(yīng)該加強與傳統(tǒng)車企的合作，激發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的到來，數(shù)據(jù)與信息的傳輸具有高容量、低延時、超高度、高可靠的特點，5G 技術(shù)能夠給智能汽車帶來更加龐大的數(shù)據(jù)傳輸與處理能力，使其獲得更高精度的地圖與定位信息，這也將會給智能汽車帶來翻天覆地的變革[18]。

6 結(jié)論

文章就現(xiàn)階段智能汽車發(fā)展狀況與技術(shù)及所面臨的問題進行了論述。研究發(fā)現(xiàn)，智能汽車在未來汽車行業(yè)中呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢。在技術(shù)層次上，它的智能化程度大大提高，部件性能更好，汽車行駛過程中，具有更好的操縱穩(wěn)定性；在乘運層次上，其更加舒適，避免了駕駛員由于長時間駕駛出現(xiàn)的不適與駕駛疲勞，從而減少了事故的發(fā)生，安全性得以提高；在節(jié)能減排的層次上，智能汽車的發(fā)展更加順應(yīng)全球的發(fā)展趨勢。

然而智能汽車的發(fā)展與普及需要各個方面的支持與協(xié)助，如智能汽車的技術(shù)與體系應(yīng)不斷完善、相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策不斷改進、人們認知水平不斷提高，這樣智能汽車才會在貨物運輸、軍事、人員乘坐以及其他領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。它的實現(xiàn)有助于推進智能交通、智慧社區(qū)的到來，也有助于人—車—環(huán)境—云四者之間更加智能化的信息交流，掀起新一代的智能革命浪潮。