王秀旭，李川鵬，王耀福

車規(guī)級無人駕駛線控底盤車研發(fā)及其場景化應用

王秀旭，李川鵬，王耀福

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

文章分析了低速無人車的應用前景及目前遇到的問題，并基于正向開發(fā)原則構(gòu)建了一套無人駕駛線控底盤車綜合解決方案，提出了無人巡邏、無人售賣、無人送餐等場景化落地應用場景。

無人駕駛；線控底盤；場景化應用

1 引言

隨著“新四化”趨勢不斷深入，智能網(wǎng)聯(lián)化逐漸成為各大車企眾星捧月的主角，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展將給行業(yè)帶來前所未有的變革與機遇。伴隨著人口紅利的消失，低速無人車面臨前所未有的發(fā)展契機。

低速無人車是指完全省略人類駕駛機構(gòu)的自動駕駛車輛，用于替代人類執(zhí)行多種特定任務，包括物流、配送、運輸、清掃、擺渡、零售、巡邏、作戰(zhàn)、打擊、偵察等軍用或民用任務。低速環(huán)境雖然環(huán)境更為復雜，但是在法律法規(guī)、技術(shù)成熟度等方面已經(jīng)初步具備了商業(yè)化條件，其擁有的成本低、安全性高、占用空間小等特點，在解決城市交通最后一公里等問題上大有可為，是未來智能交通與智慧城市的重要組成部分。

但目前市場上卻鮮有具有車規(guī)級和具有可量產(chǎn)性的全線控底盤產(chǎn)品，一些企業(yè)往往采用現(xiàn)有底盤進行線控化改裝進行無人車研發(fā)，面臨著協(xié)議不開放、改造成本高、控制精度低、系統(tǒng)可靠性差、通用性模塊性差等諸多難題，難以支撐大規(guī)模的低速無人車產(chǎn)業(yè)化應用。

該課題的研究有助于自動駕駛智能系統(tǒng)的開發(fā)和推廣應用工作，逐步打造形成低成本、高可靠、車規(guī)級、量產(chǎn)級的智能化應用產(chǎn)品線，廣泛應用于交通樞紐、商業(yè)園區(qū)、生活社區(qū)等多種實際生活場景，并形成了無人巡邏、無人售賣、無人配送等共計八大應用場景，實現(xiàn)技術(shù)與場景深度融合，推動自動駕駛產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2 車規(guī)級線控底盤車研發(fā)

智能駕駛汽車的車輛控制技術(shù)旨在環(huán)境感知技術(shù)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)決策規(guī)劃出目標軌跡，通過縱向和橫向控制系統(tǒng)的配合使汽車能夠按照跟蹤目標軌跡準確穩(wěn)定行駛，同時使汽車在行駛過程中能夠?qū)崿F(xiàn)車速調(diào)節(jié)、車距保持、換道、超車等基本操作。

汽車底盤線控系統(tǒng)的核心是線控驅(qū)動系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控制動系統(tǒng)。從執(zhí)行端來看，部分線控技術(shù)雖然技術(shù)都很成熟了，但最為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)目前還沒有一套可以適用于L3駕駛的穩(wěn)定的量產(chǎn)產(chǎn)品。安全性對于汽車尤其是L3以上的自動駕駛，是最基礎(chǔ)也是最核心的要素。曾經(jīng)的純機械式控制雖然效率低，但可靠性高；線控技術(shù)雖然適用于自動駕駛，但同時也面臨電子軟件的故障所帶來的隱患。只有實現(xiàn)功能上的雙重甚至多重冗余，才能保證在一定的故障時仍可實現(xiàn)其基本功能。

線控驅(qū)動系統(tǒng)是電子控制器根據(jù)駕駛員指令來控制動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和方向，并且通過驅(qū)動/制動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來控制動力系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩的大小；線控制動系統(tǒng)由制動踏板、制動執(zhí)行單元、主動增壓與踏板模擬單元等組成，經(jīng)制動控制器接收車輪傳感器信號與制動信號來控制各輪制動力；線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)3部分組成，采用高安全性冗余架構(gòu)和模塊化設計，可匹配各種車型以及實現(xiàn)高可靠性的人機共駕功能。

線控底盤主要由4個核心子系統(tǒng)與上層智能控制系統(tǒng)的連接拓撲圖，系統(tǒng)采用分布式連接方式，4個子系統(tǒng)與上位機之間的交互獨立進行，互不干擾，這樣可以保證某一個子系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況時，其他子系統(tǒng)還可以正常工作，增強系統(tǒng)的可靠性，使用時，在上位機的PCI插槽中插入CAN卡，通過CAN總線與底層子系統(tǒng)進行交互上位機可對4個子控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令并實時監(jiān)控其執(zhí)行狀況，為了保證上位機對底層子系統(tǒng)的絕對控制權(quán)，4個子控制系統(tǒng)中采用中斷方式接收CAN總線的指令，并將CAN中斷優(yōu)先級設置為最高優(yōu)先級。

3 車規(guī)級自動駕駛系統(tǒng)

自動駕駛系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，可以分為感知層、決策層、執(zhí)行層。

感知層被定義為環(huán)境信息和車內(nèi)信息的采集與處理，涉及道路邊界檢測、車輛檢測、行人檢測等多項技術(shù)，可認為是一種先進的傳感器技術(shù)，所采用的傳感器包括激光雷達、攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、速度和加速度傳感器等。由于單一傳感器存在感知的局限性，并不能滿足各種工況下的精確感知，自動駕駛汽車要實現(xiàn)在各種環(huán)境下平穩(wěn)運行，需要運用多傳感器融合技術(shù)，該技術(shù)也是感知層的關(guān)鍵技術(shù)。

決策層可以理解為依據(jù)感知信息來進行決策判斷，確定適當工作模型，制定相應控制策略，替代人類駕駛員作出駕駛決策。這部分的功能類似于給自動駕駛汽車下達相應的任務。例如在車道保持、車道偏離預警、車距保持、障礙物警告等系統(tǒng)中，需要預測本車及相遇的其他車輛、車道、行人等在未來一段時間內(nèi)的狀態(tài)。先進的決策理論包括模糊推理、強化學習、神經(jīng)網(wǎng)絡和貝葉斯網(wǎng)絡技術(shù)等。

執(zhí)行層是指系統(tǒng)在做出決策后，按照決策結(jié)果對車輛進行控制。車輛的各個操控系統(tǒng)都需要能夠通過總線與決策系統(tǒng)相連接，并能夠按照決策系統(tǒng)發(fā)出的總線指令精確地控制加速程度、制動程度、轉(zhuǎn)向幅度、燈光控制等駕駛動作，以實現(xiàn)車輛的自主駕駛。

自動駕駛正向開發(fā)主要分為五個步驟，第一是產(chǎn)品定義，第二是場景開發(fā)，第三是系統(tǒng)需求開發(fā)，第四是子系統(tǒng)開發(fā)，第五是系統(tǒng)評估及釋放。除了上述三個層次開發(fā)外，系統(tǒng)開發(fā)要統(tǒng)籌設計子系統(tǒng)，并且對它們提出具體的需求，首先是SOTIF/功能安全需求開發(fā)，然后傳感器配置方案設計、E/E架構(gòu)設計、通訊網(wǎng)絡設計、冗余設計、降級策略定義、軟件和算法開發(fā)、硬件開發(fā)/芯片選型，還有定位方案開、DMS方案開發(fā)、EDR方案開發(fā)、OTA方案開發(fā)、HMI方案開發(fā)、系統(tǒng)評估驗證。針對L3的自動駕駛功能，冗余設計內(nèi)容就包括通訊冗余、電源冗余、HMI冗余、制動冗余、轉(zhuǎn)向冗余、輪速冗余、慣導冗余、控制冗余。

圖1 自動駕駛系統(tǒng)架構(gòu)

4 無人駕駛線控底盤車場景化應用

4.1 智能巡邏

基于無人駕駛線控底盤車，通過加裝巡邏上裝，實現(xiàn)無人駕駛自動安防巡邏功能。智能無人駕駛巡邏車裝有4個4K高清攝像頭，進行360°全景環(huán)視，可代替人在園區(qū)內(nèi)全天候、全時段實時巡邏，視頻數(shù)據(jù)可實時同步至遠程監(jiān)控端進行監(jiān)視，可代替安保人員，實現(xiàn)24h全天候安防巡邏，同時實現(xiàn)人臉識別、車牌識別技術(shù)，車牌識別功能可識別多種中文車牌，包括單行的藍/黃車牌，新能源車牌，白色警用車牌，教練車牌等。將識別出的信息與園區(qū)人員、車輛信息實時對比，即可實現(xiàn)完全代替人進行巡邏，識別可疑人員及車輛并進行跟蹤記錄，從而構(gòu)建智慧園區(qū)智能安防體系。

4.2 智能售賣

基于無人駕駛線控底盤車，通過加裝售賣上裝，實現(xiàn)無人駕駛自動售賣功能。智能無人駕駛售賣車采用四輪獨立驅(qū)動，在制動系統(tǒng)上也從反向電機制動升級到了四輪液壓碟剎，使得自動行駛更加安全。通過在售賣車上加裝智能體感攝像頭，實現(xiàn)人在車輛前方招手即停功能，并加裝人臉識別攝像頭，掃描人臉即可完成貨物的智能售賣。除此之外，在車上加裝智能語音交互系統(tǒng)——小智，實現(xiàn)售賣車同購物者的智能交互，為“新零售”模式提供了智能移動終端載體平臺，廣泛應用于城市廣場、主題公園、旅游景區(qū)等各類場所。

4.3 智能送餐

基于無人駕駛線控底盤車，通過加裝送餐上裝，實現(xiàn)無人駕駛自動送餐功能。運用小型線控底盤和無人駕駛技術(shù)相結(jié)合，前輪為普通充氣輪，后輪為全向輪，通過法蘭聯(lián)軸器安裝，配備摩擦系數(shù)較大的橡膠輪，可實現(xiàn)高速運動不打滑，實現(xiàn)小車原地360度轉(zhuǎn)向。運用激光SLAM實現(xiàn)室內(nèi)定位，并實現(xiàn)在室內(nèi)路線的智能規(guī)劃。通過八通道超聲波雷達和智能雙目攝像頭，可實現(xiàn)在樓宇內(nèi)自行行駛，正在開發(fā)同閘機、電梯的智能交互。送餐車后部設置有餐物儲藏空間和飲料支架，并配備智能鎖，可通過無線遙控控制。打通了商家與用戶間的最后的距離，可實現(xiàn)用戶一鍵下單，自主送餐到身邊，解決了物流末端最后一公里配送難題。

5 結(jié)語

未來，隨著環(huán)境感知、導航定位、路徑規(guī)劃、決策控制等技術(shù)的發(fā)展進化，無人駕駛技術(shù)產(chǎn)品商業(yè)化落地也將從低速到高速、從封閉到開放的路線逐步向前。

Research and development of car-level unmanned wire-controlled chassis vehicles and their scenario applications

Wang Xiuxu, Li Chuanpeng, Wang Yaofu

( China Automotive Technology Research Center Ltd., Tianjin 300300 )

The article analyzes the application prospects of low-speed unmanned vehicles and the current problems, and builds a comprehensive solution for unmanned wire-controlled chassis vehicles based on the principle of forward develop -ment, and proposes unmanned patrol, unmanned sales, Scenario-based application scenarios such as unmanned meal delivery.

Unmanned driving; Wire-controlled chassis; Scene application

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.009

U471.1

A

1671-7988(2021)02-25-03

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1671-7988(2021)02-25-03

王秀旭，就職于中國汽車技術(shù)研究中心有限公司。