吳政　韓冰　劉剛

摘 要：隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對于汽車的駕駛需求也有了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段很多類型的智能汽車為了滿足用戶的駕駛需求，通過自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動駕駛的功能，這種自動駕駛模式不僅能夠自動對道路狀態(tài)進(jìn)行識別，而且還能夠在遇到突發(fā)交通事故時，自動停止車輛運(yùn)行，確保駕駛?cè)说慕^對安全。因此本文將通過智能汽車自動駕駛技術(shù)概述、智能汽車自動駕駛系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和智能汽車自動駕駛的控制與執(zhí)行等幾個方面對其進(jìn)行具體的研究分析。

關(guān)鍵詞：智能汽車 自動駕駛 道路狀態(tài)識別

1 引言

智能汽車是一輛集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)汽車，其集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。隨著智能汽車相關(guān)技術(shù)的愈加成熟，其現(xiàn)如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動駕駛功能，智能汽車在傳感器、自動控制系統(tǒng)等作用下能夠自動對行駛道路狀態(tài)進(jìn)行識別，根據(jù)用戶的駕駛需求來自動規(guī)劃行駛道路，并且在行駛過程中如若出現(xiàn)障礙物的話，其也能夠自動進(jìn)行躲避，可以說智能汽車自動駕駛功能大幅度的提高了車輛駕駛過程中的安全性和穩(wěn)定性。

2 智能汽車自動駕駛技術(shù)概述

智能汽車自動駕駛技術(shù)指的是利用電腦、雷達(dá)、傳感器等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車駕駛的智能化、無人化。傳統(tǒng)汽車主要是依靠人力控制的方式來進(jìn)行駕駛的，而智能汽車自動駕駛技術(shù)則能夠利用智能系統(tǒng)對汽車進(jìn)行自動化操作，智能汽車自動駕駛系統(tǒng)通過感知模塊、規(guī)劃決策模塊和執(zhí)行模塊自動對車輛行駛過程中的運(yùn)行情況以及外界道路環(huán)境情況進(jìn)行分析，制定最佳的道路運(yùn)行方案，并根據(jù)實(shí)際智能汽車的實(shí)際運(yùn)行情況對其行駛速度等參數(shù)進(jìn)行及時調(diào)整，確保智能汽車運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。智能汽車自動駕駛技術(shù)是汽車行業(yè)發(fā)展的跨時代性標(biāo)志，其推動汽車行業(yè)走向了智能化方向發(fā)展的道路，路徑規(guī)劃、自動避障等自動化功能使得車輛行駛更加安全，對于交通行業(yè)的發(fā)展也是有著極其重要的影響作用。

3 智能汽車自動駕駛系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要能夠分為感知模塊、規(guī)劃決策模塊和執(zhí)行模塊三大模塊，其中感知模塊能夠?qū)χ悄芷囆旭傔^程中的周邊數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的收集，規(guī)劃決策模塊則能夠?qū)Ω兄K收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析，并根據(jù)分析結(jié)果對車輛運(yùn)行進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，執(zhí)行模塊則能夠根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)模塊給予的命令，對智能汽車進(jìn)行自動化操作，以此來完成實(shí)現(xiàn)智能汽車自動駕駛的目的。

3.1 感知模塊

感知模塊是確保智能汽車自動駕駛絕對安全的根本所在，其主要由各種類型的大量傳感器組成，感知模塊主要能夠分為內(nèi)感知和外感知兩個方面，其中內(nèi)感知指的是利用智能汽車內(nèi)部的傳感器對汽車的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時收集，而外感知則指的是對外界道路交通環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時收集。感知模塊所收集到的所有信息數(shù)據(jù)對于其后期的自動駕駛效果都有著至關(guān)重要的影響作用，而不管是內(nèi)感知收集到的信息數(shù)據(jù)，還是外感知收集到的信息數(shù)據(jù)，最終全部會被傳輸?shù)揭?guī)劃決策模塊中。同時感知模塊還能夠?qū)︸{駛?cè)藛T的駕駛狀態(tài)進(jìn)行檢測，根據(jù)多個傳感器來及時收集到駕駛?cè)藛T駕駛車輛過程中的表情、心跳、腦電波變化情況等信息數(shù)據(jù)，這些信息數(shù)據(jù)也是決定是否開展智能汽車自動駕駛功能的重要影響因素。

3.2 規(guī)劃決策模塊

如若說感知模塊是智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的眼睛，那么規(guī)劃決策模塊則可以說是智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的大腦，感知模塊收集到的所有信息數(shù)據(jù)全部會被傳輸?shù)揭?guī)劃決策模塊中，而規(guī)劃決策模塊一方面能夠通過對感知模塊收集到的車輛自身運(yùn)行信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來及時掌握車輛的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)；另一方面其還能夠通過對車輛外界運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，判斷車輛運(yùn)行是否存在安全風(fēng)險問題。規(guī)劃決策模塊能夠?qū)︸{駛?cè)藛T的駕駛狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷是否需要開啟自動駕駛模塊，而在開始自動駕駛模式之后其便能夠根據(jù)外界行駛環(huán)境來自動控制車輛的行駛速度，并結(jié)合駕駛?cè)藛T的駕駛需求對行駛路線進(jìn)行規(guī)劃，如若在車輛行駛過程中遇到障礙物或者安全交通事故堵塞的話，那么智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的規(guī)劃決策模塊也能夠根據(jù)實(shí)際情況快速下達(dá)相關(guān)指令，自動駕駛車輛繞行或停車，用以躲避障礙物或交通堵塞，確保駕駛?cè)藛T的絕對安全。

3.3 執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊則相當(dāng)于是智能汽車自動駕駛系統(tǒng)中的手臂，感知模塊收集信息，規(guī)劃決策模塊分析信息并傳達(dá)決策指令，而執(zhí)行模塊則最為簡單，其只需要落實(shí)規(guī)劃決策模塊下達(dá)的指令即可。智能汽車自動駕駛系統(tǒng)中的規(guī)劃決策模塊能夠根據(jù)車輛行駛過程中的外界環(huán)境情況對其下達(dá)轉(zhuǎn)向、加速、剎車等指令，執(zhí)行模塊則能夠按照這些指令自動操控智能汽車的相關(guān)軟件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)指令要求，從而以此來達(dá)到智能汽車自動駕駛的目的。感知模塊、規(guī)劃決策模塊與執(zhí)行模塊之間的連接是極其緊密的，任何模塊出現(xiàn)故障問題都會對智能汽車自動駕駛系統(tǒng)功能作用的發(fā)揮造成極其嚴(yán)重的影響，因此在智能汽車自動駕駛系統(tǒng)運(yùn)行過程中也要定期做好系統(tǒng)的全面檢測工作，通過維護(hù)檢測的方式來確保智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，這樣才能夠更好地推動智能汽車自動駕駛系統(tǒng)功能作用的發(fā)揮。

4 智能汽車自動駕駛的控制與執(zhí)行

4.1 縱向控制

智能汽車的自動駕駛控制主要能夠分為縱向控制和橫向控制兩個方面，其中縱向控制則主要指的是對車輛行駛速度的自動控制。智能汽車在自動駕駛過程中，其會根據(jù)當(dāng)前路況情況和駕駛?cè)藛T的需求自動對車輛的駕駛速度進(jìn)行控制，并選擇合適的跟車距離，確保與前車距離保持在絕對安全的范圍內(nèi)。智能汽車自動駕駛控制中的縱向控制所涉及的技術(shù)內(nèi)容也是較為復(fù)雜的，傳感器的精準(zhǔn)性將會直接影響到縱向控制的效果，而且智能汽車自動駕駛系統(tǒng)在進(jìn)行車輛信息數(shù)據(jù)分析的時候也要充分結(jié)合道路的限速情況，其能夠根據(jù)道路行駛狀況與限速情況對車速進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，既保證車輛行駛速度能夠滿足駕駛?cè)藛T的需求和道路行駛要求，又能夠盡可能地提升車輛自動駕駛的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 橫向控制

橫向控制也是智能汽車自動駕駛控制的重點(diǎn)之一，其縱向控制主要是對智能汽車的行駛速度進(jìn)行控制，而橫向控制則主要是對智能汽車打的運(yùn)動方向進(jìn)行控制。相比于縱向控制，智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的橫向控制難度更高一些，智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的行駛路線對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，如若前方出現(xiàn)障礙物的時候，那么智能汽車便能夠?qū)囕v兩邊以及后方的道路環(huán)境進(jìn)行分析，確保安全的前提下進(jìn)行變道運(yùn)動，避免與障礙物發(fā)生碰撞。同時如若智能汽車在行駛過程中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動的話，智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)也能夠在橫向控制的作用下自動打開對應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈，并占據(jù)轉(zhuǎn)向車道，最終完成轉(zhuǎn)向運(yùn)動目的，智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向角度和速度也有著較高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，其能夠根據(jù)對路口狀況的分析選擇合適的轉(zhuǎn)向角度和行駛速度，確保車輛能夠安全穩(wěn)定的通過交通路口。

4.3 車輛控制平臺

大多數(shù)智能汽車自動駕駛控制平臺都是由整車ECU電子控制單元與通信總線兩大模塊組成的，整車ECU電子控制單元在智能汽車自動駕駛控制中主要起到對車輛運(yùn)行情況進(jìn)行控制和計(jì)算的作用。車輛控制平臺是智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)體現(xiàn)的關(guān)鍵所在，駕駛?cè)藛T能夠通過車輛控制平臺對自動駕駛參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并及時查看車輛在自動行駛過程中產(chǎn)生的相關(guān)運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，而且車輛控制平臺中的通信總線還能夠?qū)崿F(xiàn)智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)不同模塊之間的連接，通過通信總線能夠使得智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)的可靠性得到提升，同時駕駛?cè)藛T也能夠利用通信總線及時掌握到車輛道路狀況以及車輛自動行駛相關(guān)信息。

4.4 智能汽車自動駕駛車輛道路狀況識別

在智能汽車自動駕駛控制中最重要的便是需要做好道路交通狀況的自動識別工作，智能汽車在道路中進(jìn)行自動駕駛過程中，其感知模塊能夠?qū)ν饨绲缆方煌ōh(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的收集分析，規(guī)劃決策模塊則能夠根據(jù)感知模塊收集到的信息對車輛行駛的道路狀況進(jìn)行識別處理。智能汽車自動駕駛控制中的道路狀況識別主要能夠分為兩個方面，其中一方面表現(xiàn)為智能汽車在自動駕駛過程中自動對周邊道路交通環(huán)境進(jìn)行實(shí)時分析，如若存在障礙物等問題的話，那么智能汽車便能夠根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行繞道行駛或者停車待行；另一方面則表現(xiàn)為智能車輛對行駛路線的規(guī)劃設(shè)計(jì)，智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)能夠與道路網(wǎng)絡(luò)相連接，及時接受到當(dāng)前道路的同行信息，如若道路前方出現(xiàn)交通堵塞問題的話，那么智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)便會自動對行駛路線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，盡可能地避開擁堵路段，確保車輛能夠在最短時間內(nèi)自動行駛到指定目的地。

4.5 智能汽車自動駕駛控制仿真驗(yàn)證

4.5.1 ISG電機(jī)數(shù)字模型和自動驅(qū)動控制

在對智能汽車自動駕駛控制仿真模型進(jìn)行建立的時候需要對ISG電機(jī)的數(shù)字模型和自動驅(qū)動控制進(jìn)行模擬應(yīng)用。在智能汽車自動駕駛控制仿真模型中使用的ISG電機(jī)普遍為永磁同步電機(jī)，該電機(jī)的整體性能是比較好的，其具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性及低振動噪聲的特點(diǎn)。假設(shè)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子無阻尼，忽略高次諧波、磁飽和、渦流、磁滯損耗及溫度等對電機(jī)參數(shù)的影響，來對ISG電機(jī)的數(shù)字模型進(jìn)行建立并將其應(yīng)用于智能汽車自動駕駛控制仿真模型中便能夠直觀地體現(xiàn)出ISG電機(jī)的各方面特性。

4.5.2 智能汽車自動駕駛控制仿真模型

在進(jìn)行智能汽車自動駕駛控制仿真模型構(gòu)建的時候首先需要對各方面條件進(jìn)行控制，確定智能汽車自動駕駛控制的冷、熱等條件，其次便是需要對控制對象進(jìn)行明確，主要研究電機(jī)與發(fā)動機(jī)之間的關(guān)聯(lián)，這樣才能夠更好地在智能汽車自動駕駛控制仿真模型中明確各方面因素對發(fā)動機(jī)啟動速度造成的影響。智能汽車自動駕駛控制仿真模型的控制對象主要是ISG電機(jī)和發(fā)動機(jī)兩個部分，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和ISG電機(jī)轉(zhuǎn)矩共同作用于發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量之和，經(jīng)過積分器來得到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)智能汽車初始啟動時只會啟動ISG電機(jī)，而后等到蓄電池的電量無法滿足智能汽車運(yùn)行需求時，ISG電機(jī)便會帶動發(fā)動機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速提升，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提升速度則為智能汽車自動駕駛控制速度，通過智能汽車自動駕駛控制仿真模型來對影響其自動駕駛效果的各方面因素全部進(jìn)行有效檢測，分析智能汽車自動駕駛過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，以此來研究智能汽車自動控制駕駛過程，從而為提高智能汽車自動駕駛控制性能工作的開展奠定下堅(jiān)實(shí)良好的基礎(chǔ)。

4.5.3 智能汽車自動駕駛系統(tǒng)模擬檢測

將智能汽車自動駕駛控制仿真模型建設(shè)完畢之后，還需要對其實(shí)際駕駛效果進(jìn)行模擬檢測，檢測人員根據(jù)智能汽車的駕駛需求將其進(jìn)行模擬自動行駛，并在車輛自動行駛過程中對汽車的行駛速度、轉(zhuǎn)向情況等各方面功能全部進(jìn)行具體的檢測分析，在智能汽車自動駕駛系統(tǒng)模擬檢測過程中需要將其存在的不足之處挖掘出來，并不斷優(yōu)化汽車的性能響應(yīng)能力。而且通過仿真軟件VTD、carla等還能夠?yàn)橹悄芷囘\(yùn)行創(chuàng)建不同的運(yùn)行環(huán)境，例如在智能汽車運(yùn)行過程中對其前方道路設(shè)置障礙物，那么便能夠以此來檢測智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的自動避障功能，分析其具體反應(yīng)調(diào)節(jié)時間等，以此為基礎(chǔ)判斷智能汽車自動駕駛的安全性和可控性。

5 結(jié)束語

總而言之，智能汽車自動駕駛控制技術(shù)的成功應(yīng)用使得汽車行業(yè)的發(fā)展真正意義上的邁入了智能化時代。通過智能汽車自動駕駛控制系統(tǒng)能夠?qū)Ⅰ{駛?cè)藛T的雙手完全解放出來，而且隨著智能汽車自動駕駛控制技術(shù)的愈加成熟，其所能夠發(fā)揮的功能作用也是越來越明顯，該技術(shù)有效地解決了駕駛?cè)藛T在駕駛車輛時走神、犯困等安全隱患問題，既能夠輔助駕駛?cè)藛T駕駛車輛，又能夠自動駕駛車輛運(yùn)行，在保證車輛駕駛安全性的同時降低了交通事故發(fā)生的可能性，從根本上有利于推動汽車行業(yè)甚至整個交通行業(yè)的發(fā)展。

課題項(xiàng)目：2023年度自治區(qū)高?？蒲幸话沩?xiàng)目，自然科學(xué)類，項(xiàng)目名稱《基于PANOSIM的全路況智能駕駛輔助系統(tǒng)測試研究》，項(xiàng)目編號NJZY23065。

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