車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)上的應(yīng)用研究

摘 要：汽車電子化經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，各項(xiàng)性能發(fā)揮趨于完善。隨著汽車智能化趨勢(shì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)端處理器、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、傳感器等多項(xiàng)新技術(shù)不斷面世并取得了很大的發(fā)展，汽車自動(dòng)駕駛也就成為汽車技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的方向。本文主要對(duì)汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)中車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)汽車自動(dòng)駕駛方案。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；自動(dòng)駕駛；應(yīng)用

隨著汽車領(lǐng)域智能控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)駕駛汽車這一新方向被提出并逐步被實(shí)現(xiàn)，在未來(lái)社會(huì)，自動(dòng)駕駛汽車必將成為一種趨勢(shì)而被人們接受并使用，在此基礎(chǔ)上，在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自動(dòng)駕駛汽車。

1 自動(dòng)駕駛汽車設(shè)計(jì)

1.1 自動(dòng)駕駛汽車設(shè)計(jì)總體方案

自動(dòng)駕駛汽車能夠通過(guò)車載無(wú)線車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將自己行駛狀態(tài)、目的地、經(jīng)過(guò)道路等發(fā)送給中央信息系統(tǒng)，中央信息系統(tǒng)在收到這些信息后，在對(duì)車輛制動(dòng)條件進(jìn)行檢測(cè)后，向行駛車輛的車載無(wú)限車聯(lián)設(shè)備發(fā)送制動(dòng)指令，當(dāng)指令被主控制器接收后，車輛立即收到指令并立即啟動(dòng)，相反則指示車輛降低車速直至停車。這一方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛的有效制動(dòng)，從而降低了剎車不及時(shí)、失靈所造成的各項(xiàng)安全隱患，避免了車輛制定不及時(shí)所引起的交通堵塞、車輛追尾等。通過(guò)自動(dòng)駕駛車輛提供的信息，中央信息系統(tǒng)能夠快速掌握并預(yù)測(cè)道路現(xiàn)在及可能出現(xiàn)的狀況，自行規(guī)劃出更為合理安全的行車路線，從而避免交通堵塞。

1.2 主控制器設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛車輛控制系統(tǒng)是否可靠準(zhǔn)確直接影響車輛駕駛是否安全穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)使用高性能 Freescale MC9S12DG128B 單片機(jī)作為主控制器的核心部件，這一單機(jī)片使用的處理器為高性能的16位 HCS12 ，數(shù)據(jù)強(qiáng)大、指令系統(tǒng)豐富、邏輯運(yùn)算能力較強(qiáng)，同時(shí)它具有實(shí)時(shí)中斷、看門狗、低功耗晶振、復(fù)位控制等功能，能夠保證系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

1.3 道路新信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)中使用CCD攝像頭，CCD傳感器能夠連接高速數(shù)字信號(hào)處理器，高速數(shù)字信號(hào)處理器與自主駕駛汽車的主控制器連接，主控制器來(lái)計(jì)算出車輛的期望轉(zhuǎn)角及速度。由于道路狀況存在路里面不平、污漬等復(fù)雜路況[ 1 ]，因此在獲取道路的實(shí)際信息圖像時(shí)，需要采用處理圖像，使采集到的道路圖像質(zhì)量更高，保證圖像上無(wú)干擾點(diǎn)及無(wú)用點(diǎn)。 本次設(shè)計(jì)采用madjust 灰度變換函數(shù)來(lái)重新映射圖像的灰度值，從而有效提高圖像對(duì)比度。二值化處理預(yù)處理完畢的道路圖像，從而便于提取出道路指示牌、紅綠燈等。

主控制器能夠?qū)π旭傑嚨乐械姆较騾?shù)及位置參數(shù)進(jìn)行利用，進(jìn)一步得到車輛的期望轉(zhuǎn)角，從而更好的對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，來(lái)保證自動(dòng)駕駛車輛在行駛過(guò)程中能夠自行找到更好路線，保證車輛的安全駕駛。

1.4 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛汽車中，轉(zhuǎn)向控制器依據(jù)主控制器輸出的期望轉(zhuǎn)速，并將其與實(shí)時(shí)采集到的轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)的角位置信號(hào)相結(jié)合，從而調(diào)控轉(zhuǎn)向步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)車輛形式的位置最佳、最安全。這一轉(zhuǎn)向控制算法的重要部分是控制轉(zhuǎn)向步進(jìn)電的角速度及角位移。轉(zhuǎn)向控制算法采用雙閉環(huán) PID 控制策略來(lái)準(zhǔn)確調(diào)控角速度及角位移。步進(jìn)電機(jī)電流時(shí)內(nèi)環(huán)目標(biāo)控制量，角位移Δθ是PID控制策略外環(huán)的目標(biāo)量。為了保證自動(dòng)駕駛汽車相應(yīng)速度快快、調(diào)節(jié)周期短這一優(yōu)勢(shì)，可將PID 控制策略外環(huán)輸出量作為預(yù)定量。

1.5 車速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛汽車雖然為無(wú)人駕駛，然而其控制方法與傳統(tǒng)汽車比較并無(wú)差異，汽車的制動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功能仍然是需要通過(guò)制動(dòng)踏板與加速踏板的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本次設(shè)計(jì)車速控制系統(tǒng)包含了步進(jìn)電機(jī)、傳感器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車速控制器。工作原理：傳感器的增量式光電編碼器首先對(duì)車輛行駛過(guò)程中的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行收集，從而為車速控制器得到當(dāng)前車速提供信息，在比較來(lái)自主控制器給出的車速控制目標(biāo)后，分別向加速、制動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送PWM信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器則輸出相應(yīng)的電流驅(qū)動(dòng)加速和制動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，從而引起制動(dòng)踏板與加速踏板動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)制動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功能。

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)在感知道路及車輛信息時(shí)主要依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)及控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與基站之間、行駛車輛之間的無(wú)線通信，并對(duì)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分發(fā)[ 2 ]；在每一輛車行駛過(guò)程中進(jìn)行全程控制，避免擁堵路段，提高車輛安全運(yùn)行率；通過(guò)多跳轉(zhuǎn)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)一定范圍內(nèi)車輛的信息共享。

3 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用

3.1 車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)嵌入設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛汽車在嵌入車聯(lián)網(wǎng)時(shí)可將可見(jiàn)光網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，常規(guī)車聯(lián)網(wǎng)主要包含中央信息系統(tǒng)、無(wú)限車聯(lián)設(shè)備兩部分。將標(biāo)準(zhǔn)無(wú)限車聯(lián)設(shè)備固定在汽車或者道路上，能夠?qū)崿F(xiàn)收可見(jiàn)光信號(hào)的實(shí)時(shí)發(fā)送及接受，從而實(shí)現(xiàn)中央信息系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛車兩個(gè)之間的信息共享與交流。標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)限車聯(lián)設(shè)備主要有接受、發(fā)射兩個(gè)方面，其中發(fā)射方面主要組成單元為L(zhǎng)ED光源及信號(hào)處理，發(fā)射的光源基本不會(huì)對(duì)人眼造成損害，可見(jiàn)光通信的可靠性顯著提高；接受部分主要單元為信號(hào)處理及光電檢測(cè)器，光電檢測(cè)器能夠轉(zhuǎn)換光信號(hào)為電信號(hào)，信號(hào)處理部分能夠放大并處理電信號(hào)，將其發(fā)送到中央信息系統(tǒng)處理，中央信息處理系統(tǒng)以同樣方式將信息傳遞給自動(dòng)駕駛車輛，實(shí)現(xiàn)信息的共享與交流。

3.2 自動(dòng)駕駛汽車應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)

當(dāng)自動(dòng)駕駛汽車在行駛過(guò)程中時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)無(wú)限車聯(lián)設(shè)備能夠向中央信息系統(tǒng)準(zhǔn)確發(fā)射車輛位置、運(yùn)行狀態(tài)及目的地，而由白光LED陣列形成的交通信號(hào)燈接受到這一信息后發(fā)送給中央信息系統(tǒng)，中央信息系統(tǒng)處理得到的信息后，判斷車輛運(yùn)行過(guò)程中的安全行。

中央信息系統(tǒng)能夠通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)對(duì)車輛經(jīng)過(guò)的路線上車流量進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)發(fā)射系統(tǒng)反饋給車輛，自動(dòng)駕駛車輛依據(jù)這一信號(hào)來(lái)自動(dòng)規(guī)劃車輛的最佳行駛路線，從而緩解了交通擁堵；若即將行駛路面出現(xiàn)交通事故等，則可以將有效信息自動(dòng)上傳，從而方便救援人員及交警來(lái)對(duì)事故進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟海華，江洪波，湯天波.全球自動(dòng)駕駛發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)（上）[J].華東科技，2014（9）.

[2] 李付俊.淺談汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展與未來(lái)[J].科技論壇，2016（9）.

作者簡(jiǎn)介：

陳柱峰（1973-），男，漢族，湖南瀏陽(yáng)人，實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，主要從事汽車電子技術(shù)和汽車電子控制系統(tǒng)研究和教學(xué)工作。