車聯(lián)網(wǎng)在無人駕駛技術(shù)中的運(yùn)用

摘 要隨著大眾交通工具的不斷更新?lián)Q代，二十一世紀(jì)以來汽車作為人們的重要代步工具也不斷地進(jìn)步，在滿足基本動力，外觀和其他功能的條件下，人們將更多高新科技與汽車技術(shù)越來越多地結(jié)合，而無人駕駛技術(shù)技術(shù)就是現(xiàn)在乃至未來汽車發(fā)展的重要方向。車聯(lián)網(wǎng)作為無人駕駛技術(shù)的重要組成部分，是橫跨多領(lǐng)域多學(xué)科的課題，與智能交通、輔助駕駛、主動安全和智能車輛息息相關(guān)。本文將對無人駕駛技術(shù)發(fā)展概況進(jìn)行簡單的總結(jié)，對車聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和應(yīng)用做出一定的分析，并介紹其在無人駕駛領(lǐng)域中的應(yīng)用，最后對車聯(lián)網(wǎng)和無人駕駛技術(shù)融合及后續(xù)發(fā)展做出展望。

【關(guān)鍵詞】智能汽車 無人駕駛 車聯(lián)網(wǎng)

1 無人駕駛技術(shù)

1.1 無人駕駛汽車發(fā)展概況

從長遠(yuǎn)的趨勢來看，汽車發(fā)展的趨勢是實(shí)現(xiàn)自主駕駛，而無人駕駛作為自主駕駛的一種重要的實(shí)現(xiàn)形式，是未來智能交通的構(gòu)成基石。在廣義上，無人駕駛汽車是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能控制技術(shù)主導(dǎo)其運(yùn)行的汽車，是有著汽車外形的移動機(jī)器人。因此，無人駕駛汽車也被稱為自動輪式移動機(jī)器人。它是指在沒有駕駛者輸入的情況下，通過車載傳感器感知周圍環(huán)境，并根據(jù)所實(shí)時的路況信息，依靠車內(nèi)的智能計算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛裝置控制動力傳動裝置實(shí)現(xiàn)駕駛功能。它具有整個道路環(huán)境中所有與車輛安全性相關(guān)的控制功能，不需要駕駛員對車輛實(shí)施任何認(rèn)為操縱。

20世紀(jì)七十年代，以美國為主導(dǎo)的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始進(jìn)行無人駕駛的研發(fā)工作。20世紀(jì)，已經(jīng)產(chǎn)出可以人為遠(yuǎn)程操縱的無人駕駛汽車，并通過相關(guān)的測試。近幾年隨著互聯(lián)網(wǎng)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，一些科技公司開始著手無人駕駛技術(shù)的研究，例如美國谷歌和特斯拉公司，它們使無人駕駛汽車越來越智能化，已經(jīng)很接近可以量產(chǎn)的模型。

1.2 無人駕駛技術(shù)的組成

作為一個復(fù)雜的智能系統(tǒng)，無人駕駛技術(shù)涉及到多個功能的融合，而其中幾個重要的內(nèi)容如下：

1.2.1 汽車體系結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)汽車體系中，汽車主體結(jié)構(gòu)是一個系統(tǒng)的“骨架系統(tǒng)”，無人駕駛技術(shù)中的汽車體系決定了系統(tǒng)軟硬件的組織原則、集成方法及支持程序。

1.2.2 外界環(huán)境感知與識別

無人駕駛汽車的環(huán)境感知系統(tǒng)利用各種傳感器對環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取行駛環(huán)境狀況同時對獲得的信息進(jìn)行處理。環(huán)境感知系統(tǒng)的主要功能是將本車和周圍障礙物的位置、相對距離和相對速度信息提供給汽車中的計算機(jī)處理系統(tǒng)，從而為汽車的后續(xù)反應(yīng)提供支持。

1.2.3 定位導(dǎo)航系統(tǒng)

在無人駕駛汽車行駛的過程，汽車的位置、行駛方向、速度、姿態(tài)等多種信息由定位導(dǎo)航系統(tǒng)獲得，可以不折不扣地說，定位導(dǎo)航系統(tǒng)是無人駕駛技術(shù)的基石。定位導(dǎo)航技術(shù)種類繁多，常用的定位導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)、航跡推算技術(shù)、路標(biāo)定位技術(shù)、地圖匹配定位技術(shù)和視覺定位技術(shù)等。實(shí)際操作中，通常將兩種及兩種以上的導(dǎo)航系統(tǒng)綜合使用，以便獲得更好的性能。

1.2.4 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是指在給定出發(fā)點(diǎn)和目的地的情況下，無人駕駛系統(tǒng)自動獲取一條無障礙、能安全到達(dá)并且高效出行的有效路徑。路徑規(guī)劃第一步先建立交通環(huán)境地圖，隨后是調(diào)用規(guī)劃算法搜索可行的路徑。

1.2.5 運(yùn)動控制

計算機(jī)計算好路線之后，通過實(shí)時的反饋算法對汽車的運(yùn)動做出控制。

1.2.6 車輛一體化設(shè)計

2 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 車聯(lián)網(wǎng)概述

廣義上，車聯(lián)網(wǎng)就是車與一切事物聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)（Vehicle To X），通過車輛自組網(wǎng)及多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與其運(yùn)行的道路設(shè)施、車與云端以及車與家之間的互通互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)交通管理的智能化和車輛智能化，并能為駕駛者提供動態(tài)信息服務(wù)的泛在網(wǎng)絡(luò)。車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由車內(nèi)網(wǎng)和車外網(wǎng)構(gòu)成，汽車本身自有的車載網(wǎng)絡(luò)叫車內(nèi)網(wǎng)如CAN、LIN、MOST等網(wǎng)絡(luò)，而車外網(wǎng)則包括車載移動互聯(lián)網(wǎng)和車載自組網(wǎng)。

車聯(lián)網(wǎng)由感知層、平臺層和應(yīng)用服務(wù)層三層組成。第一層為感知層，也就是我們所說的端，即通過車載終端上的RFID、雷達(dá)、攝像頭等傳感器感知車輛信息及狀態(tài)；第二層為平臺層，也就是管，即車輛與一切事物之間的互聯(lián)互通；第三層是服務(wù)層，即通過云平臺實(shí)現(xiàn)車輛與交通信息的管理、應(yīng)用程序的管理及分發(fā)、數(shù)據(jù)的儲存、大數(shù)據(jù)分析與處理、并為交通參與者提供相應(yīng)的服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)的研究，需要以道路交通為基礎(chǔ)，始終圍繞車輛來進(jìn)行，車輛的運(yùn)行有兩個環(huán)境：一個是車外的運(yùn)行環(huán)境，另一個是車內(nèi)的駕駛環(huán)境，如果脫離這兩者，就不是真正的車聯(lián)網(wǎng)。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)的工作原理

車聯(lián)網(wǎng)是以車輛為核心，進(jìn)行道路利用率、道路安全等項(xiàng)目的綜合研究，車輛在移動的過程中通過多種無線通信方式實(shí)現(xiàn)車輛與一切相關(guān)事物的相連。因此，車聯(lián)網(wǎng)必須具有移動性、無線性、及時性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

車載終端、道路基礎(chǔ)設(shè)施通過無線通信方式構(gòu)成一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)VANET，通過無線通訊鏈路傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路以及車與人之間的通信，通過道路基礎(chǔ)設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)的連接實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施與云端的雙向通信，通過接入2G/3G/4G/LTE等移動網(wǎng)絡(luò)，從而使車輛具備訪問互聯(lián)網(wǎng)的能力，實(shí)現(xiàn)車與云端的雙向通信。車聯(lián)網(wǎng)的具體工作原理如圖1所示。

車載終端利用總線技術(shù)，通過ECU讀取各個單元的傳感器數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)車內(nèi)通信，通過衛(wèi)星定位模塊和各種傳感器讀取車輛運(yùn)行環(huán)境及位置信息，通過無線通信模塊和附近的車輛、路側(cè)建車載自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車輛與車輛之間的通信、車輛與路側(cè)之間的通信，通過移動通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車輛與云端及家的互聯(lián)互通。路側(cè)通過移動通信模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，向云端提供所覆蓋區(qū)域的交通狀況，并從云端獲得交通信息，通過無線通信模塊和其覆蓋區(qū)域的車輛組建車載自組網(wǎng)，并將交通信息發(fā)送給網(wǎng)內(nèi)的車輛。云端實(shí)時向車載終端或道路基礎(chǔ)設(shè)施推送交通信息和車輛有關(guān)的服務(wù)信息，并選擇性地推送其它相關(guān)信息。

2.3 車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

車聯(lián)網(wǎng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一般由車載終端和道路基礎(chǔ)設(shè)施、傳輸網(wǎng)絡(luò)、云平臺組成。車聯(lián)網(wǎng)的用戶需求多樣，業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜，且涉及不同的技術(shù)領(lǐng)域。因此，要實(shí)現(xiàn)真正的車聯(lián)網(wǎng)，則要實(shí)現(xiàn)以此三要素為中心的關(guān)鍵技術(shù)。

車聯(lián)網(wǎng)用到的主要技術(shù)有數(shù)據(jù)采集技術(shù)、車載操作系統(tǒng)、語音識別、無線通信技術(shù)、車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算技術(shù)。

3 車聯(lián)網(wǎng)在無人駕駛技術(shù)中的運(yùn)用

3.1 駕駛輔助技術(shù)

先進(jìn)的駕駛輔助技術(shù)是通過安裝在車輛上的各類傳感器，對外部環(huán)境辨識、偵查，對比車輛運(yùn)行狀態(tài)，并分析出周圍環(huán)境可能會帶來的風(fēng)險，能夠在危機(jī)的環(huán)境中輔助駕駛者工作，或者在無人駕駛技術(shù)中提供給駕駛系統(tǒng)足夠的信息。駕駛輔助系統(tǒng)就是為車輛打造一套觸覺和視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)讓車輛具備對物體關(guān)鍵特征和輪廓的辨別能力，能對車輛周圍的環(huán)境進(jìn)行感知，辨別出周圍的人、車、道路、交通標(biāo)志及障礙物。

常見的駕駛輔助系統(tǒng)包括車道偏離報警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測系統(tǒng)、交通標(biāo)志識別系統(tǒng)、倒車輔助系統(tǒng)、剎車輔助系統(tǒng)。

3.2 車聯(lián)網(wǎng)主導(dǎo)的駕駛輔助系統(tǒng)

駕駛輔助是無人駕駛的基礎(chǔ)階段，只有在駕駛輔助階段打好基礎(chǔ)，通過自適應(yīng)巡航、車道偏移報警、車道保持輔助等技術(shù)，為駕駛者在復(fù)雜的車輛操縱過程中提供輔助和補(bǔ)充，才能逐步地實(shí)現(xiàn)半自動駕駛、高度自動駕駛，最終在整個駕駛過程中無需駕駛者監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)真正的無人駕駛。

對于無人駕駛車輛，在上路行駛之前，先要根據(jù)目的地和出發(fā)地對車輛的行駛路線進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后才能進(jìn)行行駛。行駛過程中車輛需要適應(yīng)城市道路、環(huán)島、立交橋及高速道路等復(fù)雜的混合路況，根據(jù)各種傳感器感知車內(nèi)、車外信息及實(shí)時道路路況，結(jié)合高精度地圖，通過車載計算機(jī)對交通標(biāo)志和信號進(jìn)行解析，預(yù)測車輛周邊其他交通工具和行人的行為和意圖，從而做出適合路況的行車決策和路徑的動態(tài)規(guī)劃及車輛駕駛輔助功能。

在整個行駛過程中，車輛除了通過各類傳感器感知車外的道路狀況、確保安全行車之外，還需要不斷地獲得前方道路的交通流量狀況，以作路徑的動態(tài)規(guī)劃。車輛實(shí)時獲取路況信息時就需要車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施的通信，例如收費(fèi)站無人收費(fèi)、無人停車場等。為保證行車安全，一旦前方車輛發(fā)生交通事故還需要通過車輛與車輛之間的通信及時通知后方車輛，避免發(fā)生后續(xù)的危險。另外，車輛需要獲取實(shí)時的天氣信息，提醒行人等，這一切都離不開車聯(lián)網(wǎng)。

4 車聯(lián)網(wǎng)在無人駕駛中未來的發(fā)展

車聯(lián)網(wǎng)及無人駕駛在各個方面都有著跨越性的優(yōu)勢。首先，無人駕駛的普及將大大降低交通事故和交通擁擠發(fā)生的頻率，為此可能挽救數(shù)百萬人生命。次之，無人駕駛將大大解放人們的雙手，駕駛員可以在駕駛空間內(nèi)做其他任何事情。最后，隨著資源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，無人駕駛可以提高人們的交通出行效率，從而在節(jié)能減排方面做出更大的貢獻(xiàn)。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷變革，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越成熟，從而使智能化的無人駕駛技術(shù)變的觸手可及。在未來，通過車聯(lián)網(wǎng)的不斷改進(jìn)和更新，無人駕駛技術(shù)將真正實(shí)現(xiàn)車與車、車與路側(cè)、車與人、車與云端的互通互聯(lián)，并且駕駛輔助技術(shù)也將對無人駕駛汽車所大大優(yōu)化，并應(yīng)用于各種無人駕駛汽車中。在車聯(lián)網(wǎng)得到全面應(yīng)用后，隨著厘米級、毫米級地圖的不斷完善，汽車最終實(shí)現(xiàn)無需駕駛者監(jiān)控的自動行駛，未來可量產(chǎn)的無人駕駛汽車將徹底改變我們的生活。

參考文獻(xiàn)

[1]陳慧巖，熊光明等.無人駕駛汽車概論[M].北京理工大學(xué)出版社，2014（01）：9-12.

[2]孟為.零部件的車聯(lián)網(wǎng)方向[J].汽車商業(yè)評論，2015（03）：118-12.

[3]李兆榮.跨界生長：車聯(lián)網(wǎng)在進(jìn)化[M].電子工業(yè)出版社，2016（01）：20-27.

作者簡介

姚昊洋（1998-），男，回族。

作者單位

呼和浩特市第一中學(xué) 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010030