智能汽車的發展綜述

付韻來

（四川省綿陽中學，四川 綿陽 621000）

在汽車的發展歷史中，最初汽車一直被認定為是一類復雜的機械系統。但是在20世紀80年代，人們對其認識開始發生了變化，將汽車變成一類越來越復雜的機電系統，同時在車子上安裝了很多執行機構、傳感器和電子控制裝置。目前，汽車已經實現了電子控制系統驅動，人們的認知又開始發生變化，對之前的很多權威看法也產生了動搖。例如，現在最常見的自動剎車系統，它是一項可以獨立于駕駛員操作的技術，在汽車發生緊急情況時可以自動剎車避免碰撞，在停車時可以自動轉向，在遇到交通堵塞時可以控制輪胎自動的低速運轉。

當前國內外很多公司，包括谷歌、沃爾沃、特斯拉和戴姆勒等都開始了各自的研發，致力于研制出完全自動駕駛的智能汽車，使用計算機來“駕駛”車輛，而不是人類來駕駛。作為迄今為止量產車型中自動駕駛系統應用成功的企業，特斯拉展示了在某些特定路況下，汽車已經基本實現自動駕駛。但是目前最需考慮的還是安全因素，正因為如此，各家公司很多工程師都在關注著智能汽車的發展。

1 智能車輛的發展趨勢

車輛正在由最初的機械系統向智能控制系統發展，最初是將電子控制運用在ABS系統（防抱死制動系統）和ESC系統（可潰縮式方向機柱）。其中，ABS系統是通過接收每個輪胎速度傳感器傳來的速度后，若發現車胎抱死，則打開電磁閥來降低車胎的抱死程度，使駕駛員還能夠控制車輪的轉向；ESC系統是在汽車發生強烈碰撞時，會自動的快速切斷方向盤，并使之朝儀表盤內潰縮，以免人受到方向盤的傷害。

在智能控制發展之前，電子控制發動機的發展取代了機械化的系統。但是，這些系統都不存在對相關環境的感知，例如，無法檢測到道路中其他車輛的狀態，道路信號燈以及行人的狀態等。所以，這些自動控制的車輛其實都還處于比較低的控制水平，為了推進戰術層面的自動駕駛，“智能車輛”研究者意識到也必須實現對駕駛環境的認知，并且能夠做出直接正確的反應。接下來將綜述智能車輛的三個發展階段，即自動速度控制自動轉向控制半自動控制系統，這三個階段智能汽車的自動化以及智能化程度依次提高，逐步將車輛的控制權由駕駛員交給至汽車。

2 自動速度控制

2.1 慣性巡邏控制

在智能汽車發展的過程中，慣性巡邏控制一直是用的比較多的一種速度控制方式。特別是在某些行車場景中，例如，道路條件非常直，而且行車路線比較長，目的地較遠的地方，慣性巡邏技術是很受信賴的。因為在這種路況下，駕駛員可以設定出一個最高的駕駛速度，然后由系統去控制油門，并能夠讓汽車一直保持一個恒定的速度去駕駛。

盡管慣性巡邏控制在以上場景有足夠多的優越性，但卻忽略了最重要的一個問題。因為缺少對周圍環境的感知，這樣的控制方式沒有考慮到駕駛員和車輛里面人員的安全問題。為了優化這一狀況，智能車輛的周圍都會添加一些雷達來獲取足夠的環境信息。例如當前面的車輛行駛的特別緩慢時，智能汽車就會考慮減速來適應前面的車輛，若前方突然有物體出現，也能夠迅速采取措施，制動車輛，如果一切正常的話，那么還是會依據慣性巡邏控制，依據設定的速度行駛。

2.2 自適應巡邏控制

隨著慣性巡邏控制技術的不斷成熟，以其為基礎的自適應巡航控制系統也得到了逐步的發展。自適應巡邏控制即自主的適應周圍環境，再決定出駕駛速度。該系統最早于1995年由三菱公司引入到市場中，隨后，越來越多其他汽車制造商，例如凱迪拉克，寶馬，沃爾沃等也開始積極引入。許多研究和實驗表明，自適應巡邏控制系統可以減少追尾事故的發生率，與此同時，也降低了駕駛員的工作強度。與慣性巡邏控制技術相比，智能化得到了極大的提升。

但是，自適應巡邏控制也存在一定的問題，當車輛或者駕駛員過度依賴該系統時，就會發生潛在的隱患，比如，當該系統出現對周圍環境錯誤的判斷時，那么極有可能導致更高的碰撞幾率，發生更嚴重的碰撞。

雖然自適應巡邏控制是一種對于駕駛員來說比較舒適的駕駛方式，而且其設計理念也是為了減少駕駛員的工作量，但是一旦發生碰撞，就會產生更加嚴重的后果，因為它是一種完全的向前碰撞，該控制系統的設計也完全沒有考慮到如何處理這種碰撞。所以，假設前方的車輛突然剎車，并且超出了系統的控制范圍時，就會發出警告，司機應該立刻接管車輛，對汽車進行控制。

3 自動轉向控制

除了上面介紹的智能汽車對于速度的自動控制，對于車輛轉向的控制也在逐步實現。一般情況下，整個汽車的行駛方向往往僅取決于方向盤的轉向。與自動速度控制一樣，要最佳的實現自動轉向控制的關鍵也是要求車輛能夠感知外界的環境，例如道路上的其他車輛，或者交通信號燈，行人等。另外，智能汽車在行駛的過程中，能夠通過對道路的不斷修正來減小實際路徑和預期路徑的誤差，最終，讓智能車輛完全行駛于預期的路線上。

在方向盤和汽車前輪之間，有一個機械裝置，這里就有一個問題需要考慮，如何最大限度的幫助駕駛員去控制汽車方向。一種方法是采用電力輔助系統，當駕駛員將手放在方向盤上時，他們就能感覺到方向盤在自己轉向，如果駕駛員對車輛的自動操作沒有異議，那么車輛就會一直按照自己的“想法”來移動。目前最常見的應用是在自動停車系統中，駕駛員可以在平行停車時移開他們的手，簡單地控制剎車和油門。第二種方法是采用智能檢測方式，如果檢測到駕駛員在行駛的過程中，出現意外的轉動方向盤的操作時，就會干擾駕駛員完成那樣的操作。

同時，還有其他的方式可以智能化的控制車輛的方向，比說可以使用主動前轉向，電動馬達控制方向盤和前輪之間的偏移量，這就避免了如果方向盤發生偏轉，但是車輛前輪卻沒有偏轉的危險。另外，在自動轉向控制不斷發展的同時，逐漸消除了方向盤和車輪之間的機械連接機構，這也給設計師更大的改進空間。

無論采取什么樣的方式去改變轉向，傳感器和執行器都可以提供自動的轉向功能。與速度控制類似，只有在具備一定的方向參照時，系統才能在自動轉向模式下運行，在任何一種情況下，車輛都需要知道自身的位置和運動。這個方向可以由車輛單獨決定，即在自動駕駛模式下進行，也在共享控制模式（車輛自身和駕駛員同時參與控制）下進行，以調整對方向盤的操作。

自動轉向控制非常溫和，可以讓駕駛員通過改變系統來改變車道或者避免障礙物，就像自適應巡邏控制系統一樣，會遵從司機的剎車或加速。除此之外，自動駕駛也可以提高安全性，例如，車身側面的雷達可以在相鄰車道的盲區檢測到另一輛車，這樣當司機開始不安全的車道改變時，系統就會拒絕駕駛員的駕駛從而避免事故的發生。

4 半自動的控制系統

智能汽車在速度和轉向方面的智能化控制已經逐步成熟，可以說這樣已經是一個自動駕駛系統了。然而，對于這兩方面的控制都還存在一定的局限性：這兩種系統都還不能完全的獲得授權，即在駕駛員駕駛的過程中，駕駛員可以將油門交給速度控制系統，將方向盤交給轉向控制系統，但是駕駛員還是需要將注意力集中在道路上，保證在突發情況下，接手對車輛的控制，以免造成事故。

智能汽車的最終目的是讓計算機代替駕駛員去管理車輛的行駛，降低人類在駕駛過程中的工作量。但是僅僅解決速度和轉向問題，還需要駕駛員時刻保持注意力，可能并沒有真正的達到我們最終的目的。

相對應的，目前有很多公司開始了關于智能汽車半自治系統的研發。半自治系統一方面可以真正的讓駕駛員放松注意力，另一方面也帶來了其他問題，比如需要再次設計出一個能夠監督半自動系統的系統，決定何時轉變對車輛的控制權。所以半自動系統對識別認知的要求會大大的提升，這也是目前智能汽車面臨的問題。

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