淺談別克品牌的高級輔助駕駛系統(tǒng)

楊榮林

(上汽通用汽車銷售有限公司,上海 201206)

1 自動駕駛概述

自動駕駛汽車,也稱智能網(wǎng)聯(lián)汽車或無人駕駛汽車,是指集成環(huán)境感知傳感器、電控或線控底盤、高精度地圖、無線通信、云計(jì)算和AI等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)自動行車路徑規(guī)劃、自動行為決策等操作的新一代汽車技術(shù)[1]。

美國汽車工程師協(xié)會(SAE)對汽車自動化水平的分級從0級到5級(L0-L5),這也是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)普遍采用的分級標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 SAE自動駕駛水平的分級標(biāo)準(zhǔn)

L2-L3級別的自動駕駛汽車,目前比較有代表性的是凱迪拉克CT6、Audi A8和特斯拉Autopilot。

凱迪拉克CT6配置了超級巡航系統(tǒng)(Super Cruise),這個系統(tǒng)能在封閉的高速公路上進(jìn)行有條件的自動駕駛,車輛可以自動控制轉(zhuǎn)向、油門和制動,實(shí)現(xiàn)本車道自適應(yīng)巡航,但是駕駛員必須作好隨時接管車輛的準(zhǔn)備,駕駛責(zé)任還在駕駛員。

Audi A8具有低速自動駕駛和自動泊車等功能。當(dāng)車速低于60 km/h,車道線清晰并且車道中央帶隔離帶的路況下,駕駛員按下Audi AI按鈕就可以啟動自動駕駛功能。

特斯拉Autopilot在升級了Navigate on Autopilot后,車輛可以自動上下高速匝道,實(shí)現(xiàn)換道建議、高速出口導(dǎo)航等功能。特斯拉Autopilot與凱迪拉克CT6及Audi A8等其他L2-L3級別的車最大的不同是可以實(shí)現(xiàn)自動變換車道。

目前,自動駕駛的發(fā)展途徑主要包括漸進(jìn)式發(fā)展和跨越式發(fā)展。漸進(jìn)式發(fā)展模式的代表企業(yè)主要是傳統(tǒng)的整車廠商、新勢力造車以及零部件供應(yīng)商,例如Audi、特斯拉和博世等,從L0-L1級別的高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)開始,逐步實(shí)現(xiàn)自動駕駛,這種發(fā)展方式技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度低,商業(yè)落地變現(xiàn)較為容易[2]。

跨越式發(fā)展模式的代表企業(yè)主要是科技創(chuàng)新企業(yè)和出行服務(wù)企業(yè),例如Waymo、百度、優(yōu)步(Uber)等,這些企業(yè)跳過L3以下級別,直接研究L4和L5級別的無人駕駛技術(shù)。這種發(fā)展模式可以直接占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn),獲得核心競爭優(yōu)勢。

通用通過收購自動駕駛初創(chuàng)公司Cruise,實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)式和跨越式同步發(fā)展,在整車廠中發(fā)展速度最快。

2 高級駕駛輔助系統(tǒng)功能介紹

ADAS是通過單目或雙目攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)甚至激光雷達(dá)等環(huán)境感知傳感器收集車內(nèi)外的環(huán)境參數(shù),對動態(tài)、靜態(tài)物體進(jìn)行辨識和追蹤,第一時間提醒駕駛員可能發(fā)生的危險(xiǎn),甚至主動操控制動、轉(zhuǎn)向和油門以規(guī)避危險(xiǎn)的主動安全技術(shù)[3]。

ADAS系統(tǒng)功能主要覆蓋SAE L0-L2級別范圍,按照技術(shù)進(jìn)行分類,ADAS可分為輔助預(yù)警類和輔助控制類(圖1)。

圖1 ADAS系統(tǒng)功能匯總圖

輔助預(yù)警類ADAS屬于L0級別,包括：

(1)FCA為預(yù)警系統(tǒng),通過聲音、振動等方式提醒駕駛員,但不會采取主動制動的控制措施。FCA的啟用條件是車速高于8 km/h,其中配置自適應(yīng)巡航系統(tǒng)功能FCA的啟用條件是車速高于4 km/h,可以探測60 m以內(nèi)的車輛。

(2)LDW系統(tǒng)可實(shí)時探測車道線,當(dāng)車輛在沒有使用相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向信號燈的情況下偏離車道壓線時,系統(tǒng)會通過聲音、振動等發(fā)出警告,但不會控制方向盤。該功能的開啟條件是車速高于80 km/h以上。

(3)FDI系統(tǒng)可探測與前車的距離,并根據(jù)本車車速,在儀表上顯示時間和距離等信息,確保行車過程中始終保持安全距離。

(4)LCA系統(tǒng)主要用于檢測車輛兩側(cè)快速接近的車輛,避免變道過程中出現(xiàn)危險(xiǎn)。探測范圍是車輛兩側(cè)約一個車道或3.5 m寬,向后方70 m左右的區(qū)域。

(5)SBZA系統(tǒng)屬于LCA系統(tǒng)的一部分,其探測范圍是車輛后方5 m左右區(qū)域。當(dāng)探測到有車輛存在時,對應(yīng)一側(cè)的后視鏡警示燈將自動點(diǎn)亮。

(6)RCTA也被稱作后方穿越預(yù)警,通過后保險(xiǎn)杠上左右2個24 MHz毫米波雷達(dá)進(jìn)行探測,探測范圍是20 m以內(nèi)的車輛或物體。

輔助控制類ADAS屬于L1級別,包括：

(1)ACC是在定速巡航的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的智能化巡航系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)駕駛員的設(shè)置,自動控制油門和制動以調(diào)整車速,保持與前車的跟車距離。ACC的啟用條件是車速大于25 km/h。

(2)LKA系統(tǒng)可以看作是車道變更輔助系統(tǒng)LCA的升級,當(dāng)車輛在沒有使用相應(yīng)方向的轉(zhuǎn)向燈但車身靠近已探測到的車道線時,系統(tǒng)會主動轉(zhuǎn)動方向盤以修正方向,使車輛在原有車道內(nèi)保持行駛。該功能的啟用條件是車速在80～180 km/h。

(3)CMB系統(tǒng)包括高、低2種配置。高配置的CMB帶有遠(yuǎn)距離雷達(dá)模塊,也稱為全速防撞自動剎車。低配的CMB不帶有遠(yuǎn)距離雷達(dá)模塊,僅利用前視攝像頭工作,也稱為低速自動剎車?？梢詫赡馨l(fā)生的車輛之間的碰撞提前采取制動措施,緩解甚至避免碰撞的發(fā)生。

(4)PD系統(tǒng)能夠識別車輛前方的行人,通過儀表指示燈提醒駕駛員前方有行人,駕駛員如果沒有作出任何反應(yīng),當(dāng)碰撞即將發(fā)生時,系統(tǒng)會控制車輛制動系統(tǒng)使車輛完全停止。

(5)APA系統(tǒng)可以自動計(jì)算停車軌跡,駕駛員只要按照系統(tǒng)提示控制剎車和檔位,系統(tǒng)會自動控制轉(zhuǎn)向使車輛停入車位。

表2是上汽通用汽車別克品牌各個車型的ADAS系統(tǒng)配置情況。

3 高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS的系統(tǒng)構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 ADAS系統(tǒng)構(gòu)成

ADAS系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：環(huán)境感知層、自主決策層以及車輛控制層。環(huán)境感知層主要功能是確定車輛的位置以及周邊的環(huán)境(動態(tài)和靜態(tài))。決策層的功能是根據(jù)感知層提供的信息進(jìn)行計(jì)算,給出行車路徑和行車參數(shù)。執(zhí)行層用于執(zhí)行決策層的指令。圖2示出了ADAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,表3示出了別克品牌ADAS各個功能的輸入和輸出部件圖。

表2 別克各車型ADAS系統(tǒng)配置圖

圖2 ADAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

表3 別克品牌ADAS各個功能的輸入和輸出部件圖

3.2 ADAS關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)傳感器屬于主動型傳感設(shè)備,通過天線發(fā)射毫米波信號(波長1～10 mm,頻率30～300 GHz),并有雷達(dá)天線接收從目標(biāo)物反射回來的信號(表4)。毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng),精度高,實(shí)時性強(qiáng),不需要復(fù)雜的計(jì)算和設(shè)計(jì)。但是對行人的反射與測距效果差,無法識別交通標(biāo)志和行人,也容易受外部因素干擾,特別是電磁波干擾。

表4 毫米波雷達(dá)的頻段和應(yīng)用范圍

3.2.2 攝像頭

攝像頭傳感器在人工智能算法的支持下,可以識別障礙物的形狀、大小和距離等,甚至識別車輛前方可活動的空間區(qū)域,具有行車軌跡規(guī)劃的能力。FCA、LDW、LKA、PD、全景泊車(SVP)、駕駛員疲勞檢測等眾多ADAS功能都需要借助攝像頭實(shí)現(xiàn),有些功能甚至只能通過攝像頭來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前,車載攝像頭有單目攝像頭、雙目攝像頭(可深度感知)、環(huán)視攝像頭(魚眼)、后視攝像頭。攝像頭傳感器最大的缺點(diǎn)是在大霧、強(qiáng)光照射和黑夜等惡劣環(huán)境下的感知效果及測距性能差。

3.2.3 激光雷達(dá)(LiDAR)

LiDAR全稱是激光探測和測距,是一種距離測量的遙感技術(shù)。通過對目標(biāo)物體進(jìn)行3D激光掃描和探測,接收反射激光后,可以獲得目標(biāo)物體的輪廓和位置信息。激光雷達(dá)在自動駕駛中的應(yīng)用主要是定位和障礙物的檢測分類。目前,根據(jù)掃描方式,激光雷達(dá)可分為3D扇形掃描激光雷達(dá)和3D旋轉(zhuǎn)式掃描激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的局限性是雨雪霧天氣下性能較差,價格昂貴,數(shù)據(jù)量過大。激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)見圖3。

3.2.4 深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)在自動駕駛技術(shù)上的應(yīng)用,目前主要體現(xiàn)在感知和決策兩個方面。

在感知部分,通過深度學(xué)習(xí)來提高圖像識別能力,實(shí)現(xiàn)物體識別和可行駛區(qū)檢測。比如Audi A8的前視攝像頭,集成了智能圖像處理軟件,利用單目攝像頭結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù),精確計(jì)算出物體的寬度、高度和距離。能夠識別和分類汽車、卡車、交通標(biāo)志、行人和車道標(biāo)線。

圖3 激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖

在自動駕駛決策的部分,幫助車輛在復(fù)雜的路況下獨(dú)立找到駕駛模式和規(guī)則,并據(jù)此作出各種判斷和選擇。目前,各大無人駕駛研發(fā)公司在公共道路上進(jìn)行實(shí)車測試的一個重要目的是為機(jī)器學(xué)習(xí)采集訓(xùn)練數(shù)據(jù),如百度Road Hackers、特斯拉的影子模式(shadowmode)功能。

4 典型案例

4.1 “前雷達(dá)被遮擋”或“自適應(yīng)巡航暫時不可用”情況

在整車儀表間歇性提示“前雷達(dá)被遮擋”或“自適應(yīng)巡航暫時不可用”時,車輛自適應(yīng)巡航功能失效,讀取車輛無診斷故障代碼(DTC),通信狀態(tài)正常,見圖4。

圖4 “前雷達(dá)被遮擋”或“自適應(yīng)巡航暫時不可用”情況相關(guān)圖片

可以先檢查前格柵、前車標(biāo)的狀態(tài),查看是否有裂紋缺角等情況;檢查牌照安裝情況,是否存在牌照框、牌照安裝不夠貼合的情況;對遠(yuǎn)距離雷達(dá)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí),如果讀入狀態(tài)錯誤,重點(diǎn)檢查遠(yuǎn)距離雷達(dá)模塊的安裝狀態(tài);最后可以考慮遠(yuǎn)距離雷達(dá)模塊自身零件故障,可以通過兩車互換模塊,如果互換后,可以成功學(xué)習(xí),說明模塊自身已經(jīng)損壞。

4.2 “自動泊車輔助-失效”情況

車輛在使用自動泊車輔助功能時,儀表提示“自動泊車輔助-失效”。自動泊車輔助功能會在以下情況出現(xiàn)時退出工作：(1)自動泊車模式下,短按APA開關(guān);(2)尋找車位車速過高(大于30 km/h);(3)泊車車速過高(大于10 km/h);(4)在泊車過程中駕駛員操控方向盤;(5)泊車時間超過最大時間限制;(6)關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān),儀表提示圖見圖5。

圖5 儀表提示圖

可以先采用診斷工具檢測,系統(tǒng)無DTC出現(xiàn),與正常車輛對比數(shù)據(jù)未見異常。更換轉(zhuǎn)向機(jī),故障依舊。與正常車互換轉(zhuǎn)向管柱總成,故障消失。更換新的轉(zhuǎn)向柱后故障還是存在。經(jīng)過反復(fù)試車驗(yàn)證,最后鎖定故障點(diǎn)是客戶自己加裝過重的方向盤套引起。

5 結(jié)語

交通事故的頻發(fā)和交通擁堵的加劇催生了高級駕駛輔助系統(tǒng)以及無人駕駛技術(shù)的出現(xiàn)。隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)的不斷成熟,別克各個車型陸續(xù)配置了ACC、LDW、CMB等技術(shù),而且從高端車型不斷往低端車型延伸。預(yù)計(jì)不久之后,高級駕駛輔助系統(tǒng)會成為別克各個車型的標(biāo)準(zhǔn)配置,能有效提高了車輛的安全性,保障車輛及行人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。