無人駕駛汽車關鍵技術研究

楊錦林

摘 要：汽車行業的不斷發展給人們的出行帶來了極大的便利，而作為一個相對發展比較長時間的行業，在近年來的發展中也取得了更大的進步，這種進步驅動力就來源于汽車行業的兩次重大的創新。其中一次是新能源汽車的問世，打破了汽車以傳統化石燃料為驅動力的現狀，促進了汽車行業的綠色化的發展。另外一次重大的發展就在于無人駕駛系統的出現，將人們的駕駛習慣等不斷改變，將駕駛的安全性大大提升，也在后續的交通規劃和汽車的智能化發展方面提供了動力。

關鍵詞：無人駕駛 汽車 關鍵技術

Research on Key Technologies of Unmanned Vehicles

Yang Jinlin

Abstract：The continuous development of the automobile industry has brought great convenience to peoples travel. As an industry that has developed for a relatively long time， it has also made greater progress in the development of recent years. The driving force for this progress is two major innovations from the automobile industry. One of them is the advent of new energy vehicles， which breaks the status quo that vehicles are driven by traditional fossil fuels and promoted the green development of the automotive industry. Another major development is the emergence of unmanned driving systems， which continuously change people's driving habits， greatly improve driving safety， and provide impetus for subsequent traffic planning and the intelligent development of automobiles.

Key words：unmanned driving， automobile， key technology

隨著計算機通訊技術和相關技術的不斷發展，自動駕駛技術已經越來越成熟，已經不再是人們對于汽車駕駛的一種想象，而是逐漸朝著現實進行轉化。并且在此過程中物聯網和智能化技術都發揮了不可替代的作用，使得汽車在逐漸地發展運行與控制過程中擁有了自己的思維，無人駕駛汽車技術也被越來越多的應用。目前，國內外的汽車企業、科研機構、高校等都不斷的在自動駕駛領域進行技術的創新和開拓的工作，希望在后期的不斷研發和發展中將無人駕駛技術不斷商業化，但是就目前的發展而言還存在著一些技術性和非技術性的問題，產生了一些發展的障礙。無人駕駛汽車，即不需要人為控制就可以自動駕駛的汽車，通過車上搭載的傳感器系統、智能化軟件、多種環境感知系統等，對于車輛自身的運行狀態和周圍的環境進行感知與分析，按照規定的軌跡達到目的地。這種無人駕駛汽車與傳統的汽車相比具有著更高的安全性和智能性，也是未來汽車的重要的發展方向，也具有著很大的發展空間，相關技術的發展更是任重而道遠。

1 無人駕駛汽車簡介

1.1 任務決策

無人駕駛車輛在行駛的過程中會接收到許多的任務，在車輛的位置、路徑、周圍環境等方面對于系統的選擇和工作量的分析等都存在著一定的影響。而任務決策的時效性和有效性都是非常重要的，需要保證無人駕駛車輛可以隨著外部環境的變化進行決策，呈現動態化的控制。

1.2 環境感知

環境感知作為無人駕駛的眼睛和觸覺，在道路感知和環境變化的分析方面發揮了重要的作用，主要存在著以下兩種途徑，一方面通過無人駕駛車輛的GPS/IMU、LIDAR、攝像頭、雷達和聲吶等傳感設備和部件進行對于道路車輛、交通信號燈、行人等環境感知工作，也可以同時實現對于車輛的定位、物體的識別、跟蹤分析工作。另一方面，可以通過通訊網絡信號不斷傳遞外部環境信息，對于道路、車輛、停車場等信息進行統一的收集和傳遞工作。

1.3 路徑規劃

路徑規劃工作指的是在實時的道路情況之下，從自身的起點到終點尋找一個安全可靠的行駛路徑，并且在時間最短、路程最短、能量消耗最少的情況之下做好全面的分析和判斷工作。總體的路徑規劃工作分為了兩種類型，一種為全局路徑規劃，另外一種為局部的路徑規劃。全局的路徑規劃指的是在已知地圖的情況下利用局部信息進行最優路徑的規劃工作，提升駕駛工作的有效性。而局部路徑規劃工作指的是在外部環境實時變化的過程中，形成局部的行駛路徑，做好實時的分析與控制工作。因此，局部路徑規劃是在全局路徑規劃的前提之下進行了，可以在行駛中適應外部環境變化的規劃工作，形成了最優的路徑。

2 技術問題

2.1 更快速可靠的軟件

有人駕駛的汽車發生安全事故的概率并不高，也具有著較高的安全性。而無人駕駛車輛除了解放了駕駛員的雙手之外，還需要提升自身的安全性，做好全方位的保證工作，而目前的軟件等還不能完成此方面的工作。例如，現階段的所有的電子設備都出現了長期運行狀態下的卡頓的現象，這種技術的局限性，就有可能在實際的汽車軟件的運行中產生滯后的現象，產生十分嚴重的后果。因此，軟件的設計和優化工作都是十分重要的。

2.2 高精度的地圖

為了實現更為智能的導航工作，無人駕駛的汽車具有著很強的感知能力，就需要在其接收到指令之后，制定好一個特定的路線，從而在地圖導航的工作之下完成相應的無人駕駛車輛工作。然而在城市道路日益復雜的情況之下，目前的地圖的細致程度和靈敏度方面都存在著一定的欠缺。就谷歌而言，谷歌無人駕駛車輛會對于試駕場地盡心強化，以便汽車在實際的場地中都可以獲得更為具體的場地信息的情況，遇到障礙時可以輕松的應對。而目前無人駕駛車輛中的汽車傳感器的感知能力、應對能力、高精度的地圖等十分有限，實現這一目標依然任重而道遠。

2.3 更加優秀的傳感器

無人駕駛車輛需要集合多種用途的傳感器，以便進行更為精準的環境感知和識別的工作，優良的傳感器不僅僅需要感知地面上的釘子和凹陷等，還需要對于普通的落葉和釘子進行區分，以便采取不同的策略進行控制。而目前傳感器的精度還有待提升，處理的速度也是十分有限的，突發情況的處理能力不高。

3 無人駕駛汽車關鍵技術

3.1 環境感知技術

環境感知是無人駕駛車輛最為關鍵和基礎性部分，而無人駕駛車輛進行自動駕駛時需要感知到前方的設備和周圍的設施，以便對于自身的情況和狀態進行積極的改善。在無人駕駛車輛需要做好基礎設置、傳感標點、道路檢測、障礙物檢測、信號燈檢測等方面的工作。而近年來物聯網技術的飛速發展，將無人駕駛車輛的發展進程不斷加快，在無人駕駛車輛于周圍物體的交流中發揮了重要的作用，良好的環境感知能力就會極大程度避免交通事故的發生。

駕駛人員在駕駛一般轎車時，想要最大程度的確保個人安全，首先會將道路情況觀察好，然后計劃出行進路線，在行進的時候，也會對周邊的人員以及車輛仔細觀察，并且在汽車行進的時候，也要仔細觀察道路十分有交通標識、標線和紅綠燈等。但是無人駕駛機動車內的安全感應裝置，它的運行理論就是對汽車行進時周邊環境展開細致的感應，搜集上述資料。而無人駕駛車輛的環境感知通過激光雷達、毫米波雷達、紅外線傳感等原件設備實現，還需要不斷提升。

3.2 定位導航技術和路徑規劃

導航和定位系統在無人駕駛車輛的運行中起到了至關重要的作用，無人駕駛車輛需要根據定位系統實現自身的位置信息確定和更好地路徑分析工作。導航技術也在無人駕駛車輛中進行了速度和方向的控制，廣泛應用的GPS系統和自主研發的北斗導航系統，兩個系統都有著很高的應用性，但是與此同時也存在著一定的應用方面的局限性，單純的使用某一種導航系統是存在著缺陷的，還需要在一些特殊的情況之下進行輔助系統的應用，也提升無人駕駛車輛的可靠性和安全性。而基于人工智能技術的路徑規劃工作也是一種主流的操作，需要在實際的路徑分析中實現路程最短、燃油效率高、節省時間的路徑規劃。道路測試時無人駕駛機動車研發中十分關鍵的一步。經過道路測試，研發人員能夠掌握無人駕駛汽車在別的道路使用人員和無人駕駛機動車的互動，可以了解更多數據，掌控潛在危險，而且對這樣的潛在危險多次實驗，給無人駕駛機動車積累更多經驗。國家大力支持無人駕駛機動車企業能夠進行路測的關鍵，有助于發揮出我國的技術特點。無人駕駛機動車實際上路行進時所遇到的情況對比預期要復雜很多，例如狹窄的車道、惡劣的天氣、人類違反道路交通規定的駕駛以及各類突發性事情等狀況，人工智能算法與環境感應科技是面對這樣的狀況、達到無人駕駛機動車安全性以及可行性的核心科技，從而在路徑規劃中提供更好地工作的效果。

3.3 軌跡跟蹤控制技術

在已經的路徑規劃的路徑之下，需要通過車輛的驅動和制動、轉向系統等進行換道、超車、跟隨等動作，保證行車過程中的安全性和實時性。減少在車的縱向和側向控制發生耦合以及車輛參數的不確定性，更多的利用PID算法、最優控制、模型預測控制算法、魯邦控制法、模糊控制和滑膜控制等進行控制。

3.4 運動控制

在汽車運動控制體系內，其運轉時主要是靠上述行為決策裝置得到行進路線方案。換句話就是，行進管控系統的運轉是確保型外決策裝置得到行進方案可以很好的開展。細致的剖析，行進管控系統會獨立的對無人駕駛機動車所在的行進位置、狀態、速度、展開全面的數據剖析，而后開展智能管控汽車的油門、制動、方向以及擋桿的運動控制，借此實施完決策系統所規劃的行進方案。為了可以更為合理的進行無人駕駛機動車油門部件、剎車、方向盤、擋桿的控制，需要開展控制反應時長的設立，這樣的設置能夠通過底部控制裝置加裝以及對應的執行方一起協同配合實現控制作業。

4 無人駕駛技術的前景

無人駕駛車輛技術的發展有著更好地前景，目前我國的發展是在環境感知和智能決策方面進行分析，為技術的發展提供了較大的空間。

5 結語

綜上所述，無人駕駛車輛在未來的發展中發揮著舉足輕重的作用，當前的發展已經取得了巨大的突破， 但是面臨著當前的技術缺陷等問題，還需要做好更好地技術提升工作，從而打破的產業化的瓶頸。

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