無人駕駛車輛關鍵系統構成及技術路線淺析

黎耀旭 韋躍亮

摘 要：汽車已成為一種日常的交通工具，而在上個世紀七八十年代，改革開放初期的中國百廢待興，作為新興事物之一的汽車還是高高在上的奢侈品，大部分平民老百姓仍然高不可攀。到了本世紀初期，隨著科技進步以及生產能力的逐步提高，汽車已是“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”，逐漸成為家家戶戶買得起的代步工具。而汽車之所以能為人類帶來便利的出行，得益于突飛猛進的科技進步和人類文明的發展。這不，從2005年起源的無人駕駛汽車，又開始帶來新的汽車技術變革，為人類提供更安全便利的出行享受。那如此神奇的駕駛技術是如何做到無人干預，還能實現安全便捷的出行方式的呢？下面我們就一一揭開無人駕駛技術的神秘面紗。

關鍵詞：無人駕駛車輛 路面感知系統 車聯網系統

最早的無人駕駛車輛的發展，可以追溯到2005年的美國，在第一屆無人駕駛車輛比賽中，雖然沒有參賽選手能夠跑完全程。但到了第二年，2005年的無人駕駛越野比賽，有多支參賽隊伍成功跑完比賽全程，展示了無人駕駛技術在無人干預的前提下實現自主控制的廣大技術前景。這次比賽斯坦福大學和卡耐基梅隆大學獲得了第一、二名，高校又走在了技術革新的最前沿。

而要做到真正意義上的無人駕駛，傳統車輛還需要增加下面這些關鍵系統。

1 無人駕駛車輛的路面感知系統

無人駕駛車輛的路面感知系統包括毫米波雷達、超聲波雷達、激光測距儀、光學攝像頭等，不同的傳感器系統對應實現不同的感知功能，這些傳感器的功能就像人的眼睛和耳朵，感知周邊物體的方位和距離。

毫米波雷達還分為遠距離毫米波雷達（LRR）和近距離毫米波雷達（SRR），由于毫米波在大氣中衰減較小，可以探測感知到的距離更遠，遠距離毫米波雷達可以實現超過200米的感知與探測。與超聲波雷達比較，毫米波雷達的體積更小，質量更輕，

分辨率更高。與遠紅外傳感器、激光測距雷達、光學攝像頭等傳感器相比，毫米波雷達在穿透霧、煙、灰塵方面的能力強，具有全天候的特點。毫米波雷達的抵抗干擾水平也高于另外幾種探測傳感器。當前市場上主流的毫米波雷達，根據其頻率（HZ）大小的的不同，通常分為兩種：第一種是24GHz毫米波雷達，另一種是77GHz毫米波雷達。低赫茲的24GHz毫米波雷達檢測范圍在中短距離上，主要用于近距離的盲點探測。而較高赫茲的77GHz毫米波雷達主要用于探測遠距離目標，一般應用于ACC自適應巡航等。

2 無人駕駛車輛的執行結構

無人駕駛車輛的執行機構包括動力控制系統、變速箱控制系統、制動力控制系統、方向盤控制系統等，這些控制系統模擬人的手和腳，控制車輛大的加減速和轉向、停車等操作。

無人駕駛車輛的執行系統通過車載CAN總線進行內部通信，通過接收前面傳感器傳來的信號，根據行車需要做出相應的加減速、停車、轉向等動作。

3 無人駕駛車輛的決策單元

無人駕駛車輛的決策單元主要包括路徑運行規劃和精確導航兩部分，就像人的大腦，決定車輛的行駛方向和行車路線。說到導航，就讓人聯想到導航地圖，無人駕駛也使用到地圖來導航，而這個地圖跟我們平時用的導航地圖還有些差異。無人駕駛車輛使用的是高精度電子地圖，高精度電子地圖在導航精度和地圖數據量上與我們常用的普通地圖差異很大，因此被稱作“高精度電子地圖”。 高精度電子地圖的精確度可以達到厘米級別，地圖中包含的三維圖像里有車道線、周圍物體的坐標位置等相關信息。自動駕駛的高精度電子地圖還會收集道路激光雷達的反射強度，它變化慢而且變化量很小。通過光學攝像頭掃描獲取的信息跟已知的高精度地圖數據進行比對，就可以確定當前車輛的位置。再根據慣性導航原理進行迭代運算，就可以根據已知的當前位置以及目的地位置的路線關系，從而推算出最佳的行車路徑。無人駕駛車輛通過路面感知系統、執行系統、決策系統構成了一個完整的獨立運行機器，在沒有人參與的情況下，實現車輛所有者點到點的安全便捷出行。

4 無人駕駛車輛與車聯網系統

無人駕駛車輛的決策單元不僅需要獨立的進行車輛控制，更需要“城市智慧交通系統”的環境。除了通過高精度電子地圖進行路徑規劃，還有一個路徑規劃技術是V2X（vehicle to everything），意思是車輛與外界的信息交換，它是在V2I（Vehicle to Load），即交通信號燈識別系統的基礎上發展起來的。V2X技術將車輛和周圍環境整合成一個“物聯網系統”，包括車與車之間的通信、車與交通設施之間的通信等，甚至是車對行人的數據處理等一系列的信息交互過程。當無人駕駛車輛能直接“獲取”交通信號燈信息，而不是通過“探測”信號燈的信息，就容易實現不闖紅燈。無人駕駛車輛“獲取”的交通信號燈信息的意思是，在離交通信號燈還有200米遠，傳感器還“探測不到”交通信號燈時，交通信號燈就主動通過信息傳輸系統向周邊無駕駛車輛“告知”信號燈的當前信號狀態及發生變化大的時間，無人駕駛車輛不再需要通過“探測”交通信號燈的狀態（“探測”信號燈狀態有時比較難以實現，比如在大雨天、暴風雪天，被風刮起的垃圾袋，甚至是大巴車的遮擋，都容易導致車輛的傳感器“探測不到”交通信號燈）。此外，如果無人駕駛車輛可以提前獲取周圍車輛的行車路徑，就可以盡量避免碰撞事故的發生，提高出行安全性。

4.1 無人駕駛車輛的技術路線及現狀

汽車工程師協會（SAE）分類，無人駕駛分 Level 0 到 Level 5六個發展階段。

每個發展階段的定義如下圖1：

按照無人駕駛等級劃分，L2級到L3級屬于“輔助駕駛”的范圍。因為屬于這個無人駕駛級別下的狀態，車輛駕駛員仍然要承擔車輛駕駛的所有責任，自動駕駛系統是不承擔所有發生事故的任何法律后果。

當前L2級的無人駕駛車輛單車成本已經下降到千元以內，出廠選裝的沃爾沃智能駕駛輔助系統售價也僅在數千元上下，當前眾多國產車如吉利博睿、廣汽傳祺GA8、長安睿馳CC等國產品牌車型已經可以搭載L2級別的自主研發無人駕駛系統。