智能網(wǎng)聯(lián)客車技術(shù)研究簡(jiǎn)述

文/李 韌 陳 昕(.安徽安凱汽車股份有限公司;.安徽創(chuàng)新館服務(wù)管理中心)

隨著全國(guó)各地智慧交通應(yīng)用示范區(qū)不斷建立，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的興起如雨后春筍，極大地推動(dòng)了車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)和自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)客車配備環(huán)境感知設(shè)備、控制器、執(zhí)行器等裝置，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相融合，實(shí)現(xiàn)車與周邊環(huán)境（車、路、人、云等系統(tǒng)）之間的信息互換與共享，使其具備復(fù)雜的環(huán)境感知、決策與路徑規(guī)劃、底盤控制等功能，保證車輛能安全、舒適、節(jié)能行駛，并期待最終成為完全取代司機(jī)操作的新一代客車[1]。智能網(wǎng)聯(lián)客車作為固定區(qū)域、固定線路接駁等場(chǎng)景的主要承載方式，具有很好的發(fā)展前景。在實(shí)現(xiàn)單車智能的基礎(chǔ)上，依托云計(jì)算、車聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信等技術(shù)，將路網(wǎng)建設(shè)成為分段探測(cè)、超低時(shí)延、高實(shí)時(shí)性計(jì)算能力、高安全可靠的邊緣計(jì)算控制系統(tǒng)，具有調(diào)度功能和全程路徑規(guī)劃的全局網(wǎng)聯(lián)控制功能，充分實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。智能網(wǎng)聯(lián)客車給客戶帶來便捷的同時(shí)，其信息安全問題也不可忽視，需要不斷提高信息技術(shù)的安全性[2-3]。

羅扎諾夫在《陀思妥耶夫斯基的一個(gè)卓越想法》(Одна из замичательных идей Достоевского)一文中評(píng)論了《地下室手記》中提出的思想，提出了“瘙癢”的觀念或想法：

一、智能駕駛技術(shù)

1.環(huán)境感知與融合技術(shù)

環(huán)境感知技術(shù)利用視覺、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等傳感設(shè)備，檢測(cè)行駛過程中車輛的外部信息，為車輛的自主決策系統(tǒng)提供依據(jù)。精準(zhǔn)可靠的環(huán)境感知技術(shù)是智能交通系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，是自動(dòng)駕駛車輛的關(guān)鍵技術(shù)之一，包括視覺感知、激光感知、毫米波感知等[4]。視覺感知利用在車輛加裝的視覺傳感器對(duì)車輛周圍的環(huán)境信息進(jìn)行采集，借助圖像處理算法處理環(huán)境信息數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)識(shí)別周圍環(huán)境，可獲得豐富可靠的信息，實(shí)時(shí)性好；缺點(diǎn)是易受到光線強(qiáng)弱差距和行駛速度的影響，且視覺傳感器對(duì)三維物體的識(shí)別度較差。激光感知通過激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)，采用濾波、聚類等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛周邊環(huán)境的識(shí)別，獲取的三維物體信息更加精準(zhǔn)，能夠精確測(cè)量距離信息，不容易受到光線強(qiáng)弱的影響；缺點(diǎn)是構(gòu)造復(fù)雜，體積相對(duì)更大，價(jià)格更高，同時(shí)對(duì)平面內(nèi)無距離差異的目標(biāo)無法準(zhǔn)確感知。毫米波感知是指通過毫米波雷達(dá)發(fā)射微波采集相關(guān)的距離信息，實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境識(shí)別，可以準(zhǔn)確識(shí)別三維物體的位置信息，但其對(duì)無具體差異平面內(nèi)的物體的感知能力差。環(huán)境感知系統(tǒng)多采用分布式多傳感器融合方式對(duì)視覺、激光及毫米波雷達(dá)等主要傳感器信息進(jìn)行融合處理，如圖1 所示。融合方法的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用各個(gè)傳感器事先處理的結(jié)果，計(jì)算速度快、可靠性高。信息融合常用的算法主要包括卡爾曼濾波、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子濾波等。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)客車感知系統(tǒng)布置示意圖

此外，為保障環(huán)境感知數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，需采集高精度地圖以及定位技術(shù)的信息，研究熱點(diǎn)主要在于高精度地圖信息采集、模型建立、定位技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)的路徑規(guī)劃技術(shù)等；實(shí)時(shí)SLAM（Simultaneous Localization And Mapping，同步定位與地圖構(gòu)建）技術(shù)則著重于在無地圖環(huán)境中利用感知傳感器及構(gòu)建算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度地圖構(gòu)建及厘米級(jí)精度的自主導(dǎo)航定位，可有效解決慣導(dǎo)組合系統(tǒng)部分無效環(huán)境中的智能導(dǎo)航定位問題，以及車輛進(jìn)入完全未知環(huán)境下的自主定位及路徑規(guī)劃問題。

2.決策與控制執(zhí)行技術(shù)

（1）車輛自主決策技術(shù)。車輛自主決策技術(shù)即通過車載傳感器采集車輛外部環(huán)境信息、車輛的行駛狀態(tài)和行駛意圖，在考慮舒適性、安全性的情況下，對(duì)車輛的行駛路徑與駕駛行為進(jìn)行自主決策。車輛自主決策技術(shù)占據(jù)了智能駕駛客車技術(shù)的核心地位。

智能網(wǎng)聯(lián)客車是指通過車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)駕駛技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)公共交通的一種方案，車路協(xié)同技術(shù)是連接車輛和其他設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)。車路協(xié)同構(gòu)建的交通體系，能夠通過高精定位、高精地圖、邊緣計(jì)算等多種技術(shù)協(xié)同，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)車輛之間、車與人之間、車與道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交互，保證車輛行駛過程安全有序，與路面上的車輛、行人、其他交通工具等在各個(gè)交通節(jié)點(diǎn)通行時(shí)不發(fā)生碰撞，在保證交通安全的基礎(chǔ)上最大限度地提高通行速度。

《衛(wèi)風(fēng)·伯兮》中提到，“焉得諼草，言樹之背。愿言思伯，便我心痗。”說的就是樹蔭之下生長(zhǎng)的忘憂草，能夠消除我對(duì)你的相思之苦，但是我甘愿相思成病，只希望親愛的愛人能快些回來。

圖2 智能電動(dòng)線控轉(zhuǎn)向示意圖

智能網(wǎng)聯(lián)客車的線控制動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線之一是采用解耦式智能電動(dòng)線控制動(dòng)系統(tǒng)。在方案實(shí)現(xiàn)方面，電動(dòng)助力制動(dòng)系統(tǒng)和電子穩(wěn)定控制（ESC）系統(tǒng)共用制動(dòng)油壺、制動(dòng)主缸和制動(dòng)管路，二者均以能量回饋優(yōu)先的原則，分別獨(dú)立進(jìn)行能量回收制動(dòng)力分配，利用液壓和驅(qū)動(dòng)電機(jī)能量回饋建立制動(dòng)力。解耦式線控制動(dòng)如圖3所示，通過電動(dòng)助力制動(dòng)、ESC 冗余制動(dòng)、電機(jī)回饋制動(dòng)以及機(jī)械制動(dòng)四者協(xié)同控制以實(shí)現(xiàn)線控制動(dòng)系統(tǒng)的高安全性，并可通過深度制動(dòng)能量回收來提高經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，通過功能安全概念階段分析，確定解耦式線控制動(dòng)系統(tǒng)功能安全目標(biāo)并導(dǎo)出其功能安全要求和技術(shù)安全要求。根據(jù)頂層功能安全設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)解耦式線控制動(dòng)系統(tǒng)功能安全總體控制架構(gòu)，并制定故障診斷策略和失效安全保護(hù)機(jī)制。

智能線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是整個(gè)線控底盤關(guān)鍵技術(shù)之一，智能網(wǎng)聯(lián)客車用線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)智能決策系統(tǒng)給出的轉(zhuǎn)向需求進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，如圖2 所示。利用車輛路況反饋頻率響應(yīng)特性進(jìn)行建模，采用先進(jìn)的前饋算法進(jìn)行相位超前的方向盤力矩補(bǔ)償，以抑制路面干擾；同時(shí)采用先進(jìn)的同步電機(jī)控制算法，開發(fā)獨(dú)立雙繞組電機(jī)系統(tǒng)，兩套繞組同時(shí)工作提供全部功率，當(dāng)其中一套繞組失效時(shí)，另一套繞組仍能提供一半功率，結(jié)合冗余結(jié)構(gòu)的電機(jī)和傳感器，將電子控制單元（ECU）設(shè)計(jì)成冗余結(jié)構(gòu)，提供發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)急轉(zhuǎn)向能力。

圖3 解耦式線控制動(dòng)示意圖

二、車路協(xié)同控制技術(shù)

（2）控制執(zhí)行技術(shù)。控制執(zhí)行技術(shù)指的是依據(jù)車輛自主決策算法對(duì)智能駕駛客車進(jìn)行控制，通過控制車輛的速度、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、燈光等保證車輛能夠安全抵達(dá)規(guī)定目標(biāo)地點(diǎn)。智能駕駛客車的控制執(zhí)行技術(shù)主要包括橫向控制與縱向控制兩大類。橫向控制技術(shù)是指通過控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來控制方向盤轉(zhuǎn)向角度和力矩，在保證車輛行駛舒適性的同時(shí)，控制車輛在所期望的規(guī)劃路徑上行駛。縱向控制技術(shù)通過控制車輛的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)，使車輛按照適合的車速行駛、行車距離保持在安全的距離范圍之內(nèi)，保證行駛過程中車輛的安全穩(wěn)定。智能駕駛客車要解決橫向控制和縱向控制執(zhí)行問題，必須要具備線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)技術(shù)，線控轉(zhuǎn)向重點(diǎn)解決橫向控制，線控制動(dòng)重點(diǎn)解決縱向控制。

葡萄糖被己糖激酶催化生成葡萄糖-6-磷酸，然后在轉(zhuǎn)酮酶的催化下轉(zhuǎn)化為4-磷酸赤蘚糖，進(jìn)一步在4-磷酸赤蘚糖激酶的去磷酸化作用下生成赤蘚糖醇，最后在赤蘚糖還原酶催化加氫作用下生成赤蘚糖醇[25]。

三、網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)

隨著智能網(wǎng)聯(lián)客車技術(shù)發(fā)展，車輛與外界信息交互越來越頻繁，在此過程中容易受到外部攻擊，智聯(lián)網(wǎng)聯(lián)客車的特殊屬性使得其在信息安全方面面臨更艱巨的挑戰(zhàn)，因此加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)的應(yīng)用研究是十分必要的。網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)研究的重點(diǎn)方向?yàn)檐囕d網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密技術(shù)，為更有效進(jìn)行加密運(yùn)算以減少運(yùn)算時(shí)間，車載網(wǎng)絡(luò)通常采用輕量化、硬件加速等方式來認(rèn)證和加密網(wǎng)絡(luò)中的消息；車載網(wǎng)絡(luò)信息認(rèn)證技術(shù)方面，普遍采用信息交互協(xié)議特別是CAN 協(xié)議增加安全認(rèn)證設(shè)計(jì)，保障車載網(wǎng)絡(luò)信息的真實(shí)可靠，有效避免通信帶寬消耗影響消息實(shí)時(shí)性和可靠性，提高信息認(rèn)證的安全性；車載網(wǎng)絡(luò)異常入侵檢測(cè)技術(shù)使用帶寬資源較少，便于在現(xiàn)有車輛上部署，按照檢測(cè)技術(shù)劃分主要包括基于信息理論和統(tǒng)計(jì)分析的檢測(cè)方法、基于特征觀察的檢測(cè)方法、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢測(cè)方法等。

四、結(jié)語

在智能網(wǎng)聯(lián)客車的發(fā)展趨勢(shì)中，單車智能特別是環(huán)境感知與融合、路徑規(guī)劃與決策控制、線控底盤等技術(shù)是必要的前提。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，高帶寬、低延遲的通信技術(shù)的快速推進(jìn)，車路協(xié)同技術(shù)必然會(huì)為智能網(wǎng)聯(lián)客車的推廣應(yīng)用增加安全保障，同時(shí)提高交通體系的通行效率。針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)面臨的網(wǎng)絡(luò)信息安全問題，還需要持續(xù)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究和體系建設(shè)。