介紹駕駛輔助技術(shù)的一些常見功能

根據(jù)工業(yè)和信息化部、公安部、交通運輸部等三部委共同發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范（試行）》，自動駕駛汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與人、車、路、云端等智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終可實現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車。

高級駕駛輔助系統(tǒng)是實現(xiàn)自動駕駛的重要基礎(chǔ)，本文就駕駛輔助技術(shù)的一些常見功能進行介紹。

01自適應(yīng)巡航控制

自適應(yīng)巡航控制（ACC）是一種高級駕駛輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過距離傳感器實時測量與前車的距離和相對速度，計算出合適的油門或剎車控制量并進行自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)本車的車速控制以及與前車的車距控制。在無前車的情況下，ACC系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的行駛速度，通過控制發(fā)動機油門開度保持定速行駛。

ACC系統(tǒng)在機動車車速為40-160公里/小時的范圍內(nèi)起作用，其最大的剎車減速度約為0.5g。近年來，針對城市交通中機動車低速行駛和頻繁起停等情況，ACC系統(tǒng)功能現(xiàn)已包括起?？刂?、避撞控制等。

圖1 機動車自適應(yīng)巡航控制原理

機動車全速度范圍內(nèi)的自適應(yīng)巡航控制可以看成是一類存在內(nèi)部動力學(xué)模型不確定性和外部環(huán)境干擾的非線性系統(tǒng)的最優(yōu)跟蹤控制問題，近年來引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。PID方法、模糊邏輯、模型預(yù)測控制、滑?？刂啤?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/" target="_blank">神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最優(yōu)控制等控制理論方法都被應(yīng)用于ACC系統(tǒng)控制器的設(shè)計中。

02自動泊車

自動泊車系統(tǒng)主要由感知單元、中央控制器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)和人-機交互系統(tǒng)組成。

★感知單元通過車位檢測傳感器、避障保護傳感器、輪速傳感器、陀螺儀、檔位傳感器等單元實現(xiàn)對環(huán)境信息和機動車自身運動狀態(tài)的感知，泊車系統(tǒng)的中央控制單元需要在感知信息已知的前提下對機動車進行運動控制；

★中央控制單元主要分析處理感知單元獲取的環(huán)境信息以及機動車泊車運動控制。在泊車過程中，泊車系統(tǒng)控制器實時接收并處理機動車避障傳感器輸出的信息，當(dāng)機動車與周圍物體相對距離小于設(shè)定安全值時，泊車系統(tǒng)控制器將采取合理的機動車運動控制；

★轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)由轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)向電機控制器、轉(zhuǎn)向柱轉(zhuǎn)角傳感器等單元組成，轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)接收中央控制單元發(fā)出的轉(zhuǎn)向指令后執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作。

圖2 自動泊車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

03電子穩(wěn)定控制

電子穩(wěn)定控制（ESC），又稱為電子穩(wěn)定程序（ESP）或動態(tài)穩(wěn)定控制（DSC），是一種檢測并抑制機動車輪胎附著力降低的計算機技術(shù)。當(dāng)ESC系統(tǒng)檢測到機動車車輪失去控制時將自動制動，且這種制動是針對特定車輪單獨進行。例如當(dāng)機動車轉(zhuǎn)向過度時，外側(cè)前輪將被制動；而機動車轉(zhuǎn)向不足時，內(nèi)側(cè)后輪將被制動。某些ESC系統(tǒng)還會限制發(fā)動機功率直至重新穩(wěn)定控制機動車。

運行過程中，ESC系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)控轉(zhuǎn)向裝置和機動車行駛方向，實時比較駕駛?cè)似谕霓D(zhuǎn)向角度（根據(jù)方向盤角度確定）和機動車實際行駛方向（根據(jù)測量的機動車橫向加速度、車身傾角和各車輪速度計算）的差異。當(dāng)機動車前進方向和駕駛?cè)似谕较虿煌瑫r，ESC系統(tǒng)則開始發(fā)揮作用。ESC系統(tǒng)首先會對機動車打滑的方向進行評估，然后進行不對稱的車輪制動，對機動車切向產(chǎn)生扭矩，從而抵消滑動的影響并將機動車重新帶回駕駛?cè)艘蟮男旭偡较颉?/p>

ESC系統(tǒng)可以在任何路面上起作用，包括碎石道路和冰面。和人為控制相比，ESC系統(tǒng)對打滑具有更快的反應(yīng)速度和更有效的糾正能力，甚至在駕駛?cè)松形匆庾R到控制力減弱的情況下ESC系統(tǒng)就已經(jīng)開始發(fā)揮作用。

04車道偏離警示

車道偏離警示系統(tǒng)的主要功能是在機動車將要駛出車道時警示駕駛?cè)?，能夠減少因駕駛?cè)耸д`、分心以及疲勞引起的交通事故，該系統(tǒng)一般在高速公路或快速路上發(fā)揮作用。

車道偏離警示系統(tǒng)主要有兩類：一是車道偏離報警系統(tǒng)（LDW），當(dāng)機動車偏離其車道時，系統(tǒng)將通過視、聽覺或者震動進行警示；二是車道保持系統(tǒng)（LKS），車道偏離報警系統(tǒng)在警示駕駛?cè)撕?，若駕駛?cè)藳]有作出相應(yīng)操作，車道保持系統(tǒng)將自動采取措施保證機動車行駛在車道內(nèi)。當(dāng)駕駛?cè)嗽谧兊狼爸鲃咏o出轉(zhuǎn)向信號時，系統(tǒng)將不起作用。

車道偏離警示系統(tǒng)采用視覺傳感器（攝像頭）、激光傳感器和紅外傳感器。在軟件核心算法上，車道偏離警示系統(tǒng)主要采用霍夫變換和邊緣檢測等圖像處理方法來實時檢測攝像頭拍攝的道路視頻中的車道線。

圖3 車道線檢測的圖像處理方法

05碰撞避免

碰撞避免系統(tǒng)是一種減輕碰撞嚴重性的主動安全系統(tǒng)，又稱為避撞系統(tǒng)、前向碰撞警示系統(tǒng)、碰撞減輕系統(tǒng)等。該系統(tǒng)使用微波雷達、激光雷達以及攝像頭來檢測碰撞先兆。一旦檢測到危險，該系統(tǒng)將進行警示，若即將發(fā)生碰撞，系統(tǒng)將自動采取措施，如制動或變向等。按防撞對象分類，汽車碰撞避免系統(tǒng)可分為行人防撞系統(tǒng)和機動車防撞系統(tǒng)。

★行人防撞系統(tǒng)的核心技術(shù)是行人檢測，行人檢測常用的傳感器包括可見光和紅外光的視覺傳感器，以及依靠波形反彈的反射傳感器等。視覺傳感器能夠捕捉豐富的場景信息，但涉及龐大的識別計算量；雷達能夠獲得行人距離等準(zhǔn)確信息，但分辨率往往有限，因此這兩類傳感器是互補的，通過融合可以達到魯棒性更好的檢測結(jié)果。

★機動車防撞系統(tǒng)最主要的判斷依據(jù)是兩車之間的相對距離和相對速度信息。按探測方向分類，機動車上使用的雷達可以分為倒車雷達和前向雷達。倒車雷達探測距離較短，一般使用超聲波或紅外探測兩種方式；前向雷達由于車速快，要求探測距離長，一般使用激光雷達。

06自動編隊

自動編隊是通過電子或機械手段實現(xiàn)自動駕駛汽車自動組隊，且車隊內(nèi)所有車輛間距縮小并同步實現(xiàn)加速或制動。基于這一概念，研究者們提出了高速公路智能交通自動化系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)，自動駕駛汽車可以自主組成一個8至25輛車的車隊。

在這一概念化的方案中，高速公路路面上已經(jīng)鋪設(shè)了由磁化的不銹鋼釘組成的車道，自動駕駛汽車通過感知鋼釘來計算車速并自我定位在車道中央。磁化的鋼釘可以是磁北極朝上或者磁南極朝上，因此可以通過鋼釘?shù)拇判皂樞騺硖峁┎糠值缆沸畔?。在這種公路上，自動駕駛汽車通過自動轉(zhuǎn)向和速度控制自動組織車隊，車隊內(nèi)車輛間距減小后，行駛過程中空氣阻力也將大大減小。針對卡車的自動編隊研究表明牽引車使用自動編隊功能可以減少能源消耗并提高電動牽引車的使用靈活性。