盤點：3大系統(tǒng)使汽車“由人駕駛”到“無人駕駛”安全可靠

【計算機論文】盤點：3大系統(tǒng)使汽車“由人駕駛”到“無人駕駛”安全可靠

“無人駕駛”彌補“由人駕駛”的不足手握方向盤、目視前方、保持注意力、長時間重復、乏味的傳統(tǒng)駕駛方式很容易讓駕駛員產(chǎn)生疲勞，甚至發(fā)生交通事故。無人駕駛汽車研發(fā)人員則致力于從安全、可靠、便利及高效等方面進行突破，彌補人工駕駛的不足，減少交通事故，將駕駛員從繁復的傳統(tǒng)駕駛方式中解脫出來。從20世紀70年代開始，美國、英國、德國等國家開始進行無人駕駛汽車的研究，在可行性和實用化方面都取得了突破的進展。中國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究，國防科技大學在1992年成功研制出中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。特別是在過去的幾年時間里，無人駕駛技術的研發(fā)如火如荼，越來越多的國內(nèi)外汽車企業(yè)開始涉足這一領域，無人駕駛技術取得了快速蓬勃的發(fā)展。“無人駕駛”的三大系統(tǒng)無人駕駛汽車綜合利用自動控制、計算機科學、人工智能、電子信息和車輛工程等多門學科相關技術，利用車載傳感器(攝像頭、激光雷達、超聲波傳感器、微波雷達、GPS、里程計、磁羅盤等)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知到的道路、車輛姿態(tài)和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，從而使得車輛能夠自主、安全、可靠地在道路上行駛。無人駕駛汽車是一個綜合系統(tǒng)，整體可分為環(huán)境感知系統(tǒng)、行為決策系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)。1.環(huán)境感知系統(tǒng)人類在執(zhí)行駕駛任務的過程中，需要實時觀察和分析車輛自身的狀態(tài)、路面、車輛、行人、交通標志、交通標線和交通信號燈等的狀況，也就是對交通環(huán)境的“感知”。這種“感知”首先是通過感觀(主要是視覺，還包括聽覺、觸覺和嗅覺)來獲取信息，然后利用自身經(jīng)驗和邏輯推理來理解信息，并做出決策，力求安全平穩(wěn)地駕駛車輛。無人駕駛汽車在進行自主行駛的時候也需要對環(huán)境進行感知，進而根據(jù)所得到的有用的環(huán)境信息產(chǎn)生行為決策。無人駕駛汽車是通過車上配備的傳感器來感知環(huán)境信息的，這些傳感器主要包括攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、紅外相機、光電編碼器、GPS和慣性測量單元(InertialMeasurementUnit，IMU)等。其中，攝像頭、激光雷達、毫米波雷達以及紅外相機是用于獲取環(huán)境信息，光電編碼器、GPS和IMU是用于獲取車身狀態(tài)的信息。這些傳感器依據(jù)不同的原理獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)之后，車載單元還需要采用一定的方法提取出數(shù)據(jù)中對于智能行為決策有用的信息，比如探測到障礙物、檢測車道線、檢測和識別交通標志、定位和姿態(tài)估計等等。2.行為決策系統(tǒng)行為決策是指無人駕駛汽車根據(jù)給定路網(wǎng)文件，獲取的交通環(huán)境信息和自身行駛狀態(tài)，自主產(chǎn)生遵守交通規(guī)則的駕駛決策的過程。無人駕駛汽車行為決策系統(tǒng)主要包含全局路徑規(guī)劃(或任務規(guī)劃)、行為規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃(或運動規(guī)劃)。路徑規(guī)劃的目的是在無人駕駛汽車行車之前找到一條“最優(yōu)”的路徑供無人駕駛汽車行駛。“最優(yōu)”的標準可以是最短行車距離、最少行車時間、最低費用和最少擁堵等，當然前提都是在保證行駛的安全性和遵守交通規(guī)則。全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃都是屬于路徑規(guī)劃的范疇。全局路徑規(guī)劃為無人駕駛汽車的自主駕駛提供方向性的引導，確定其依次需要通過的路段和區(qū)域序列。行為規(guī)劃是處于全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃中間的層次，行為規(guī)劃根據(jù)全局路徑規(guī)劃的確定的路徑和當前的道路狀況，確定當前無人駕駛汽車應該進入什么行駛模式，比如路口左轉模式、超車模式等。局部路徑規(guī)劃依照行為規(guī)劃確定的當前行駛模式，結合環(huán)境感知獲取的信息計算出局部范圍內(nèi)精確的行駛軌跡。無人駕駛汽車采取的是全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃相結合的方式。3.運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)是根據(jù)局部路徑規(guī)劃給出的行駛軌跡和速度規(guī)劃以及無人駕駛汽車當前的位置、姿態(tài)和速度，產(chǎn)生對油門、剎車、方向盤和變速桿的控制命令，以跟蹤規(guī)劃出的行駛軌跡。當然，油門、剎車、方向盤和變速桿上需加裝底層控制器和執(zhí)行機構來執(zhí)行控制操作。除了增強無人駕駛汽車自身智能行為的能力以外，還可以采用道路交通智能化的方式，通過車與車通信(V2V)和車與交通系統(tǒng)通信(V2X)來獲取車輛速度、實時路況等信息，從而提升整個交通系統(tǒng)的駕駛安全性和交通通行效率?！盁o人駕駛”的現(xiàn)有問題目前，無人駕駛汽車產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題主要有技術安全問題、過渡風險、成本問題、法律法規(guī)問題等。1.技術問題包括：如何消除強光照、積雪等惡劣行駛環(huán)境對無人駕駛汽車環(huán)境感知系統(tǒng)帶來的影響；在復雜行駛環(huán)境下，如何感知人類手勢信號，尤其是這些手