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1.1 汽车发展趋势 |
从工业1.0的机械化、2.0的电气化到3.0的机电一体化,汽车工业每次都发生着重大变革。而以信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)为标志的工业4.0,将使汽车在未来10~20年中发生革命性的变化,如图1-1所示。
图1-1 汽车的发展过程
CPS是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统。通过3C(Computation,Communication,Control)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
随着汽车保有量的不断增加,汽车作为一种常见的交通工具,会带来能源短缺、环境污染、交通拥堵和事故频发等一系列的社会问题,而智能网联汽车可有效解决这些矛盾。所谓智能网联汽车,实际上是汽车智能化和汽车网联化高度融合后的产物,如图1-2所示。所谓智能化,就是能利用自身的感知系统独自运行的能力,基本不需要外界信息的帮助;而所谓网联化,是一种能与周围车辆或交通基础设施进行通信的能力,网联化汽车未必具有智能化的成分,网联汽车的发展最终会促成完全意义上的高度智能化的汽车,从而代替驾驶人在节能、安全和舒适的前提下控制车辆的运行。
图1-2 汽车的演变过程
智能网联汽车(Intelligent Connected Vehicle,ICV),是指车联网与智能汽车的有机联合,搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与人、车、路、后台等智能信息交换共享,实现安全、舒适、节能、高效行驶,并最终替代人来操作的新一代汽车。如图1-3所示,汽车上安装的车载传感器包括雷达、摄像头、V2X(车辆对外界信息交换)通信模块、各种定位模块等装置,这些装置相当于驾驶人的眼睛,可以眼观六路,以便识别车辆周围的路况;安装了不用人就可以操作的制动、加速、转向和起动等控制系统,这相当于驾驶人的手脚;同时安装了一个控制模块,可以根据“眼睛”看到的路况控制“车辆手脚”的动作,进而控制车辆的运行。
图1-3 智能网联汽车的构成
现在关于智能网联汽车的分类方法有很多,一般从技术发展的阶段或应用的领域来进行分类。从技术发展的角度看,智能网联汽车大体经历了两个阶段:第一阶段是智能化汽车的初级发展阶段,主要以辅助驾驶(ADAS)为主,图1-4所示就是一种带有自适应定速巡航控制的汽车,可以在车流比较稳定的路面上设置定速巡航,并且可以根据前车速度自动调整自身车速,在保证安全的情况下控制车辆尽量按照设定的速度行驶;第二阶段是智能化汽车发展的终极阶段,即完全替代人的真正意义上的无人驾驶,如图1-5所示。
图1-4 自适应定速巡航汽车
图1-5 智能网联汽车
从应用领域的角度来分析,智能网联汽车有军用、民用两种类型,两者从外观和路线上有较大差别。谷歌的智能网联汽车很多技术来源于军用领域,其最大特点是以64线激光雷达装置为主,如图1-6所示,位于车辆上方很大、很沉的装置就是64线激光雷达,但是其价格昂贵。各大车辆生产厂家主要是在车身布上各种传感器,如图1-7所示,主要由激光雷达、毫米波雷达和摄像头对周围环境进行实时监测,并对道路上的交通信号、行人和车辆进行识别并做出反应。
图1-6 谷歌智能网联汽车
图1-7 雷克萨斯智能网联汽车