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1.1 智能汽车系统概述

习近平总书记在党的十九大、全国网络安全和信息化工作会议等多个场合反复强调要推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。作为融合多种先进科技的产物,智能汽车已经成为全行业的新共识。它是我国汽车产业转型升级、由大变强的重要突破口;是关联众多重点领域协同创新、构建新型交通运输体系的重要载体;更是决定未来汽车产业谁主沉浮的试金石。

为抓住产业智能化发展战略机遇,加快推进智能汽车创新发展,国家发改委、工信部等11个部委联合印发《智能汽车创新发展战略》,从发展态势、总体要求、主要任务和保障措施四个方面,系统描绘了中国智能汽车的发展蓝图。

中国工程院李骏院士:智能汽车产业与交通系统、能源体系、城市布局与社会生活紧密结合,不仅将打破汽车传统的产业链、技术链和价值链,还将促进产业间深度交叉融合,形成全新的、十万亿级的、对未来产生深远影响的新型产业生态体系,创造科技创新的新供给,实现汽车产业从数量增长型向质量效益型转变,从自身独立发展向多元融合发展转变,从传统要素驱动向科技创新驱动转变。

当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革方兴未艾,智能汽车已成为全球汽车产业发展的战略方向,也成为世界范围内汽车科技创新的热点和汽车产业增长的新兴动力。智能汽车技术高度融合了车辆工程、现代传感器、信息通信、自动控制、计算机和人工智能技术,是未来汽车新技术集成的载体,代表着未来汽车科技的战略制高点。

1.1.1 智能汽车的基本定义

智能汽车(Intelligent Vehicle,IV)是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合人工智能等新技术,具备复杂环境感知、智能决策、自动控制等功能,可实现安全、舒适、节能、高效行驶的新一代汽车。智能汽车通常又称为智能网联汽车、自动驾驶汽车等,其组成如图1.3所示。

图1.3 智能汽车组成

目前典型的智能汽车是具有先进驾驶辅助系统(ADAS)的车辆,如前向碰撞预警系统、车道偏离预警系统、盲区监测系统、车道保持辅助系统、自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统、自动泊车辅助系统、自适应前照明系统、夜视辅助系统、平视显示系统、全景泊车系统等。ADAS在汽车上的配置越多,其智能化程度越高,均是靠智能汽车上搭载的各种现代车载传感器实现的。

我国将汽车智能化划分为五个层次,如表1.1所示。

表1.1 汽车智能化五个层次

1.1.2 ADAS认知

ADAS先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System,ADAS),是利用安装在车辆上的传感、通信、决策及执行等装置,监测驾驶员、车辆状态及其行驶环境,并通过影像、灯光、声音、触觉提示/警告或控制等方式辅助驾驶员执行驾驶任务或主动避免/减轻碰撞危害的各类系统的总称。

ADAS本质是辅助驾驶,核心是环境感知,系统可分为感知层、决策层和执行层,如图1.4所示。

ADAS确切来说不是自动驾驶,但可以视作自动驾驶汽车的前序。根据我国《汽车驾驶自动化分级》国家标准,自动驾驶划分为L0 ~L5级,详见表1.2。

图1.4 ADAS功用示意图

表1.2 自动驾驶划分为L0 ~L5级ADAS系统功能

ADAS定义与分类如下:

1)信息类辅助

①驾驶员疲劳监测:实时监测驾驶员状态并在确认其疲劳时发出提示信息。

②驾驶员注意力监测:实时监测驾驶员状态并在其注意力分散时发出提示信息。

③交通标志识别:自动识别车辆行驶路段的交通标志并发出提示信息。

④智能限速提醒:自动获取车辆当前条件下所应遵守的限速信息并实时监测车辆行驶速度,当车辆行驶速度不符合或即将超出限速范围的情况下适时发出警告信息。

⑤弯道速度预警:对车辆状态和前方弯道进行监测,当行驶速度超过通过弯道的安全车速时发出警告信息。

⑥抬头显示:将信息显示在驾驶员正常驾驶时的视野范围内,使驾驶员不必低头就可以看到相应的信息。

⑦全景影像监测:向驾驶员提供车辆周围360°范围内环境的实时影像信息。

⑧夜视:在夜间或其他弱光行驶环境中为驾驶员提供视觉辅助或警告信息。

⑨前向车距监测:实时监测本车与前方车辆车距,并以空间或时间距离显示车距信息。

⑩前向碰撞预警:实时监测车辆前方行驶环境,并在可能发生前向碰撞危险时发出警告信息。

⑪后向碰撞预警:实时监测车辆后方环境,并在可能受到后方碰撞时发出警告信息。

⑫车道偏离预警:实时监测车辆在本车道的行驶状态,并在出现非驾驶意愿的车道偏离时发出警告信息。

⑬变道碰撞预警:在车辆变道过程中,实时监测相邻车道,并在车辆侧/后方出现可能与本车发生碰撞危险的其他道路使用者时发出警告信息。

⑭盲区监测:实时监测驾驶员视野盲区,并在其盲区内出现其他道路使用者时发出提示或警告信息。

⑮侧面盲区监测:实时监测驾驶员视野的侧/后方盲区,并在其盲区内出现其他道路使用者时发出提示或警告信息。

⑯转向盲区监测:在车辆转向过程中,实时监测驾驶员转向盲区,并在其盲区内出现其他道路使用者时发出警告信息。

⑰后方交通穿行提示:在车辆倒车时,实时监测车辆后部横向接近的其他道路使用者,并在可能发生碰撞危险时发出警告信息。

⑱前方交通穿行提示:在车辆低速前进时,实时监测车辆前部横向接近的其他道路使用者,并在可能发生碰撞危险时发出警告信息。

⑲车门开启预警:在停车状态即将开启车门时,监测车辆侧后方的其他道路使用者,并在可能因车门开启而发生碰撞危险时发出警告信息。

⑳倒车环境辅助:在车辆倒车时,实时监测车辆后部环境,并为驾驶员提供影像或警告信息。

㉑低速行车环境辅助:在车辆泊车或低速通过狭窄通道时,探测其周围障碍物,并当车辆靠近障碍物时发出警告信息。

2)控制类辅助

①自动紧急制动:实时监测车辆前方行驶环境,并在可能发生碰撞危险时自动启动车辆制动系统使车辆减速,以避免碰撞或减轻碰撞后果。

②紧急制动辅助:实时监测车辆前方行驶环境,在可能发生碰撞危险时提前采取措施以减少制动响应时间并在驾驶员采取制动操作时辅助增加制动压力,以避免碰撞或减轻碰撞后果。

③自动紧急转向:实时监测车辆前方和侧方行驶环境,在可能发生碰撞危险时自动控制车辆转向,以避免碰撞或减轻碰撞后果。

④紧急转向辅助:实时监测车辆前方和侧方行驶环境,在可能发生碰撞危险且驾驶员有明确的转向意图时辅助驾驶员进行转向操作。

⑤智能限速控制:自动获取车辆当前条件下所应遵守的限速信息并实时监测车辆行驶速度,辅助驾驶员控制车辆行驶速度,以使其保持在限速范围之内。

⑥车道保持辅助:实时监测车辆与车道线的相对位置,持续或在必要情况下介入车辆横向运动控制,使车辆保持在原车道内行驶。

⑦车道居中控制:在车辆行驶过程中,持续自动控制车辆横向运动,使车辆始终在车道中央区域内行驶。

⑧车道偏离抑制:实时监测车辆与车道线的相对位置,在其将要超出车道线时介入车辆横向运动控制,以辅助驾驶员将车辆保持在原车道内行驶。

⑨智能泊车辅助:在车辆泊车时,自动检测泊车空间并为驾驶员提供泊车指示和方向控制等辅助功能。

⑩自适应巡航控制:实时监测车辆前方行驶环境,在设定的速度范围内自动调整行驶速度,以适应前方车辆和道路条件等改变引起的驾驶环境变化。

⑪全速自适应巡航控制:实时监测车辆前方行驶环境,在设定的速度范围内自动调整行驶速度并具有减速至停止及从停止状态起步的功能,以适应前方车辆和道路条件改变等引起的驾驶环境变化。

⑫交通拥堵辅助:在车辆低速通过交通拥堵路段时,实时监测车辆前方及相邻车道行驶环境,经驾驶员确认后自动对车辆进行横向和纵向控制。

⑬加速踏板防误踩:在车辆起步或低速行驶时,因驾驶员误踩加速踏板而紧急加速可能与周边障碍物发生碰撞时,自动抑制车辆加速。

⑭酒精闭锁:在车辆启动前测试驾驶员体内酒精含量,并在酒精含量超标时锁闭车辆动力系统开关。

⑮自适应远光灯:能够自适应地调整车辆远光灯的投射范围,以减少对前方或对向其他车辆驾驶员的炫目干扰。

⑯自适应前照灯:能够自动进行近光灯或远光灯控制或切换,从而为适应车辆各种使用环境提供不同类型的光束。

1.1.3 智能汽车环境感知技术

智能汽车具备对环境信息和车内信息的采集、处理和分析功能,即环境感知,它是车辆自动驾驶的基础和前提。环境感知通过硬件传感器来获取周围的环境信息。环境感知的对象主要包括路面、静态物体和动态物体三个方面,涉及道路边界检测、障碍物检测、车辆检测、行人检测等。对于动态物体,还要对其运动轨迹进行跟踪和预测。

环境感知作为智能汽车六大关键技术之一,它的发展路线见表1.3。

表1.3 环境感知技术发展路线

注:CA为有条件自动驾驶;HA为高度自动驾驶;FA为完全自动驾驶

环境感知是一个复杂的系统,它需要多种车载传感器实时获取周边环境的信息,通过多种算法处理和分析原始输入数据,作出合理的决策。

硬件设备是感知的物理基础,主要指各种车载传感器,包括激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、超声波传感器、惯性系统、多传感器信息融合系统等。一般而言,原始数据的质量越高,后续数据处理与分析模块的难度就越低,而获取高质量的数据离不开性能优异的车载传感器。 GC3mI/tptXlzXRRKHvhTU6SjjTs5K5++WoU/JSiPmQmfa7p9quQm1cVtobOpLfjr

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