智能车辆系统发展及其关键技术浅析

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   摘要:智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性,以及提供优良的人车交互界面。近年来,智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力,很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。
   关键词:智能车辆;系统发展;关键技术
  
   1 智能车辆概述
   所谓“智能车辆”,就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器(雷达、摄像)、控制器、执行器等装置,通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换,使车辆具备智能的环境感知能力,能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态,并使车辆按照人的意愿到达目的地,最终实现替代人来操作的目的。
   智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同,它指的是利用多种传感器和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。智能汽车首先有一套导航信息资料库,存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施(餐饮、旅馆、加油站、景点、停车场)的信息资料;其次是GPS定位系统,利用这个系统精确定位车辆所在的位置,与道路资料库中的数据相比较,确定以后的行驶方向;道路状况信息系统,由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息,如堵车、事故等,必要时及时改变行驶路线;车辆防碰系统,包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统,控制与其他车辆的距离,在探测到障碍物时及时减速或刹车,并把信息传给指挥中心和其他车辆;紧急报警系统,如果出了事故,自动报告指挥中心进行救援;无线通信系统,用于汽车与指挥中心的联络;自动驾驶系统,用于控制汽車的点火、改变速度和转向等。
   通常对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性系统的控制过程。驾驶员既要接受环境如道路、拥挤、方向、行人等的信息,还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速度等的信息,然后经过判断、分析和决策,并与自己的驾驶经验相比较,确定出应该做的操纵动作,最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。因此在整个驾驶过程中,驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况,很容易造成交通事故。
   通过对车辆智能化技术的研究和开发,可以提高车辆的控制与驾驶水平,保障车辆行驶的安全畅通、高效。对智能化的车辆控制系统的不断研究完善,相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能,能极大地促进道路交通的安全性。智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷,使得即便在很复杂的道路情况下,也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物,沿着预定的道路轨迹行驶。
   2 智能车辆系统关键技术
   2.1 传感器技术
   其一,机器角度。在图像加工技术的迅速进展之下,特别是多种类型特殊的集成电路产生,机器角度的技术在诸多领域内取得较好的应用。智能车辆体系在此期间获取效益,对于安装以及价格的视角上,图像传感器展现出固有的竞争力,作用在车道检测、道路筛查与障碍物的排查上,存在的缺点便是测量精确度难以保障,通常来讲在测量范围的不断增加之下,测量精确度呈现降低趋势,能见度有所减少,继而测量范围随之缩小。
   其二,雷达体系。雷达体系存在远距离的测距水平,其可以保存车辆前方道路信息以及目标车辆的方位信息,激光雷达因为光学体系脆弱性,包括不容易维护、容易受到环境的制约等,智能车辆体系的存在受到障碍。并且智能车辆体系目前往往选择毫米波雷达技术,毫米波的具体工作不需要思考环境因素,甚至是下雨以及黑夜情况都不会影响到毫米波的传递,确保毫米波雷达在多种环境下安全运作。
   除此之外毫米波雷达体系的频率以76-77GHz 为主,同时在单片微波集成技术的产生过程中,毫米波雷达实际价格以及外型尺寸有效的降低,成为此种体系在智能车辆体系中大范围应用的关键因素。毫米波雷达存在的不足主要是识别能力的降低,通过单束毫米波雷达以及多束雷达,在区别转弯车辆以及换道过程车辆操作中存在难度。
   其三,磁钉。磁信号可以提供可靠性的指示车道界限手段,通过路面下铺设的现有磁钉以及机器视角进行融合,能够完成车辆道路的全过程跟踪。现阶段商用类型的磁车道路正在使用磁钉,因为磁钉需要存在于路面之下,所以要预先将其配置在道路建设上,在一定程度上控制传感器的具体使用。
   2.2 测量信息处理技术
   其一,信息融合技术。不同类型的传感器存有不同特点以及不同运用空间,目前为止尚未产生作用在智能车辆体系中的全能传感器类型,并且单一化的传感器相关数据存有固定的条件,结合其进行正确判断。所以在提升目标分辨以及估计水平的基础上,要通过相关信息技术,给予存在于不同区域内的多类型传感器信息加以融合,去除多个传感器之间信息的冲突化,彰显传感器信息互补特征,减少测量数值存在的不稳定性,构建体系与环境统一化的感知结构,促使整个系统决策运作规范性的提升。
   其二,滤波估计技术。智能化车辆体系在完成智能化性能展现期间,重点思考多种类型传感器测量的前车以及已车之间相对距离和速度数据,所有的数据在实际测量期间因为传感器自身存在的热噪声以及工作环境干扰等,表现出一定的误差结果。所以要设计切合实际的滤波算法,更加准确的发挥智能车辆体系的综合性能。此种技术经历多种领域的应用和实践,凸显其在处理诸多问题上具备的优势。
   2.3 通讯技术
   车辆行驶过程中不仅要受到自身条件的制约,还会受到环境的制约,为了确保车辆稳定安全的运作,增强道路具体使用效率,需要实效性的把前方道口情况,包括交通情况、路面性质和特点等,以及前方车辆的实际运作倾向,按照通讯技术传递信息,便于已车处理好对应的项目。与此同时和传感器工作情况有所差异,通讯体系的工作不会在环境以及气候环境的制约下出现变动,完成全天候运作操作。换言之研发简单易行与可靠性强的车辆通讯体系,势必为车辆智能体系创新的发展方向。
   3结语
   综上所述,智能车辆系统发展及其关键技术研究课题的开展具有十分重要的意义与价值,智能车辆系统的形成带动着国家经济水平的增长,健全完整的智能车辆结构系统,为车辆整体运作效益的提升给予动力,从而为国家持续发展提供支撑。
   参考文献:
   [1]张健,张钰薇,韩振.轨道交通车辆的智能化生产与运维系统的发展与探索[J].科技创新与应用,2019(27).
   [2]肖安.智能时代下,汽车供应链系统迎来新使命[J].信息技术与信息化,2019(5):4-5.
   (作者单位:长城汽车股份有限公司)
  
   第一作者简介:吴莉雅(1991年8月),女,汉族,河北省石家庄市,河北大学,本科,电子工程。
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