李勝超

（重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院）

隨著社會(huì)科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息、傳感器、嵌入式技術(shù)開發(fā)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)逐漸成熟，當(dāng)今世界已走向智能化時(shí)代。傳統(tǒng)的汽車已不能滿足社會(huì)的需要，難以符合環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的總體發(fā)展趨勢(shì)。在此背景下，傳統(tǒng)汽車也向著新能源、無(wú)人駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等方向轉(zhuǎn)型，開啟了智能汽車的研發(fā)熱潮。智能汽車是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上，集中運(yùn)用信息通信、傳感器信息識(shí)別與處理、芯片控制、人工智能、自動(dòng)控制的高新技術(shù)綜合體[1]。目前，各個(gè)國(guó)家、企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)等對(duì)智能汽車及其部件的研發(fā)與測(cè)試有了一定的成果，傳統(tǒng)車企也在不斷地加強(qiáng)與互聯(lián)網(wǎng)公司的研發(fā)合作，但由于相關(guān)資料的不完善與人們對(duì)智能汽車總體認(rèn)識(shí)還不夠徹底，使得智能汽車及其附屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不均衡。為了更好地進(jìn)行智能汽車的研發(fā)與設(shè)計(jì)，對(duì)其相關(guān)知識(shí)的全面了解尤為重要。文章通過(guò)研究大量資料，在已有理論的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)階段智能汽車的總體發(fā)展情況進(jìn)行了闡述，為我國(guó)智能汽車相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了資料參考。

1 智能汽車等級(jí)劃分

智能汽車等級(jí)是按照智能汽車的自動(dòng)化程度進(jìn)行劃分的，不同國(guó)家與機(jī)構(gòu)的劃分定義略有差異，但是整體還是一致的。目前，有幾個(gè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被行業(yè)廣泛地接受與認(rèn)同。美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）將智能汽車分為L(zhǎng)1～L5 5 個(gè)等級(jí)[2-3]，美國(guó)國(guó)家道路交通安全管理局（NHTSA）將智能汽車分級(jí)為DA（具有特定功能的自動(dòng)駕駛）、PA（有復(fù)合功能的自動(dòng)駕駛）、HA（高度自動(dòng)駕駛）、FA（完全自動(dòng)駕駛）4 個(gè)等級(jí)，我國(guó)在2015 年發(fā)布了“中國(guó)制造2025”，提出汽車將來(lái)要走向智能化、信息化、低碳化的目標(biāo)，并制定了相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)[4]。以SAE 對(duì)智能汽車的劃分標(biāo)準(zhǔn)為例。

1）L1 級(jí)輔助駕駛階段：在這一階段起主要作用的還是駕駛員，輔助駕駛系統(tǒng)在汽車行駛過(guò)程中只能對(duì)轉(zhuǎn)向或加減速操作中的某一項(xiàng)進(jìn)行輔助操作，多數(shù)情況下是對(duì)駕駛員進(jìn)行警告與提醒，主要運(yùn)用車道偏離警告系統(tǒng)、倒車提示預(yù)警、正面防碰撞警告系統(tǒng)等對(duì)駕駛員進(jìn)行預(yù)警。駕駛員接收到相應(yīng)的提醒后，對(duì)汽車進(jìn)行相關(guān)操作，從而避免了危險(xiǎn)的發(fā)生。

2）L2 級(jí)部分自動(dòng)駕駛階段：在該級(jí)別中，相當(dāng)于在L1 級(jí)警告提醒的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可以進(jìn)行部分操作的決策與控制，并且此時(shí)系統(tǒng)可以對(duì)車速與方向等多個(gè)方面進(jìn)行控制，其他方面還是由駕駛員來(lái)操作，在此部分駕駛員依舊起主導(dǎo)作用。在汽車擁有了車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC、自動(dòng)泊車與路徑跟蹤等系統(tǒng)，增加了保持車道方向穩(wěn)定的能力，汽車實(shí)現(xiàn)了部分功能的自動(dòng)化。

3）L3 級(jí)別半自動(dòng)駕駛階段：此時(shí)汽車系統(tǒng)與駕駛員均能夠?qū)ζ嚻鸬今{駛的作用，但汽車自動(dòng)駕駛是有條件的自動(dòng)駕駛。汽車可以在高速公路上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，必要時(shí)人工進(jìn)行干預(yù)。此時(shí)的系統(tǒng)需要配備大量的高清攝像頭、多種傳感器、寬闊的視鏡等必要的設(shè)備。

4）L4 級(jí)高度自動(dòng)駕駛階段：此時(shí)的系統(tǒng)可以脫離駕駛員進(jìn)行自動(dòng)駕駛操作，比如在高速公路或者城郊道路，駕駛員疲勞時(shí)可適當(dāng)放開對(duì)汽車的主要控制權(quán)，不必時(shí)刻關(guān)注汽車狀態(tài)與車外的情況，休息片刻后再對(duì)汽車進(jìn)行接管，此時(shí)的汽車需要更加精準(zhǔn)先進(jìn)的科學(xué)儀器，如高精度地圖、360°環(huán)視攝像頭、多精度傳感設(shè)備、高集成度的系統(tǒng)芯片、實(shí)時(shí)性與高效性更強(qiáng)的算法。

5）L5 級(jí)完全自動(dòng)駕駛階段：此階段是目前所要追求的目標(biāo)，此時(shí)的汽車計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行多信息融合與處理，具有高效實(shí)時(shí)的決策控制，路徑規(guī)劃與重建等高級(jí)功能，駕駛員可以完全放開對(duì)汽車的控制，汽車實(shí)現(xiàn)自主行駛，而且具有高度的安全性與舒適性。

2 智能汽車的優(yōu)越性

智能汽車相較傳統(tǒng)汽車具有5 個(gè)方面的優(yōu)越性。

1）安全性方面：現(xiàn)在以ADAS 為代表的智能輔助駕駛系統(tǒng)在智能汽車上廣泛應(yīng)用。由于自動(dòng)化水平和人工智能水平的提高，無(wú)論系統(tǒng)預(yù)警還是系統(tǒng)決策，都避免了因?yàn)轳{駛員疲勞或操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐砂踩[患的發(fā)生[5]。

2）環(huán)境友好型方面：智能汽車采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等對(duì)汽車車速、方向及其電氣與電子設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，從而減少了能源浪費(fèi)，對(duì)污染氣體的排放進(jìn)行了制約與調(diào)控，與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相統(tǒng)一。

3）道路交通調(diào)節(jié)：智能汽車是與先進(jìn)的智能交通系統(tǒng)相配合，將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等進(jìn)行有效集成的、實(shí)時(shí)、安全、可靠的綜合型汽車。智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能汽車的智能調(diào)控和統(tǒng)一管理[6]，并且智能汽車在路徑規(guī)劃時(shí)不僅可以根據(jù)先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全局路徑的規(guī)劃，而且在遇到路段擁擠等情況時(shí)，還能對(duì)汽車路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，并進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，從而不會(huì)產(chǎn)生去擁擠路段行車的行為，減輕了交通壓力。

4）駕駛舒適性方面：駕駛員疲乏時(shí)，智能系統(tǒng)可以代替駕駛員操控駕駛，駕駛員無(wú)需插手駕駛操作，只需要將目的地輸入駕駛系統(tǒng)，智能汽車具有對(duì)周圍環(huán)境的感知能力，能夠自行獲取周邊環(huán)境信息并進(jìn)行處理與決策，最終到達(dá)駕駛員所預(yù)定的目的地，實(shí)現(xiàn)智能汽車代替駕駛員操作的目的[7]。

5）緩解停車場(chǎng)資源利用壓力：當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地后，車內(nèi)人員可以下車，將汽車切換到自動(dòng)尋找停車位并自動(dòng)泊車模式，汽車就會(huì)根據(jù)停車場(chǎng)內(nèi)布局和車庫(kù)的占有與空缺情況進(jìn)行合理的選擇，并根據(jù)自動(dòng)泊車系統(tǒng)規(guī)劃的路徑進(jìn)行跟蹤并倒車入庫(kù)，在多方位攝像頭、傳感器的探測(cè)下，安全合理地進(jìn)入停車位中，減少了汽車因人為操作不當(dāng)引起的爭(zhēng)端。

3 智能汽車發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都在積極研發(fā)更加智能化的智能汽車，美國(guó)、日本、德國(guó)等均處于領(lǐng)先地位。比如日本車企，不斷研發(fā)更加智能的汽車產(chǎn)品，以增加智能化產(chǎn)品的數(shù)量來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)智能汽車的自動(dòng)駕駛功能[8]。在我國(guó)，部分高校與科研機(jī)構(gòu)近年來(lái)也進(jìn)行了智能化技術(shù)的開發(fā)與實(shí)踐。以清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京理工大學(xué)為主體的科研所取得了很大成功。其中，同濟(jì)大學(xué)在無(wú)人駕駛方面取得了突破性進(jìn)展，建立了無(wú)人駕駛汽車研究平臺(tái)，所研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍環(huán)境的感知與信息處理、系統(tǒng)決策與規(guī)劃、對(duì)執(zhí)行器的控制等真正意義上的無(wú)人駕駛[9]。清華大學(xué)建立了與車企合作的自動(dòng)泊車試驗(yàn)平臺(tái)，在智能汽車自動(dòng)泊車方面取得了很大的進(jìn)展。廣汽集團(tuán)研發(fā)的智能汽車在長(zhǎng)沙上路行駛試驗(yàn)取得成功，并且我國(guó)首個(gè)5G 無(wú)人駕駛試驗(yàn)場(chǎng)在長(zhǎng)沙啟建。谷歌公司率先對(duì)無(wú)人駕駛汽車進(jìn)行了研發(fā)設(shè)計(jì)，通過(guò)采用車載傳感器、雷達(dá)、雷達(dá)感應(yīng)器及激光測(cè)距機(jī)等設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境信息進(jìn)行感知、獲取，最終完成了無(wú)人駕駛汽車48 萬(wàn)km 的測(cè)試。汽車反應(yīng)更加快捷，安全性有了很大提高。雖然無(wú)人駕駛汽車取得了一定的成績(jī)，但是，目前大部分還處于L2—L3 級(jí)別的研發(fā)階段，并且L5 級(jí)無(wú)人駕駛汽車在測(cè)試時(shí)還存在事故危險(xiǎn)可能，沒(méi)有脫離試驗(yàn)室水平，所以智能汽車發(fā)展的道路還很漫長(zhǎng)。

4 智能汽車關(guān)鍵技術(shù)分析

智能汽車技術(shù)主要包括2 個(gè)方面的內(nèi)容：汽車定位和汽車控制[10]。汽車定位技術(shù)主要包括對(duì)外圍物體觀測(cè)的視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)?？刂萍夹g(shù)主要有：1）PID（比例-積分-微分）控制技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制；2）模糊控制技術(shù)，它基于模糊數(shù)學(xué)若干條控制規(guī)則，適用于非線性、時(shí)變、滯后等系統(tǒng)的控制[11]119-121；3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，仿真人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)人工智能控制，此種算法具有記憶和識(shí)別環(huán)境的能力[11]297；4）學(xué)習(xí)控制技術(shù)，在系統(tǒng)不斷自我學(xué)習(xí)中獲得經(jīng)驗(yàn)，從而尋找期望的控制輸入，使其輸出響應(yīng)隨迭代學(xué)習(xí)的次數(shù)增加，不斷逼近期望輸出[11]50；5）神經(jīng)模糊控制技術(shù)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究中，知識(shí)推理存在較大的問(wèn)題，在模糊控制的研究中，知識(shí)獲取非常困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊控制技術(shù)相結(jié)合的神經(jīng)模糊控制技術(shù)解決了此問(wèn)題，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)相互配合。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以簡(jiǎn)化知識(shí)的獲取，模糊控制技術(shù)可以優(yōu)化控制條件[12]。除此以外，還有多種控制相結(jié)合的控制技術(shù)，比如：模糊PID（比例-積分-微分）控制技術(shù)、模糊PD（比例-微分）控制技術(shù)、專家系統(tǒng)控制技術(shù)等，這些控制技術(shù)均在變?cè)鲆?、變阻尼、超調(diào)等方面起到了良好的控制作用。

智能汽車還逐步擁有了一系列更為先進(jìn)的控制系統(tǒng)，包括一些常見(jiàn)的駕駛輔助系統(tǒng)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、車道保持輔助系統(tǒng)、防碰撞報(bào)警系統(tǒng)、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)、駕駛員疲勞探測(cè)系統(tǒng)、制動(dòng)輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、倒車輔助系統(tǒng)[13]、ABS 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、路徑跟蹤與自動(dòng)泊車控制系統(tǒng)、路徑規(guī)劃與路徑跟蹤控制系統(tǒng)等[14]。圖1 示出某公司汽車外部環(huán)境感知功能系統(tǒng)圖。

圖1 某公司汽車外部環(huán)境感知功能系統(tǒng)圖

5 阻礙智能車發(fā)展的因素及改進(jìn)方案

智能汽車的到來(lái)引發(fā)了大規(guī)模智能思想潮流，但是也隨之暴露出不少問(wèn)題。

1）事故追責(zé)問(wèn)題。在汽車行駛過(guò)程中，因天氣原因或其他原因造成攝像頭、傳感器等對(duì)周圍事物感應(yīng)能力的缺失，此時(shí)產(chǎn)生事故后的責(zé)任追究問(wèn)題是人們普遍關(guān)注的方面，是駕駛員的責(zé)任還是歸責(zé)于廠家或研發(fā)設(shè)計(jì)者，還沒(méi)有明確的定論，這也對(duì)智能無(wú)人駕駛汽車的普及產(chǎn)生了影響。當(dāng)碰撞危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，智能汽車是撞擊對(duì)方還是使駕駛員受傷以保全對(duì)方的安全等道德困境還存在[15]，因此，國(guó)家需要建立相應(yīng)完善的法律法規(guī)與規(guī)范，對(duì)智能汽車侵權(quán)責(zé)任及類型進(jìn)行分類。涉及智能汽車的侵權(quán)類型主要有智能汽車與智能汽車之間、智能汽車與非智能汽車之間、智能汽車與行人以及智能汽車的設(shè)計(jì)者、制造者、生產(chǎn)者之間所產(chǎn)生的各種不同形態(tài)的侵權(quán)責(zé)任[16]。

2）產(chǎn)品成本問(wèn)題。智能無(wú)人駕駛汽車需要大量的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)與傳感器識(shí)別設(shè)備，汽車環(huán)境感知系統(tǒng)是智能汽車的重要組成部分，也是汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的重要基礎(chǔ)。目前可通過(guò)機(jī)器視覺(jué)、高精度定位和多傳感器數(shù)據(jù)融合等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)智能汽車環(huán)境感知能力[17]，而這些傳感器感知設(shè)備使智能汽車的成本大大提高。據(jù)可靠計(jì)算，傳感器設(shè)備所需要的成本已經(jīng)達(dá)到生產(chǎn)整個(gè)汽車成本的一半，這方面也是影響其發(fā)展的關(guān)鍵因素所在，這項(xiàng)問(wèn)題的解決方法有：a.各國(guó)政府應(yīng)該對(duì)智能汽車的生產(chǎn)研發(fā)以及購(gòu)買等給予相應(yīng)的財(cái)政補(bǔ)貼；b.在技術(shù)創(chuàng)新上加大投入力度，從而以技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)降低成本；c.建立無(wú)人駕駛汽車示范區(qū)，從而以點(diǎn)帶動(dòng)面，以部分帶動(dòng)整體，增加數(shù)量以達(dá)到降低成本的效果。

3）人們對(duì)智能化產(chǎn)業(yè)及智能化汽車認(rèn)識(shí)不足。應(yīng)加大教育與宣傳力度，讓大眾認(rèn)識(shí)到智能化發(fā)展的益處，從而推動(dòng)智能產(chǎn)品的普及。

4）理論與技術(shù)的創(chuàng)新不夠?，F(xiàn)在智能汽車僅達(dá)到L2—L3 級(jí)別的水平，部分科研機(jī)構(gòu)或高校試驗(yàn)室達(dá)到L4 水平，所以還應(yīng)加大對(duì)智能汽車相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，這就要求多企業(yè)多領(lǐng)域的合作，比如信息技術(shù)強(qiáng)的谷歌、百度等公司應(yīng)該加強(qiáng)與傳統(tǒng)車企的合作，激發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)，數(shù)據(jù)與信息的傳輸具有高容量、低延時(shí)、超高度、高可靠的特點(diǎn)，5G 技術(shù)能夠給智能汽車帶來(lái)更加龐大的數(shù)據(jù)傳輸與處理能力，使其獲得更高精度的地圖與定位信息，這也將會(huì)給智能汽車帶來(lái)翻天覆地的變革[18]。

6 結(jié)論

文章就現(xiàn)階段智能汽車發(fā)展?fàn)顩r與技術(shù)及所面臨的問(wèn)題進(jìn)行了論述。研究發(fā)現(xiàn)，智能汽車在未來(lái)汽車行業(yè)中呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)。在技術(shù)層次上，它的智能化程度大大提高，部件性能更好，汽車行駛過(guò)程中，具有更好的操縱穩(wěn)定性；在乘運(yùn)層次上，其更加舒適，避免了駕駛員由于長(zhǎng)時(shí)間駕駛出現(xiàn)的不適與駕駛疲勞，從而減少了事故的發(fā)生，安全性得以提高；在節(jié)能減排的層次上，智能汽車的發(fā)展更加順應(yīng)全球的發(fā)展趨勢(shì)。

然而智能汽車的發(fā)展與普及需要各個(gè)方面的支持與協(xié)助，如智能汽車的技術(shù)與體系應(yīng)不斷完善、相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策不斷改進(jìn)、人們認(rèn)知水平不斷提高，這樣智能汽車才會(huì)在貨物運(yùn)輸、軍事、人員乘坐以及其他領(lǐng)域中得到更廣泛的應(yīng)用。它的實(shí)現(xiàn)有助于推進(jìn)智能交通、智慧社區(qū)的到來(lái)，也有助于人—車—環(huán)境—云四者之間更加智能化的信息交流，掀起新一代的智能革命浪潮。