從（cóng）自動駕駛技術的（de）開發曆（lì）史看，應該追溯（sù）到1975年，當時是利（lì）用計算機的視覺技術進行了自動駕駛（shǐ）研（yán）究開發。中途曾一度中斷過，但現在又開始火熱研究起（qǐ）來。圖1表示目前自動駕駛技術的（de）開發曆史。從法律和（hé）技術層麵看，到實際商品化還有許多路要走。人們期（qī）待自動駕駛能解（jiě）決交通事故和環境汙染問題，目前（qián）正通過產學（xué）研進行合作研究。
歐洲（zhōu）對自動駕駛車的開發非（fēi）常重視，被列為了國（guó）家重點項目在推（tuī）進，目前已取（qǔ）得了一些成果。美國以穀歌（gē）為代表在研究自動駕駛（shǐ）技術，在道路上做自動駕（jià）駛實驗，在內華達州還可申辦新的自動駕駛執照。
日本在2008年到（dào）2012年之（zhī）間為了實現安（ān）全、環保的物（wù）流運輸係統，開發（fā）了重型卡車自動列隊行駛技術。2014年以政（zhèng）府為中心推進自動駕駛（shǐ）車的實（shí）際運用（yòng）（SIP- adus），本文將介紹近年來自動駕駛的技術開發和實際運（yùn）用動（dòng）向。
自動（dòng）駕駛的開發動向與技術
自動駕駛所（suǒ）期待的技（jì）術
汽（qì）車的自動化技術（shù）就（jiù）是，當駕駛員在（zài）駕（jià）駛過程中出現思想不集中、打盹現象（xiàng），可能導致交通（tōng）事故時，控製係（xì）統可以介入駕駛員的操作，輔助駕（jià）駛員安全駕駛，該輔助駕駛係統本身已經（jīng）商品化了。自動駕（jià）駛是對該係（xì）統的進一（yī）步發展，它與駕駛輔助係統的不同點是，以行駛環境感知和危險判斷為中心的係統。圖2表示輔（fǔ）助駕駛與自動（dòng）駕駛的差別。麵對駕駛輔助係統和自動駕駛，國際上（shàng）對汽車的自動化級別進行了（le）重新定義，自（zì）動化級別定義如表1所示，表（biǎo）示美國SAE（自（zì）動駕駛標準委員會）製定的汽車自動化級（jí）別定（dìng）義。
在自動化級別中，從法律和技術層（céng）麵看，自（zì）動化級別（bié）2與自動化級別（bié）3以上（shàng）有很大差別，而且（qiě）是非常根本的差別。具體地講，自（zì）動化級別2對行駛環境認知的最終責（zé）任者是駕駛員；自動化級別3以上，對行駛環境（jìng）認知的最終責任者是控製係統（tǒng）。
為了實現自動化級別3以上的自動駕駛，需（xū）要對現在已經實際運用的安全輔助駕駛係統中的傳感器（qì）技術、信息處理技術性能、智能化和可靠性做進（jìn）一步提升，日、美、歐（ōu）正在進（jìn）行自動化3級以（yǐ）上的自動駕駛技術開發。
表2列（liè）出了作者（zhě）認為自（zì）動駕駛所需要的新技術。前方障（zhàng）礙（ài）物傳感技（jì）術（shù）是目前駕駛輔（fǔ）助（zhù）係統和自動駕（jià）駛所追求（qiú）的目標性能，見表3。
駕駛輔助所使用的前方障礙物傳感技術就是（shì）采用現在77Hz毫米波雷達和激光測（cè）距儀、單眼攝像機、立體攝像機，而（ér）在自動駕駛係統中，為（wéi）了使傳（chuán）感器替代駕駛員的眼睛，則更加追求能適應各種自然環境變化的可靠性，不僅需（xū）要能單純（chún）檢測物體距離（lí）與方位，而且還需識別物體形狀和檢測移動速度。在自動駕駛（shǐ）係統中，前方距離傳感器不（bú）僅是高精（jīng）度的距離檢測儀，還（hái）是3D激光距離傳感器，對水平方向和垂直方向具有較（jiào）高的分（fèn）辨率。以（yǐ）下將（jiāng）介紹自動駕駛技（jì）術的（de）開（kāi）發現狀。
自動駕駛（shǐ）係統的開發情況
在開發自動駕（jià）駛時，根據技術開發的難易程度（dù）和對自動化（huà）的需求程度不同，一般情況（kuàng）是先行開發自動列隊駕駛係統。以（yǐ）下將介紹代表性（xìng）的自動列隊駕駛係統。
能源ITS中的自動列隊行駛
眾所周知，極其相（xiàng）鄰車距之間的行駛可以降低空氣阻力和提高燃油經濟性，但是通過駕（jià）駛員的手工操作（zuò），要想保持（chí）相鄰車距的行（háng）駛，受到人的駕駛能力和安全性（xìng）的限製（zhì），是極為困難的事情。為了讓重型卡（kǎ）車節能15%，實現4m車（chē）距的自動列（liè）隊行（háng）駛技術（shù）開發正在日本進行中。
自動駕駛的（de）開（kāi）發動向與技術
為了實現（xiàn）4m車距的列隊行駛，不僅需（xū）要非常精（jīng）準的（de）車距控製，還需要沿著車道行駛的車道維持控製，同時還要防止與（yǔ）周圍（wéi）一（yī）般車輛碰撞的碰撞防止控製，要求具備非常精準的行駛控製。由於控製係統出現故障時，不能依（yī）賴駕（jià）駛員來輔助操作，所以要求（qiú）控製係統具備很高的可靠性和（hé）安全性（xìng）。圖3表示自動列（liè）隊行駛的概念圖。
（1）車道維持控製係統
車道維持控製係統就是自動地控製輪胎的轉向角，使行駛白線區與前輪的間隔時常保持一（yī）定（dìng）。圖4表示車道路維持控製係統。
為了（le）正確地檢測出白線區與（yǔ）前輪胎之間的間隔，同時避（bì）免受太陽光和（hé）雨水的影響，小型攝像機幾乎垂直安裝在（zài）汽車側麵。通（tōng）過該攝像（xiàng）機（jī）隨時識別白線區，白線區與前輪（lún）胎之間的（de）橫向距離偏差（chà）可精確到1~2m，采用橫向偏差（chà），並（bìng）依據車（chē）輛運動模式，通過非線（xiàn）型控製計（jì）算，計算出最佳的前輪角度。在轉向柱（zhù）處安裝轉向電機，從而控製前輪轉向。沿曲線部位行駛時，如果隻看正下方的白線時，就無法行駛。同樣，如果隻依賴於反饋控製的話，由於控製係統存在著滯後要素，行駛速度越高，控製性就越差，最終將偏離白線。為了解決該問題，必須按照道（dào）路的曲率進行目標轉向的（de）前饋（kuì）控（kòng）製。
自動駕駛的開發動向（xiàng）與技術
（2）車距控製係統（CACC）
通過雷達控製前方行駛的車輛與本車之間的距離，通過速度來保持安全距離（lí）（ACC）。前方車輛緊急製（zhì）動時，其安全性完全依賴駕駛員。僅對車距進行控製時，前方車輛減速開始到車距發生變化為止，會產生最（zuì）大滯後（hòu）時間，與此同時，本車減速開（kāi）始（shǐ），也會產生滯（zhì）後時間，所以，為了防止碰撞，需要保持較長車距。
為了解決（jué）該問題（tí），列隊行駛時，前方車輛的速度和加速度信息（xī）借助通信（xìn）方式（shì）傳遞給（gěi）後續（xù）車輛，根據前方車輛信息和車距進行控製（CACC）。圖5表示CACC係統構成圖（tú）。
自動駕駛的開發動向與技術
頭（tóu）車速度（dù）和加速度信息（xī）每隔20msec（0.02秒（miǎo））發送給後續車輛，為了保持車距一定，後（hòu）續車輛的速度時常與頭車速（sù）度相同，由速度控製誤差而產生的車距誤差，通過車距傳感器信息進行修正。
圖6表示4輛卡車自動列隊行駛。雖（suī）然是空載，但是與汽車單（dān）獨行駛相比，大約可節能15%。圖7表示速度80km/h，車距4m的4輛卡車列隊行駛（shǐ）驗證實驗場景。
SARTRE（道路安全（quán）列隊行駛（shǐ）車）的開發（fā）
SARTRE以卡（kǎ）車和乘用車混合列隊行駛為特點，手動駕駛的頭車重型卡車與數輛自動駕駛的卡車、乘用（yòng）車形（xíng）成自動混流列隊行駛，列隊中的車距控（kòng）製在6m左右，跟蹤車輛可以節能，防止其它車（chē）輛加塞兒。該自動（dòng）列隊行（háng）駛係統的特（tè）點是，不是跟蹤白線，而是通過立體攝像機與激光雷達識別前車與（yǔ）本車的（de）橫向偏移，自動地（dì）控製轉向。圖8表示所使用的攝像機與激光雷達係統。在SARTRE中，手動駕駛的（de）頭車重型卡車與後續自動駕駛的3輛（liàng）車形成了（le）列隊行駛，該實驗在高（gāo）速公路上得（dé）到了驗證。
自（zì）動駕駛的開發動向與技術
自動駕駛（shǐ）技術要素（sù）
自動駕駛（shǐ）表2所示的新技術，近（jìn）年來都在全力地開發（fā）這些技術。以下將介紹主要技術要素的（de）開發（fā）狀況：
行駛控製ECU的失效保險（xiǎn）技（jì）術
對於自動駕（jià）駛3級以上的係統，如（rú）果控製係統出現故障，由於（yú）不能期待（dài）得到駕駛員即時的輔助駕駛，所以必須構（gòu）建可靠性很高的係統。現在對於自動駕駛車輛，國際上沒有專門的安全、可靠性方麵的標準，但是在電子電器儀器方麵（miàn）的（de）國際標準IEC61508中，針對自動控（kòng）製儀器，規定了故障（zhàng）率為10-8/Hr（每小時1億分之1的比例）以下的SIL4安全水平，這（zhè）是對自動駕駛係統的要求。
考慮到自動駕駛SIL4級的安全性（xìng），不僅儀器需（xū）要很（hěn）高的可靠性，還需要控製（zhì）裝（zhuāng）置具備冗餘性和失效保險。
針對冗餘性，當係統產生異（yì）常時，確保（bǎo）足夠的時（shí）間讓駕駛員瞬間理解駕駛環境，可以進行駕駛操作。再加上失效保險（xiǎn），可以防止控製裝置故障時的異常動作。但是失效保險既要考慮自動駕駛車的安全性，又要具備（bèi）很高的可靠性，在這方麵還存在很多課題。尤其是（shì）車輛控製單（dān）元（以下稱為車輛ECU）中所使用的微機處理器出現故障時（shí）或者失控亂跑時的失效（xiào）保險極為重要。例如：根據鐵路信號保安裝置ATC（列車自動（dòng）控製）的設計理念，來設計（jì）失效保（bǎo）險的車輛控製ECU，在能源ITS的自（zì）動列隊行駛項目中已經進行了開發。圖9表示（shì）車輛控（kòng）製ECU失效保險的構成與試製（zhì）部件。
自（zì）動駕駛的開發（fā）動向與技術
CPU主板中由主、副雙係統CPU、存儲器、比較器、繼電器回路構成。主副CPU的（de）運算結果通過比較器進行比較，當運算結果不一致時，主CPU的輸出與外部控製器的連線通過繼電器回路自動斷開。當CPU出現（xiàn）故障或異常等誤操作時，可防止異常值送入外（wài）部控製器中。
自動駕駛的開發動向與技術
局部動態地圖技（jì）術
提高識別車輛周（zhōu）圍物體的性（xìng）能是自動駕駛中（zhōng）最大的課題。在（zài）一般道路非常複雜的情形進行自動（dòng）駕駛時，需要識別交通信號、道路標識、電線（xiàn）杆、導軌等結構物體、道路、汽車、行人、自行車，同（tóng）時還需識（shí）別道路上的物體向哪個方向移動。
由於目前（qián）的圖像傳感器、毫米波雷達、激光雷達等傳感器很難單獨地識別（bié）複雜的環境，需要許（xǔ）多傳感器的（de）融合來（lái）提高識別性能，完全區分非常困難（nán）。因此，需（xū）要距離傳（chuán）感器和地圖的（de）融合來解決此類問題，這就是局（jú）部動態地圖的作用（yòng）。局部動態地（dì）圖技術概念如圖10所示。
根據GPS的位置信息計算道路周圍詳細地圖（tú）信息，包括電線杆、信號機等道路（lù）構成方麵的信息等，同時根據車載3維距離傳感器檢測出（chū）汽車（chē）到物體之間的3維距離。
自動駕駛的開發動向與技術
把該傳感器（qì）的3維距離數據與道路地圖進行即時合成，距（jù）離傳感器檢測（cè）出的（de）物體可以正確地區分是道路構成物體不是道路上的物體。上麵所（suǒ）講的局部動態地圖也需要2維距離數據。目前的激光距離傳感器多數采用（yòng）多麵體（tǐ）反射旋轉鏡，可以水平和垂直方（fāng）向掃描，由於垂直方（fāng）向掃（sǎo）描的分辨率比較低（dī），所（suǒ）以自動駕駛所采用（yòng）的激光距離傳感器需要新型垂直分辨（biàn）率高的激光距離傳感器。
自動駕駛係統構（gòu）架
自（zì）動（dòng）駕駛的開發動向與技術
由於安全駕駛輔助係統承擔著一部分駕駛員安全駕駛的（de）風險（xiǎn），所以每個控製係統的規模都比較小，而自動駕（jià）駛（shǐ）係統必須完（wán）全承擔和替代駕駛員（yuán）的所（suǒ）有風險。局（jú）部動態地圖、目標行駛軌跡生成、對環境（jìng）的理解、危險判（pàn）斷等人工智能功能的安全輔助係統並不追求很精密的信息處理功能。在控製方麵也是縱橫交錯，係統非常複雜。依據所有信（xìn）息（xī）考慮使用1個軟件進行處理和集中控製的方式來構建自動駕駛係統時，存在著係統變更自由度差、係統安（ān）全可靠性驗證困難、容易發（fā）生故（gù）障等問題。所以在構建（jiàn）自動駕駛係統時，一般喜歡分散控製方式。如果（guǒ）自動駕（jià）駛由識別功能、判（pàn）斷功能、操作功能構成的話，設計自動駕駛係統構（gòu）架時也要考（kǎo）慮以上因素比（bǐ）較合理。基於這些考慮而設計的自動駕駛係統構架實例如圖11。
自動駕駛的開（kāi）發動向與技術
自（zì）動駕駛係統由4個模塊、傳感部分、外部通信部分（fèn）構成。地圖模塊由道路地圖和局部動態地圖構成。根據GPS和障礙物信息，輸（shū）出目前道（dào）路線（xiàn）形信息（xī）、車輛周圍障礙物信息、道路空（kōng）間信息、目標（biāo）行駛軌跡（jì）等。人工智能模塊（kuài）依據局部動態（tài）地圖中的障礙物信（xìn）息，對周圍的（de）行駛（shǐ）環（huán）境進行（háng）理解和危險預測（cè）。輸出模塊對（duì）於縱向和橫向分別輸出各自的信息。在沒有上一級指示（shì）的情況下，可單獨地確保最低（dī）限度的安全性，根據上一級指示可以進行修正，確保可靠（kào）性和安全（quán）性。
東莞市長（zhǎng）安創威電子設備製（zhì）造廠專業生產：
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