无人驾驶与智能控制技术

展会快报 2017/09/05


  无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体,是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物.

  目前,无人驾驶汽车所需要的技术已经基本具备,这些技术包括以雷达为基础的巡游控制系统、运动传感器、路线变化报警装置和卫星数字地图。可以说,影响无人驾驶汽车问世的最大障碍不是技术而是人为因素,即政府的规章以及有人偏爱自己驾驭汽车,享受一切尽在控制中的感觉。

  防抱死制动系统 ABS

  您可能还没意识到,防抱死制动系统其实就算无人驾驶系统。很惊讶吧?毕竟防抱死制动器需要驾驶员来操作。但该系统仍可作为无人驾驶系统系列的一个代表,因为防抱死制动系统的部分功能在过去需要驾驶员手动实现。不具备防抱死系统的汽车紧急刹车时,轮胎会被锁死,导致汽车失控侧滑。驾驶没有防抱死系统的汽车时,驾驶员要反复踩踏制动踏板来防止轮胎锁死。而现在的防抱死系统可以代替驾驶员完成这一操作——并且比手动操作效果更好。该系统可以监控轮胎情况,了解轮胎何时即将锁死,并及时做出反应。而且反应时机比驾驶员把握得更加准确。防抱死制动系统是引领汽车工业朝无人驾驶方向发展的早期技术之一。

  稳定控制系统

  另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统。这些系统不太引人注目,通常只有专业驾驶员才会意识到它们发挥的作用。牵引和稳定控制系统比任何驾驶员的反应都灵敏。与防抱死制动系统不同的是,这些系统非常复杂,各系统会协调工作防止车辆失控。

  当汽车即将失控侧滑或翻车时,稳定和牵引控制系统可以探测到险情,并及时启动防止事故发生。这些系统不断读取汽车的行驶方向、速度以及轮胎与地面的接触状态。当探测到汽车将要失控并有可能导致翻车时,稳定或牵引控制系统将进行干预。这些系统与驾驶员不同,它们可以对各轮胎单独实施制动,增大或减少动力输出,相比同时对四个轮胎进行操作,这样做通常效果更好。当这些系统正常运行时,可以做出准确反应。相对来说,驾驶员经常会在紧急情况下操作失当,调整过度。

  安全预警系统

  安全预警系统正在豪华汽车品牌中普及。各类汽车的安全预警系统各不相同,但共通之处是其可预判碰撞的发生,并采取防护措施保障乘车人的安全。以前文中提到的追尾事故为例,假如汽车装备有安全预警系统,当该车接近前面停下的车辆时,系统将发出警报,同时开始启动制动器,驾驶员随后只需轻触制动踏板就可发挥最大制动力。与此同时,汽车会降低引擎动力,使车速减慢以降低碰撞的严重程度。最后,当系统测知碰撞无法避免时,会准备释放安全气囊并收紧所有安全带,保障乘车人安全。最妙的是,这些措施加在一起的时间,都比驾驶员猛踩急刹车所需的时间要短。

  (自适应)巡航控制系统 ACC

  巡航控制系统也是常见的无人驾驶系统,大多数汽车中都已装备。巡航控制系统使汽车保持在一个由驾驶员设置的恒定速度,无需再频繁踩踏油门。然而巡航控制系统并不是完全的无人驾驶,因为驾驶员一定要始终注意前方是否有慢速行驶的车辆。

  自适应巡航控制系统则可以解决这个问题。虽然只有少数车辆装备了该系统,但该系统的工作原理其实很简单。通过车辆前部的雷达感应器,自适应巡航控制系统可以探测到前方物体及其移动速度。当设置巡航控制时,自适应巡航控制系统将维持一个恒定速度,但也会同时与前方车辆保持预设的距离。也就是说,假如您将自适应巡航系统设置在80公里/小时,而前方有一辆车以60公里/小时的速度行驶,自适应巡航控制系统将自动降低车速,并在两车之间维持一定安全距离。

  自动泊车系统

  车辆损坏的原因,多半不是重大交通事故,而是在泊车时发生的小磕小碰。泊车可能是危险性最低的驾驶操作了,但我们仍然会把事情搞得一团糟。虽然有些汽车制造商给车辆加装了后视摄像头和可以测定周围物体距离远近的传感器——甚至还有可以显示汽车四周情况的车载电脑——有的人仍然会一路磕磕碰碰地进入停车位。

  由于雷克萨斯LS 460L采用了高级泊车导航系统,该车的驾驶员不会再有类似的烦恼。该系统通过车身周围的传感器来将车辆导向停车位(也就是说驾驶者完全不需要手动操作)。当然,该系统还无法做到像《星际迷航》里那样先进。在导航开始前,驾驶者需要找到停车地点,把汽车开到该地点旁边,并使用车载导航显示屏告诉汽车该往哪儿走。停车位需要比车身长2米(LS的车身较长)。自动泊车系统是无人驾驶技术的一大成就。通过该系统,车辆可以向驾驶员那样观察周围环境,及时做出反应并安全地从A点行驶到B点。虽然这项技术还不能让人完全放手,让汽车自动载您回家,但毕竟是朝着这个方向迈出了第一步。

  自动导向车辆系统

  我们都曾听过这样的传闻:小孩子或小狗不小心发动汽车并引发事故。但您听说过可以帮您驾车的青蛙吗?我们说的当然不是池塘里的青蛙,而是指FROG技术(Free Ranging On Grid,意为网格自由测距)。FROG技术被应用于自动导向车系统,而自动导向车就属于无人驾驶车。该技术与我们上页讨论的自动泊车系统类似,但比它更先进。

  FROG车配备了车载电脑,包含该车运行区域的地图。该车从已知地点出发,然后通过该地图决定从起点到目的地的路线。通过计算车轮旋转数来得出已经行驶的距离(就好像您通过数自己走的步数来计算走了多远)。该车还可通过行驶区域的各种校准点(为FROG车准备的电子路标)来确认自身位置。某些码头已经采用了这项技术。FROG车可以用来装货,并自动运送到卸货区域。

  FROG还可以用于公共交通枢纽。乘客来到站台按下按钮——就跟呼叫电梯一样。FROG车到达后,乘客上车并通过按钮选择目的地——同样像是电梯中的操作。通过使用车载电脑、地图和校准点,FROG车就可将乘客送到他们想去的地点。

  FROG技术的问题在于其只能应用于有限的区域之内。自动化高速公路被认为是可将无人驾驶技术扩展到更大区域的方式。虽然人们正在测试各种方案,但其核心内容基本不变,即自动化高速公路要与智能汽车协同工作。这种智能汽车一般拥有类似自适应巡航控制系统的高级系统。高速公路先不断将速度、路面状况、障碍物和方向等信息告知车辆,然后车辆会解读这些信息并做出反应。