考慮并線的網(wǎng)聯(lián)車輛巡航控制探究

1、    考慮并線的網(wǎng)聯(lián)車輛巡航控制探究    商福興【摘 要】簡(jiǎn)述智能網(wǎng)聯(lián)汽車概念，分析了目前的關(guān)鍵技術(shù)，包括環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行、通信與平臺(tái)、信息安全，并闡述了其發(fā)展趨勢(shì)?！娟P(guān)鍵詞】智能網(wǎng)聯(lián);深度學(xué)習(xí);v2x通信;自動(dòng)駕駛智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指搭載先進(jìn)傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與x（車、路、人等）智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終替代人操作的新一代汽車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以提供更安全、更節(jié)能、更環(huán)保、更便捷的出行方式和綜合解決方案。1、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)

2、鍵技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車其技術(shù)架構(gòu)涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下6種：1）環(huán)境感知技術(shù)，包括利用機(jī)器視覺的圖像識(shí)別技術(shù)，利用雷達(dá)的周邊障礙物檢測(cè)技術(shù)，多源信息融合技術(shù)，傳感器冗余設(shè)計(jì)技術(shù)等。2）智能決策技術(shù)，包括危險(xiǎn)事態(tài)建模技術(shù)，危險(xiǎn)預(yù)警與控制優(yōu)先級(jí)劃分，群體決策和協(xié)同技術(shù)，局部軌跡規(guī)劃，駕駛員多樣性影響分析等。3）控制執(zhí)行技術(shù)，包括面向驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運(yùn)動(dòng)控制，基于驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)/轉(zhuǎn)向/懸架的底盤一體化控制，融合車聯(lián)網(wǎng)通信及車載傳感器的多車隊(duì)列協(xié)同和車路協(xié)同控制等。4）v2x 通信技術(shù)，包括車輛專用通信系統(tǒng)，車間信息共享與協(xié)同控制的通信保障機(jī)制，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多模式通信融合技術(shù)等。5

3、）云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，包括云平臺(tái)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，云操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)和檢索技術(shù)，大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和深度挖掘技術(shù)等。6）信息安全技術(shù)，包括汽車信息安全建模技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等。2、智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2.1 環(huán)境感知技術(shù)環(huán)境感知系統(tǒng)的任務(wù)是利用攝像頭、雷達(dá)、超聲波等主要車載傳感器以及v2x通信系統(tǒng)感知周圍環(huán)境，通過提取路況信息、檢測(cè)障礙物，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供決策依據(jù)。由于車輛行駛環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)前感知技術(shù)在檢測(cè)與識(shí)別精度方面無法滿足自動(dòng)駕駛發(fā)展需要，深度學(xué)習(xí)被證明在復(fù)雜環(huán)境感知方面有巨大優(yōu)勢(shì)，在傳感器領(lǐng)域，目前涌現(xiàn)了不同車載傳感器融合的方

4、案，用以獲取豐富的周邊環(huán)境信息，高精度地圖與定位也是車輛重要的環(huán)境信息來源。2.2 自主決策技術(shù)決策機(jī)制應(yīng)在保證安全的前提下適應(yīng)盡可能多的工況，進(jìn)行舒適、節(jié)能、高效的正確決策。常用的決策方法有狀態(tài)機(jī)、決策樹、深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)等。狀態(tài)機(jī)是用有向圖表示決策機(jī)制，具有高可讀性，能清楚表達(dá)狀態(tài)間的邏輯關(guān)系，但需要人工設(shè)計(jì)，不易保證狀態(tài)復(fù)雜時(shí)的性能。決策樹是一種廣泛使用的分類器，具有可讀的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以通過樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練來建立，但是有過擬合的傾向，需要廣泛的數(shù)據(jù)訓(xùn)練。效果與狀態(tài)機(jī)類似，在部分工況的自動(dòng)駕駛上應(yīng)用。深度學(xué)習(xí)與增強(qiáng)學(xué)習(xí)在處理自動(dòng)駕駛決策方面，能通過大量的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工況的決策，并能進(jìn)行在

5、線的學(xué)習(xí)優(yōu)化，但對(duì)未知工況的性能不易明確。2.3 控制執(zhí)行技術(shù)控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制車輛的速度與行駛方向，使其跟蹤規(guī)劃的速度曲線與路徑?，F(xiàn)有自動(dòng)駕駛多數(shù)針對(duì)常規(guī)工況，較多采用傳統(tǒng)的控制方法。性能可靠、計(jì)算效率高，已在主動(dòng)安全系統(tǒng)中得到應(yīng)用?，F(xiàn)有控制器的工況適應(yīng)性是一個(gè)難點(diǎn)，可根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行控制器參數(shù)的適應(yīng)性設(shè)計(jì)。在控制領(lǐng)域中，多智能體系統(tǒng)是由多個(gè)具有獨(dú)立自主能力的智能體，通過一定的信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互作用而形成的一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。用多智能體系統(tǒng)方法來研究車輛隊(duì)列，可以顯著降低油耗、改善交通效率以及提高行車安全性。2.4 通信與平臺(tái)技術(shù)車載通信的模式，依據(jù)通信的覆蓋范圍可分為車內(nèi)通信、車際通信和廣域通信

6、。車內(nèi)通信，從藍(lán)牙技術(shù)發(fā)展到wi-fi技術(shù)和以太網(wǎng)通信技術(shù);車際通信，包括專用的短程通信技術(shù)和正在建立標(biāo)準(zhǔn)的車間通信長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)。廣域通信，指目前廣泛應(yīng)用在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的4g等通信方式。通過網(wǎng)聯(lián)無線通信技術(shù)，車載通信系統(tǒng)將更有效地獲得的駕駛員信息、自車的姿態(tài)信息和汽車周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行整合與分析。通信與平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了車輛對(duì)于交通與環(huán)境的感知范圍，為基于云控平臺(tái)的汽車節(jié)能技術(shù)的研發(fā)提供了支撐條件。車輛通過車與云平臺(tái)的通信將其位置信息及運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送至云端，云端控制器結(jié)合道路信息以及交通信息對(duì)車輛速度和擋位等進(jìn)行優(yōu)化，以提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性并提高交通效率。2.5 信息安全技術(shù)結(jié)合智能網(wǎng)

7、聯(lián)汽車發(fā)展實(shí)際，確定網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)管理對(duì)象并實(shí)行分級(jí)管理，建立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、傳輸安全、應(yīng)用安全三維度的數(shù)據(jù)安全體系。建立包括云安全、管安全、端安全在內(nèi)的數(shù)據(jù)安全技術(shù)框架，制定智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞信息安全技術(shù)領(lǐng)域的周邊行業(yè)，出現(xiàn)很多創(chuàng)新研究方向。比如在信息安全測(cè)試評(píng)估方面，通過干擾車輛的通信設(shè)備以及雷達(dá)和攝像頭等車載傳感設(shè)備，進(jìn)行智能車的信息安全的攻防研究。3、智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3.1 人工智能ai技術(shù)快速發(fā)展和應(yīng)用人工智能（ai）技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上正在得到快速應(yīng)用。尤其在環(huán)境感知領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)已凸顯出巨大優(yōu)勢(shì)。深度學(xué)習(xí)需要大量的數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)的樣本庫，對(duì)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)提出了較高需求，

8、還存在內(nèi)在機(jī)理不清晰、邊界條件不確定等缺點(diǎn)，需要與其他傳統(tǒng)方法融合使用以確?？煽啃?，且目前也受限于車載芯片處理能力的限制。3.2 激光雷達(dá)等先進(jìn)傳感器加速發(fā)展激光雷達(dá)相對(duì)于毫米波雷達(dá)等其他傳感器具有分辨率高、識(shí)別效果好等優(yōu)點(diǎn)，已越來越成為主流的自動(dòng)駕駛汽車用傳感器。但由于體積大、成本高，同時(shí)也更易受雨雪等天氣條件影響，導(dǎo)致其還不能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前激光雷達(dá)正在向著低成本、小型化的固態(tài)掃描或機(jī)械固態(tài)混合掃描形式發(fā)展。3.3 自主式智能與網(wǎng)聯(lián)式智能技術(shù)加速融合網(wǎng)聯(lián)式系統(tǒng)能從時(shí)間和空間維度突破自主式系統(tǒng)對(duì)于車輛周邊環(huán)境的感知能力。在時(shí)間維度，通過v2x通信，系統(tǒng)能夠提前獲知周邊車輛的操作信息等交

9、通控制系統(tǒng)信息以及氣象條件、擁堵預(yù)測(cè)等更未來狀態(tài)信息。在空間維度，通過v2x通信，系統(tǒng)能夠感知交叉路口盲區(qū)、彎道盲區(qū)、車輛遮擋盲區(qū)等位置環(huán)境信息，使得自動(dòng)駕駛系統(tǒng)更全面地掌握周邊交通態(tài)勢(shì)。網(wǎng)聯(lián)式智能技術(shù)與自主式智能技術(shù)相輔相成，互為補(bǔ)充，正在加速融合發(fā)展。3.4 高速公路與低速區(qū)域自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將率先應(yīng)用高速公路與城市低速區(qū)域?qū)⑹亲詣?dòng)駕駛系統(tǒng)率先應(yīng)用的場(chǎng)景。高速公路的車道線、標(biāo)示牌等結(jié)構(gòu)化特征清晰，交通環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，適合車道偏離報(bào)警、車道保持系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自適應(yīng)巡航控制等駕駛輔助系統(tǒng)的應(yīng)用。而在特定的城市低速區(qū)域內(nèi)，可提前設(shè)置好高精度定位、v2x等支撐系統(tǒng)，采集好高精度地圖，利于實(shí)現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)駕