產品學習:基於Android的智慧汽車的架構設計和平臺技術
一.國內研究機構智慧駕駛技術現狀
20世紀90年代初期,由南京理工大學、國防科技大學、清華大學、浙江大學和北京理工大學等高校聯合研製成功了我國第一輛無人駕駛車輛ATB-1(Autonomous Test Bed)型。1996年,該車在校園內自主行駛躲避障礙,最高速度達到21.6km/h。90年代後期,研製了第二代無人駕駛車輛平臺ATB-2型自動駕駛最高速度可達70km/h,車輛還具備臨場感遙控駕駛和戰場偵查等功能。同期,有代表性的無人駕駛試驗平臺還有清華大學的THMR系列無人車以及吉林大學的JLUIV系列試驗車。
2003年,清華大學研製成功THMR-V(Tsinghua
從2009年開始,李德毅院士發起成立了智慧車聯合課題組,包括總參61所、軍事交通學院、北京聯合大學、中科院合肥物質所、北京理工大學、清華大學、上海同濟大學、北汽、宇通等單位先後加入,合作開展智慧車研究與成果轉化工作。聯合課題組將智慧車研發劃分為系統架構、機械、電子電氣、導航、雷達、影象、決策控制、互動、試驗和雲端計算等
二. 國內主要公司智慧駕駛技術現狀
在歐美車企加快智慧駕駛技術研發和應用的同時,中國自主車企也已開始逐步涉足這一領域。
1)一汽集團:研製國內首輛智慧車
早在2003年一汽集團與國防科技大學聯合研製出中國首輛配備智慧駕駛技術的紅旗轎車,
2)上汽集團:與中航科工共同研發
2013年8月上汽集團正式與中航科工簽署了戰略合作協議,協議中雙方將在智慧駕駛等多個領域展開合作。據悉,雙方將先從主動安全系統領域著手,進行自適應巡航、自動泊車、智慧剎車輔助等技術的快速普及,為智慧駕駛技術奠定基礎,隨後在環境感知、智慧識別等技術領域進行共同研究。
3)廣汽集團:攜手中科院合作研發
繼一汽、上汽之後,廣汽集團也正式宣佈與中國科學院共同研發智慧駕駛技術。廣汽集團股份有限公司汽車工程研究院與中科院合肥物質科學研究院先進製造所已簽訂相關合作事項,未來雙方將共同研發智慧駕駛技術並應用於新能源車型。此次合作雙方將汽車行業發展的兩個重要方向“新能源”和“自動駕駛”相結合,通過車載感測器感知外部環境,進行自主智慧決策,以實現新能源汽車的自動駕駛。汽車的自動駕駛集體系結構、智慧感測、智慧決策、自動控制於一體,對提高車輛駕駛的智慧化、安全性、舒適性有一定幫助。
4)吉利汽車:依託沃爾沃進行研發
除上述提及三家國有車企外,國內的知名自主車企-吉利汽車也已開始涉足智慧駕駛領域。由於此前吉利併購沃爾沃汽車,雙方在技術領域開展全面共享,同時進行眾多新科技的共同研發。據悉,沃爾沃品牌將在全新一代XC90車型上,實現無人自動泊車技術,隨後在該車上應用智慧駕駛技術。對於吉利品牌而言,由於沃爾沃智慧駕駛系統過高的成本,若匹配到吉利車型會導致售價大幅增加。對此李書福曾透露,沃爾沃位於瑞典的研發中心將會針對吉利推出一套智慧駕駛系統,有望於2015年或2016年搭載。
5)比亞迪:與海外研究所合作
智慧駕駛作為未來汽車發展的重要方向,自主品牌中的“技術派”比亞迪也開始著手研發。近日,比亞迪攜手新加坡科技研究局通訊研究院(I2R)開始共同研發自動駕駛技術。除了智慧駕駛技術,雙方的合作還涉及智慧交通系統。比亞迪與新加坡科技研究局通訊研究院(I2R)合作研發的自動駕駛技術,包括利用電子線控系統實現對車輛的剎車、轉向以及對其它汽車系統的操控。
三. 智慧汽車的架構設計
以駕駛腦為核心,將駕駛認知形式化,利用駕駛認知的圖表達語言,可以設計通用的智慧駕駛軟體架構。在這一架構中,智慧決策模組並不直接與感測器資訊發生耦合,而是基於多感測器的感知資訊和駕駛地圖等先驗資訊綜合形成的駕駛態勢完成自主決策。基於駕駛腦的智慧駕駛試驗平臺軟體架構如下圖所示。
圖1: 智慧駕駛試驗平臺軟體架構示意圖
各感測器資訊處理模組的輸出,由駕駛認知的圖表達語言進行統一,構成駕駛態勢實時資訊;駕駛地圖中的資訊,則根據車輛實時位置及朝向,對映到駕駛態勢中,與駕駛態勢實時資訊融合,形成全面反映當前駕駛態勢的公共資料池。自主決策模組以這一公共資料池為基礎,綜合考慮交通規則、駕駛經驗、全域性路徑等先驗知識,完成決策。此外,融合了實時資訊與先驗知識的公共資料池,也能夠幫助感測器資訊處理模組確定感興趣區域、幫助定位模組提高定位準確性、幫助駕駛地圖模組及時更新先驗資訊,提升這些模組的效能。
四. 智慧汽車的平臺技術
車輛平臺是智慧車必須具備的硬體基礎,總的來講包括機械平臺和電子電氣平臺兩個方面,兩方面緊密結合,密不可分。具體包括轉向系統、制動系統、發動機控制系統、換擋控制系統、訊號控制系統、中央處理系統、電源系統、全車網路與佈線等內容。這些內容構成了智慧車能夠實現自主控制的基礎。其效能的好壞、可靠性的高低直接決定了智慧車的功能實現和效能情況。一般來說智慧車平臺有兩種實現方式:
1、後期改裝。這種方式適合非汽車生產廠家和研究機構。谷歌公司的無人車即是購買其它汽車廠家的汽車進行改裝的。這種方式需要對油門、制動、轉向、換擋、訊號等各種機構進行改造,工作量較大。
2、前期設計整合。這種方式適合於打造智慧汽車的汽車廠家。如今,梅賽德斯-賓士、沃爾沃、通用、福特等已經推出了自己的智慧車樣車。
對於掌握汽車設計技術,尤其是汽車電子控制系統設計技術的汽車廠家,如果能夠在設計之初就考慮到電源、油門、制動、轉向、換擋、訊號等介面和功能,將極大減少後期改裝的工作量和難度,同時也可以提高整車的可靠性。前期設計整合還可以將電子油門、轉向、制動、換擋等功能通過匯流排的方式整合到汽車電控系統中,從而最大限度減少車輛硬體的改動和後期佈線。
圖2: 智慧駕駛試驗平臺軟體架構層次結構
五. 結束語智慧駕駛不能簡單等同於無人駕駛,其本質上涉及注意力吸引和注意力分散的認知工程學,將單一人工駕駛模式改變為雙駕雙控,既可以通過自主駕駛將人從低階、持久、繁瑣的駕駛活動中解放出來,又可以在智慧車難以判斷的複雜和危險情況下,將駕駛權移交車內乘員,自主駕駛與人工駕駛自然切換,通過人機互動讓人與機器和諧相處。