车联网技术在汽车自动驾驶技术上的应用研究

摘 要：汽车电子化经过数十年发展，各项性能发挥趋于完善。随着汽车智能化趋势的发展，网络通信、移动端处理器、大数据、机器人、传感器等多项新技术不断面世并取得了很大的发展，汽车自动驾驶也就成为汽车技术发展的一个新的方向。本文主要对汽车自动驾驶技术中车联网技术的使用进行研究，并在此基础上设计汽车自动驾驶方案。

关键词：车联网技术；自动驾驶；应用

随着汽车领域智能控制技术的广泛应用，自动驾驶汽车这一新方向被提出并逐步被实现，在未来社会，自动驾驶汽车必将成为一种趋势而被人们接受并使用，在此基础上，在车联网技术基础上设计了自动驾驶汽车。

1 自动驾驶汽车设计

1.1 自动驾驶汽车设计总体方案

自动驾驶汽车能够通过车载无线车联网设备将自己行驶状态、目的地、经过道路等发送给中央信息系统，中央信息系统在收到这些信息后，在对车辆制动条件进行检测后，向行驶车辆的车载无限车联设备发送制动指令，当指令被主控制器接收后，车辆立即收到指令并立即启动，相反则指示车辆降低车速直至停车。这一方案能够实现对车辆的有效制动，从而降低了刹车不及时、失灵所造成的各项安全隐患，避免了车辆制定不及时所引起的交通堵塞、车辆追尾等。通过自动驾驶车辆提供的信息，中央信息系统能够快速掌握并预测道路现在及可能出现的状况，自行规划出更为合理安全的行车路线，从而避免交通堵塞。

1.2 主控制器设计

自动驾驶车辆控制系统是否可靠准确直接影响车辆驾驶是否安全稳定，本次设计使用高性能 Freescale MC9S12DG128B 单片机作为主控制器的核心部件，这一单机片使用的处理器为高性能的16位 HCS12 ，数据强大、指令系统丰富、逻辑运算能力较强，同时它具有实时中断、看门狗、低功耗晶振、复位控制等功能，能够保证系统更加稳定可靠的运行。

1.3 道路新信息采集系统设计

本次设计中使用CCD摄像头，CCD传感器能够连接高速数字信号处理器，高速数字信号处理器与自主驾驶汽车的主控制器连接，主控制器来计算出车辆的期望转角及速度。由于道路状况存在路里面不平、污渍等复杂路况[ 1 ]，因此在获取道路的实际信息图像时，需要采用处理图像，使采集到的道路图像质量更高，保证图像上无干扰点及无用点。 本次设计采用madjust 灰度变换函数来重新映射图像的灰度值，从而有效提高图像对比度。二值化处理预处理完毕的道路图像，从而便于提取出道路指示牌、红绿灯等。

主控制器能够对行驶车道中的方向参数及位置参数进行利用，进一步得到车辆的期望转角，从而更好的对转向系统进行有效的控制，来保证自动驾驶车辆在行驶过程中能够自行找到更好路线，保证车辆的安全驾驶。

1.4 转向控制系统设计

自动驾驶汽车中，转向控制器依据主控制器输出的期望转速，并将其与实时采集到的转向步进电机的角位置信号相结合，从而调控转向步进电机，实现车辆形式的位置最佳、最安全。这一转向控制算法的重要部分是控制转向步进电的角速度及角位移。转向控制算法采用双闭环 PID 控制策略来准确调控角速度及角位移。步进电机电流时内环目标控制量，角位移Δθ是PID控制策略外环的目标量。为了保证自动驾驶汽车相应速度快快、调节周期短这一优势，可将PID 控制策略外环输出量作为预定量。

1.5 车速控制系统设计

自动驾驶汽车虽然为无人驾驶，然而其控制方法与传统汽车比较并无差异，汽车的制动机驱动功能仍然是需要通过制动踏板与加速踏板的工作来实现。

本次设计车速控制系统包含了步进电机、传感器、步进电机驱动器、车速控制器。工作原理：传感器的增量式光电编码器首先对车辆行驶过程中的车轮转速信号进行收集，从而为车速控制器得到当前车速提供信息，在比较来自主控制器给出的车速控制目标后，分别向加速、制动步进电机驱动器发送PWM信号，步进电机驱动器则输出相应的电流驱动加速和制动步进电机转过一定的角度，从而引起制动踏板与加速踏板动作，实现汽车的自动制动机驱动功能。

2 车联网技术

车联网在感知道路及车辆信息时主要依靠先进的计算机技术、网络技术、传感技术及控制技术，能够实现车辆与基站之间、行驶车辆之间的无线通信，并对实时信息进行分发[ 2 ]；在每一辆车行驶过程中进行全程控制，避免拥堵路段，提高车辆安全运行率；通过多跳转发能够实现一定范围内车辆的信息共享。

3 车联网技术在汽车自动驾驶技术的应用

3.1 车联网平台嵌入设计

自动驾驶汽车在嵌入车联网时可将可见光网络作为基礎，常规车联网主要包含中央信息系统、无限车联设备两部分。将标准无限车联设备固定在汽车或者道路上，能够实现收可见光信号的实时发送及接受，从而实现中央信息系统与自动驾驶车两个之间的信息共享与交流。标准的无限车联设备主要有接受、发射两个方面，其中发射方面主要组成单元为LED光源及信号处理，发射的光源基本不会对人眼造成损害，可见光通信的可靠性显著提高；接受部分主要单元为信号处理及光电检测器，光电检测器能够转换光信号为电信号，信号处理部分能够放大并处理电信号，将其发送到中央信息系统处理，中央信息处理系统以同样方式将信息传递给自动驾驶车辆，实现信息的共享与交流。

3.2 自动驾驶汽车应用车联网技术的设计

当自动驾驶汽车在行驶过程中时，标准无限车联设备能够向中央信息系统准确发射车辆位置、运行状态及目的地，而由白光LED阵列形成的交通信号灯接受到这一信息后发送给中央信息系统，中央信息系统处理得到的信息后，判断车辆运行过程中的安全行。

中央信息系统能够通过车联网对车辆经过的路线上车流量进行计算，并通过发射系统反馈给车辆，自动驾驶车辆依据这一信号来自动规划车辆的最佳行驶路线，从而缓解了交通拥堵；若即将行驶路面出现交通事故等，则可以将有效信息自动上传，从而方便救援人员及交警来对事故进行处理。

参考文献：

[1] 孟海华，江洪波，汤天波.全球自动驾驶发展现状与趋势（上）[J].华东科技，2014（9）.

[2] 李付俊.浅谈汽车自动驾驶技术的发展与未来[J].科技论坛，2016（9）.

作者简介：

陈柱峰（1973-），男，汉族，湖南浏阳人，实验师，学士，主要从事汽车电子技术和汽车电子控制系统研究和教学工作。