智能网联客车技术研究简述

文/李 韧 陈 昕(.安徽安凯汽车股份有限公司;.安徽创新馆服务管理中心)

随着全国各地智慧交通应用示范区不断建立，智能网联汽车的兴起如雨后春笋，极大地推动了车联网产业技术和自动驾驶技术的发展。智能网联客车配备环境感知设备、控制器、执行器等装置，将网络技术与现代通信技术相融合，实现车与周边环境（车、路、人、云等系统）之间的信息互换与共享，使其具备复杂的环境感知、决策与路径规划、底盘控制等功能，保证车辆能安全、舒适、节能行驶，并期待最终成为完全取代司机操作的新一代客车[1]。智能网联客车作为固定区域、固定线路接驳等场景的主要承载方式，具有很好的发展前景。在实现单车智能的基础上，依托云计算、车联网和移动通信等技术，将路网建设成为分段探测、超低时延、高实时性计算能力、高安全可靠的边缘计算控制系统，具有调度功能和全程路径规划的全局网联控制功能，充分实现车路协同。智能网联客车给客户带来便捷的同时，其信息安全问题也不可忽视，需要不断提高信息技术的安全性[2-3]。

罗扎诺夫在《陀思妥耶夫斯基的一个卓越想法》(Одна из замичательных идей Достоевского)一文中评论了《地下室手记》中提出的思想，提出了“瘙痒”的观念或想法：

一、智能驾驶技术

1.环境感知与融合技术

环境感知技术利用视觉、激光雷达、毫米波雷达等传感设备，检测行驶过程中车辆的外部信息，为车辆的自主决策系统提供依据。精准可靠的环境感知技术是智能交通系统发展的基础，是自动驾驶车辆的关键技术之一，包括视觉感知、激光感知、毫米波感知等[4]。视觉感知利用在车辆加装的视觉传感器对车辆周围的环境信息进行采集，借助图像处理算法处理环境信息数据，实时识别周围环境，可获得丰富可靠的信息，实时性好；缺点是易受到光线强弱差距和行驶速度的影响，且视觉传感器对三维物体的识别度较差。激光感知通过激光雷达采集数据，采用滤波、聚类等技术实现对车辆周边环境的识别，获取的三维物体信息更加精准，能够精确测量距离信息，不容易受到光线强弱的影响；缺点是构造复杂，体积相对更大，价格更高，同时对平面内无距离差异的目标无法准确感知。毫米波感知是指通过毫米波雷达发射微波采集相关的距离信息，实现周围环境识别，可以准确识别三维物体的位置信息，但其对无具体差异平面内的物体的感知能力差。环境感知系统多采用分布式多传感器融合方式对视觉、激光及毫米波雷达等主要传感器信息进行融合处理，如图1 所示。融合方法的优点是可以充分利用各个传感器事先处理的结果，计算速度快、可靠性高。信息融合常用的算法主要包括卡尔曼滤波、人工神经网络、粒子滤波等。

图1 智能网联客车感知系统布置示意图

此外，为保障环境感知数据的准确度，需采集高精度地图以及定位技术的信息，研究热点主要在于高精度地图信息采集、模型建立、定位技术以及地理信息系统的路径规划技术等；实时SLAM（Simultaneous Localization And Mapping，同步定位与地图构建）技术则着重于在无地图环境中利用感知传感器及构建算法，实现实时高精度地图构建及厘米级精度的自主导航定位，可有效解决惯导组合系统部分无效环境中的智能导航定位问题，以及车辆进入完全未知环境下的自主定位及路径规划问题。

2.决策与控制执行技术

（1）车辆自主决策技术。车辆自主决策技术即通过车载传感器采集车辆外部环境信息、车辆的行驶状态和行驶意图，在考虑舒适性、安全性的情况下，对车辆的行驶路径与驾驶行为进行自主决策。车辆自主决策技术占据了智能驾驶客车技术的核心地位。

智能网联客车是指通过车联网技术与自动驾驶技术共同实现公共交通的一种方案，车路协同技术是连接车辆和其他设备设施的基础。车路协同构建的交通体系，能够通过高精定位、高精地图、边缘计算等多种技术协同，依据预先设定的通信协议，实现车辆之间、车与人之间、车与道路基础设施之间的信息交互，保证车辆行驶过程安全有序，与路面上的车辆、行人、其他交通工具等在各个交通节点通行时不发生碰撞，在保证交通安全的基础上最大限度地提高通行速度。

《卫风·伯兮》中提到，“焉得谖草，言树之背。愿言思伯，便我心痗。”说的就是树荫之下生长的忘忧草，能够消除我对你的相思之苦，但是我甘愿相思成病，只希望亲爱的爱人能快些回来。

图2 智能电动线控转向示意图

智能网联客车的线控制动设计技术路线之一是采用解耦式智能电动线控制动系统。在方案实现方面，电动助力制动系统和电子稳定控制（ESC）系统共用制动油壶、制动主缸和制动管路，二者均以能量回馈优先的原则，分别独立进行能量回收制动力分配，利用液压和驱动电机能量回馈建立制动力。解耦式线控制动如图3所示，通过电动助力制动、ESC 冗余制动、电机回馈制动以及机械制动四者协同控制以实现线控制动系统的高安全性，并可通过深度制动能量回收来提高经济性。同时，通过功能安全概念阶段分析，确定解耦式线控制动系统功能安全目标并导出其功能安全要求和技术安全要求。根据顶层功能安全设计需求，设计解耦式线控制动系统功能安全总体控制架构，并制定故障诊断策略和失效安全保护机制。

智能线控转向系统是整个线控底盘关键技术之一，智能网联客车用线控转向系统根据智能决策系统给出的转向需求进行实时控制，如图2 所示。利用车辆路况反馈频率响应特性进行建模，采用先进的前馈算法进行相位超前的方向盘力矩补偿，以抑制路面干扰；同时采用先进的同步电机控制算法，开发独立双绕组电机系统，两套绕组同时工作提供全部功率，当其中一套绕组失效时，另一套绕组仍能提供一半功率，结合冗余结构的电机和传感器，将电子控制单元（ECU）设计成冗余结构，提供发生故障时的应急转向能力。

图3 解耦式线控制动示意图

二、车路协同控制技术

（2）控制执行技术。控制执行技术指的是依据车辆自主决策算法对智能驾驶客车进行控制，通过控制车辆的速度、转向、制动、灯光等保证车辆能够安全抵达规定目标地点。智能驾驶客车的控制执行技术主要包括横向控制与纵向控制两大类。横向控制技术是指通过控制转向机构来控制方向盘转向角度和力矩，在保证车辆行驶舒适性的同时，控制车辆在所期望的规划路径上行驶。纵向控制技术通过控制车辆的驱动与制动，使车辆按照适合的车速行驶、行车距离保持在安全的距离范围之内，保证行驶过程中车辆的安全稳定。智能驾驶客车要解决横向控制和纵向控制执行问题，必须要具备线控转向和线控制动技术，线控转向重点解决横向控制，线控制动重点解决纵向控制。

葡萄糖被己糖激酶催化生成葡萄糖-6-磷酸，然后在转酮酶的催化下转化为4-磷酸赤藓糖，进一步在4-磷酸赤藓糖激酶的去磷酸化作用下生成赤藓糖醇，最后在赤藓糖还原酶催化加氢作用下生成赤藓糖醇[25]。

三、网络信息安全技术

随着智能网联客车技术发展，车辆与外界信息交互越来越频繁，在此过程中容易受到外部攻击，智联网联客车的特殊属性使得其在信息安全方面面临更艰巨的挑战，因此加强网络信息安全技术的应用研究是十分必要的。网络信息安全技术研究的重点方向为车载网络数据加密技术，为更有效进行加密运算以减少运算时间，车载网络通常采用轻量化、硬件加速等方式来认证和加密网络中的消息；车载网络信息认证技术方面，普遍采用信息交互协议特别是CAN 协议增加安全认证设计，保障车载网络信息的真实可靠，有效避免通信带宽消耗影响消息实时性和可靠性，提高信息认证的安全性；车载网络异常入侵检测技术使用带宽资源较少，便于在现有车辆上部署，按照检测技术划分主要包括基于信息理论和统计分析的检测方法、基于特征观察的检测方法、基于机器学习的检测方法等。

四、结语

在智能网联客车的发展趋势中，单车智能特别是环境感知与融合、路径规划与决策控制、线控底盘等技术是必要的前提。随着车联网技术的不断发展，高带宽、低延迟的通信技术的快速推进，车路协同技术必然会为智能网联客车的推广应用增加安全保障，同时提高交通体系的通行效率。针对车载网络面临的网络信息安全问题，还需要持续进行相关技术的研究和体系建设。