智能汽车自动驾驶的控制方法分析

吴政　韩冰　刘刚

摘 要：随着汽车行业的不断发展，人们对于汽车的驾驶需求也有了更高的要求和标准。现阶段很多类型的智能汽车为了满足用户的驾驶需求，通过自动化系统实现了自动驾驶的功能，这种自动驾驶模式不仅能够自动对道路状态进行识别，而且还能够在遇到突发交通事故时，自动停止车辆运行，确保驾驶人的绝对安全。因此本文将通过智能汽车自动驾驶技术概述、智能汽车自动驾驶系统原理及设计结构和智能汽车自动驾驶的控制与执行等几个方面对其进行具体的研究分析。

关键词：智能汽车 自动驾驶 道路状态识别

1 引言

智能汽车是一辆集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统汽车，其集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。随着智能汽车相關技术的愈加成熟，其现如今已经实现了自动驾驶功能，智能汽车在传感器、自动控制系统等作用下能够自动对行驶道路状态进行识别，根据用户的驾驶需求来自动规划行驶道路，并且在行驶过程中如若出现障碍物的话，其也能够自动进行躲避，可以说智能汽车自动驾驶功能大幅度的提高了车辆驾驶过程中的安全性和稳定性。

2 智能汽车自动驾驶技术概述

智能汽车自动驾驶技术指的是利用电脑、雷达、传感器等系统，实现汽车驾驶的智能化、无人化。传统汽车主要是依靠人力控制的方式来进行驾驶的，而智能汽车自动驾驶技术则能够利用智能系统对汽车进行自动化操作，智能汽车自动驾驶系统通过感知模块、规划决策模块和执行模块自动对车辆行驶过程中的运行情况以及外界道路环境情况进行分析，制定最佳的道路运行方案，并根据实际智能汽车的实际运行情况对其行驶速度等参数进行及时调整，确保智能汽车运行的安全性和稳定性。智能汽车自动驾驶技术是汽车行业发展的跨时代性标志，其推动汽车行业走向了智能化方向发展的道路，路径规划、自动避障等自动化功能使得车辆行驶更加安全，对于交通行业的发展也是有着极其重要的影响作用。

3 智能汽车自动驾驶系统原理及设计结构

智能汽车自动驾驶系统的组成结构主要能够分为感知模块、规划决策模块和执行模块三大模块，其中感知模块能够对智能汽车行驶过程中的周边数据信息进行全面的收集，规划决策模块则能够对感知模块收集到的数据进行具体的分析，并根据分析结果对车辆运行进行规划设计，执行模块则能够根据规划设计模块给予的命令，对智能汽车进行自动化操作，以此来完成实现智能汽车自动驾驶的目的。

3.1 感知模块

感知模块是确保智能汽车自动驾驶绝对安全的根本所在，其主要由各种类型的大量传感器组成，感知模块主要能够分为内感知和外感知两个方面，其中内感知指的是利用智能汽车内部的传感器对汽车的运行数据进行实时收集，而外感知则指的是对外界道路交通环境信息进行实时收集。感知模块所收集到的所有信息数据对于其后期的自动驾驶效果都有着至关重要的影响作用，而不管是内感知收集到的信息数据，还是外感知收集到的信息数据，最终全部会被传输到规划决策模块中。同时感知模块还能够对驾驶人员的驾驶状态进行检测，根据多个传感器来及时收集到驾驶人员驾驶车辆过程中的表情、心跳、脑电波变化情况等信息数据，这些信息数据也是决定是否开展智能汽车自动驾驶功能的重要影响因素。

3.2 规划决策模块

如若说感知模块是智能汽车自动驾驶系统的眼睛，那么规划决策模块则可以说是智能汽车自动驾驶系统的大脑，感知模块收集到的所有信息数据全部会被传输到规划决策模块中，而规划决策模块一方面能够通过对感知模块收集到的车辆自身运行信息数据进行分析，来及时掌握车辆的实时运行状态；另一方面其还能够通过对车辆外界运行环境进行分析，判断车辆运行是否存在安全风险问题。规划决策模块能够对驾驶人员的驾驶状态进行分析，判断是否需要开启自动驾驶模块，而在开始自动驾驶模式之后其便能够根据外界行驶环境来自动控制车辆的行驶速度，并结合驾驶人员的驾驶需求对行驶路线进行规划，如若在车辆行驶过程中遇到障碍物或者安全交通事故堵塞的话，那么智能汽车自动驾驶系统的规划决策模块也能够根据实际情况快速下达相关指令，自动驾驶车辆绕行或停车，用以躲避障碍物或交通堵塞，确保驾驶人员的绝对安全。

3.3 执行模块

执行模块则相当于是智能汽车自动驾驶系统中的手臂，感知模块收集信息，规划决策模块分析信息并传达决策指令，而执行模块则最为简单，其只需要落实规划决策模块下达的指令即可。智能汽车自动驾驶系统中的规划决策模块能够根据车辆行驶过程中的外界环境情况对其下达转向、加速、刹车等指令，执行模块则能够按照这些指令自动操控智能汽车的相关软件设备，实现指令要求，从而以此来达到智能汽车自动驾驶的目的。感知模块、规划决策模块与执行模块之间的连接是极其紧密的，任何模块出现故障问题都会对智能汽车自动驾驶系统功能作用的发挥造成极其严重的影响，因此在智能汽车自动驾驶系统运行过程中也要定期做好系统的全面检测工作，通过维护检测的方式来确保智能汽车自动驾驶系统的运行安全性和稳定性，这样才能够更好地推动智能汽车自动驾驶系统功能作用的发挥。

4 智能汽车自动驾驶的控制与执行

4.1 纵向控制

智能汽车的自动驾驶控制主要能够分为纵向控制和横向控制两个方面，其中纵向控制则主要指的是对车辆行驶速度的自动控制。智能汽车在自动驾驶过程中，其会根据当前路况情况和驾驶人员的需求自动对车辆的驾驶速度进行控制，并选择合适的跟车距离，确保与前车距离保持在绝对安全的范围内。智能汽车自动驾驶控制中的纵向控制所涉及的技术内容也是较为复杂的，传感器的精准性将会直接影响到纵向控制的效果，而且智能汽车自动驾驶系统在进行车辆信息数据分析的时候也要充分结合道路的限速情况，其能够根据道路行驶状况与限速情况对车速进行实时调整，既保证车辆行驶速度能够满足驾驶人员的需求和道路行驶要求，又能够尽可能地提升车辆自动驾驶的安全性和稳定性。

4.2 横向控制

横向控制也是智能汽车自动驾驶控制的重点之一，其纵向控制主要是对智能汽车的行驶速度进行控制，而横向控制则主要是对智能汽车打的运动方向进行控制。相比于纵向控制，智能汽车自动驾驶系统的横向控制难度更高一些，智能汽车自动驾驶控制系统能够根据车辆的行驶路线对其运行状态进行调整，如若前方出现障碍物的时候，那么智能汽车便能够对车辆两边以及后方的道路环境进行分析，确保安全的前提下进行变道运动，避免与障碍物发生碰撞。同时如若智能汽车在行驶过程中需要进行转向运动的话，智能汽车自动驾驶控制系统也能够在横向控制的作用下自动打开对应的转向灯，并占据转向车道，最终完成转向运动目的，智能汽车自动驾驶控制系统对转向角度和速度也有着较高的要求和标准，其能够根据对路口状况的分析选择合适的转向角度和行驶速度，确保车辆能够安全稳定的通过交通路口。

4.3 车辆控制平台

大多数智能汽车自动驾驶控制平台都是由整车ECU电子控制单元与通信总线两大模块组成的，整車ECU电子控制单元在智能汽车自动驾驶控制中主要起到对车辆运行情况进行控制和计算的作用。车辆控制平台是智能汽车自动驾驶控制系统体现的关键所在，驾驶人员能够通过车辆控制平台对自动驾驶参数进行调整，并及时查看车辆在自动行驶过程中产生的相关运行信息数据，而且车辆控制平台中的通信总线还能够实现智能汽车自动驾驶控制系统不同模块之间的连接，通过通信总线能够使得智能汽车自动驾驶控制系统的可靠性得到提升，同时驾驶人员也能够利用通信总线及时掌握到车辆道路状况以及车辆自动行驶相关信息。

4.4 智能汽车自动驾驶车辆道路状况识别

在智能汽车自动驾驶控制中最重要的便是需要做好道路交通状况的自动识别工作，智能汽车在道路中进行自动驾驶过程中，其感知模块能够对外界道路交通环境数据进行实时的收集分析，规划决策模块则能够根据感知模块收集到的信息对车辆行驶的道路状况进行识别处理。智能汽车自动驾驶控制中的道路状况识别主要能够分为两个方面，其中一方面表现为智能汽车在自动驾驶过程中自动对周边道路交通环境进行实时分析，如若存在障碍物等问题的话，那么智能汽车便能够根据数据分析结果进行绕道行驶或者停车待行；另一方面则表现为智能车辆对行驶路线的规划设计，智能汽车自动驾驶控制系统能够与道路网络相连接，及时接受到当前道路的同行信息，如若道路前方出现交通堵塞问题的话，那么智能汽车自动驾驶控制系统便会自动对行驶路线进行重新设计，尽可能地避开拥堵路段，确保车辆能够在最短时间内自动行驶到指定目的地。

4.5 智能汽车自动驾驶控制仿真验证

4.5.1 ISG电机数字模型和自动驱动控制

在对智能汽车自动驾驶控制仿真模型进行建立的时候需要对ISG电机的数字模型和自动驱动控制进行模拟应用。在智能汽车自动驾驶控制仿真模型中使用的ISG电机普遍为永磁同步电机，该电机的整体性能是比较好的，其具有高效、高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪声的特点。假设永磁电机转子无阻尼，忽略高次谐波、磁饱和、涡流、磁滞损耗及温度等对电机参数的影响，来对ISG电机的数字模型进行建立并将其应用于智能汽车自动驾驶控制仿真模型中便能够直观地体现出ISG电机的各方面特性。

4.5.2 智能汽车自动驾驶控制仿真模型

在进行智能汽车自动驾驶控制仿真模型构建的时候首先需要对各方面条件进行控制，确定智能汽车自动驾驶控制的冷、热等条件，其次便是需要对控制对象进行明确，主要研究电机与发动机之间的关联，这样才能够更好地在智能汽车自动驾驶控制仿真模型中明确各方面因素对发动机启动速度造成的影响。智能汽车自动驾驶控制仿真模型的控制对象主要是ISG电机和发动机两个部分，发动机转矩和ISG电机转矩共同作用于发动机和ISG电机的转动惯量之和，经过积分器来得到发动机转速。当智能汽车初始启动时只会启动ISG电机，而后等到蓄电池的电量无法满足智能汽车运行需求时，ISG电机便会带动发动机进行转速提升，发动机转速提升速度则为智能汽车自动驾驶控制速度，通过智能汽车自动驾驶控制仿真模型来对影响其自动驾驶效果的各方面因素全部进行有效检测，分析智能汽车自动驾驶过程中产生的大量数据，以此来研究智能汽车自动控制驾驶过程，从而为提高智能汽车自动驾驶控制性能工作的开展奠定下坚实良好的基础。

4.5.3 智能汽车自动驾驶系统模拟检测

将智能汽车自动驾驶控制仿真模型建设完毕之后，还需要对其实际驾驶效果进行模拟检测，检测人员根据智能汽车的驾驶需求将其进行模拟自动行驶，并在车辆自动行驶过程中对汽车的行驶速度、转向情况等各方面功能全部进行具体的检测分析，在智能汽车自动驾驶系统模拟检测过程中需要将其存在的不足之处挖掘出来，并不断优化汽车的性能响应能力。而且通过仿真软件VTD、carla等还能够为智能汽车运行创建不同的运行环境，例如在智能汽车运行过程中对其前方道路设置障碍物，那么便能够以此来检测智能汽车自动驾驶系统的自动避障功能，分析其具体反应调节时间等，以此为基础判断智能汽车自动驾驶的安全性和可控性。

5 结束语

总而言之，智能汽车自动驾驶控制技术的成功应用使得汽车行业的发展真正意义上的迈入了智能化时代。通过智能汽车自动驾驶控制系统能够将驾驶人员的双手完全解放出来，而且随着智能汽车自动驾驶控制技术的愈加成熟，其所能够发挥的功能作用也是越来越明显，该技术有效地解决了驾驶人员在驾驶车辆时走神、犯困等安全隐患问题，既能够辅助驾驶人员驾驶车辆，又能够自动驾驶车辆运行，在保证车辆驾驶安全性的同时降低了交通事故发生的可能性，从根本上有利于推动汽车行业甚至整个交通行业的发展。

课题项目：2023年度自治区高校科研一般项目，自然科学类，项目名称《基于PANOSIM的全路况智能驾驶辅助系统测试研究》，项目编号NJZY23065。

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