一、智能汽车的概念与体系架构
1、智能汽车的概念
所谓“智能汽车”,就是在普通汽车的基础上增加了先进的传感器(雷达、摄像)、控制器、执行器等装置,通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换,使汽车具备智能的环境感知能力,能够自动分析汽车行驶的安全及危险状态,并使汽车按照人的意愿到达目的地,最终实现替代人来操作的目的。
从发展的角度,智能汽车将经历两个阶段。第一阶段是智能汽车的初级阶段,即辅助驾驶;第二阶段是智能汽车发展的终极阶段,即完全替代人的无人驾驶。美国高速公路安全管理局将智能汽车定义为以下五个层次:
(1)无智能化(层次0):由驾驶员时刻完全地控制汽车的原始底层结构,包括制动器、转向器、油门踏板以及起动机。
(2)具有特殊功能的智能化(层次1):该层次汽车具有一个或多个特殊自动控制功能,通过警告防范车祸于未然,可称之为“辅助驾驶阶段”。这一阶段的许多技术大家并不陌生,比如车道偏离警告系统(LDW)、正面碰撞警告系统(FCW)、盲点信息(BLIS)系统。
(3)具有多项功能的智能化(层次2):该层次汽车具有将至少两个原始控制功能融合在一起实现的系统,完全不需要驾驶员对这些功能进行控制,可称之为“半自动驾驶阶段”。这个阶段的汽车会智能地判断司机是否对警告的危险状况做出响应,如果没有,则替司机采取行动,比如紧急自动刹车系统(AEB)、紧急车道辅助系统(ELA)。
(4)具有限制条件的无人驾驶(层次3):该层次汽车能够在某个特定的驾驶交通环境下让驾驶员完全不用控制汽车,而且汽车可以自动检测环境的变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式,可称之为“高度自动驾驶阶段”。目前,谷歌无人驾驶汽车基本处于这个层次。
(5)全工况无人驾驶(层次4):该层次汽车完全自动控制车辆,全程检测交通环境,能够实现所有的驾驶目标,驾驶员只需提供目的地或者输入导航信息,在任何时候都不需要对车辆进行操控,可称之为“完全自动驾驶阶段”或者“无人驾驶阶段”。
2、智能汽车的体系架构
通过车载传感系统,智能汽车本身具备主动的环境感知能力,此外,它也是智能交通系统(ITS)的核心组成部分,是车联网体系的一个结点,通过车载信息终端实现与人、车、路、互联网等之间的无线通讯和信息交换。因此,智能汽车集中运用了计算机、现代传感、信息融合、模式识别、通讯及自动控制等技术,它是一个集环境感知、规划决策、多等级驾驶辅助等于一体的高新技术综合体,拥有相互依存的价值链、技术链和产业链。
(1)智能汽车的价值链
如果说车联网在汽车安全、节能、环保方面的价值是间接、基础性的,那么智能汽车在提高行车安全、减轻驾驶员负担方面的核心价值则是直接、显而易见的,并有助于节能和环保。研究表明,在智能汽车的初级阶段,通过先进智能驾驶辅助技术有助于减少50%~80%的道路交通安全事故。在智能汽车的终极阶段,即无人驾驶阶段,甚至可以完全避免交通事故,把人从驾驶过程中解放出来,这也是智能汽车最吸引人的价值魅力所在。
(2)智能汽车的技术链
智能技术系统一般由传感器、控制器、执行器三大关键技术组成,主要包括:1)先进传感技术,包括利用机器视觉技术的检测,如激光测距系统、红外摄像技术,以及利用雷达(激光、厘米波、毫米波、超声波)检测前行车辆。2)通信技术(GPS、DSRC、3G/4G),包括数台智能汽车之间协调行驶必须的技术、车路协调通信技术,以及相应的车联网通讯技术。3)横向控制,包括利用引导电缆、磁气标志列、机器视觉技术、具有雷达反射性标识带的横向控制。4)纵向控制,包括利用激光雷达、毫米波雷达、机器视觉技术测车间距离的纵向控制,以及利用车间通信及车间距离雷达的车队列行驶纵向控制。
(3)智能汽车的产业链
车联网、智能交通系统(ITS)为智能汽车提供了智能化的基础设施、道路及网络环境,随着汽车智能化层次的提高,反过来也要求车联网、智能交通系统同步发展。
智能汽车的产业链可以描述如下:1)车联网的产业链,包括上游的元器件和芯片生产企业,中游的汽车厂商、设备厂商和软件平台开发商,以及下游的系统集成商、通信服务商、平台运营商和内容提供商等。2)先进传感器厂商:开发和供应先进的机器视觉技术,包括激光测距系统、红外摄像,以及雷达(厘米波、毫米波、超声波)等。3)汽车电子供应商:能够提供智能驾驶技术研发和集成供应的汽车电子供应商,如博世、德尔福、电装等。
