1.4 智能網聯(lián)汽車

傳統(tǒng)意義上的智能汽車不具有網聯(lián)的功能，傳統(tǒng)意義上的網聯(lián)汽車不具有智能控制的成分，而智能網聯(lián)汽車才真正同時具備了傳統(tǒng)智能汽車和傳統(tǒng)網聯(lián)汽車的特質，其終極目標就是實現(xiàn)完全自主的無人駕駛功能，也就是說網聯(lián)技術會讓智能車輛的智能化水平大大提高。如圖1-33所示，為智能網聯(lián)汽車的運營場景。

1.4.1 智能網聯(lián)汽車的分級

圖1-34所示為常用的智能網聯(lián)汽車的分級方法，橫向為按照自主程度劃分的智能化汽車的五個階段，縱向為按照參與程度劃分的網聯(lián)汽車的三個階段。如果同時考慮智能化和網聯(lián)化的因素，智能網聯(lián)汽車可以劃分為四個階段：

1）一級為自主駕駛輔助階段，具有縱、橫向控制中的一個或多個特殊控制功能，能為駕駛人提供預警或者駕駛輔助。

2）二級為網聯(lián)駕駛輔助階段，至少兩個以上的原始功能融合在一起，駕駛人完全不用對這些功能進行操控。

3）三級為自主自動駕駛階段，在某個特定的駕駛交通環(huán)境下，讓駕駛人完全不用控制汽車。

4）四級為網聯(lián)自動駕駛階段，全程監(jiān)測交通環(huán)境，能夠實現(xiàn)所有的駕駛目標，在任何時候駕駛人都不需要對車輛進行控制。

1.4.2 智能網聯(lián)汽車的關鍵技術

依據人駕駛車輛過程的不同階段可以將駕駛人行為特性分為三個部分：感知行為特性、決策行為特性和操作行為特性。智能網聯(lián)汽車是一個復雜的跨界交叉系統(tǒng)，其核心關鍵技術涉及汽車、芯片、人工智能和信息通信等領域，主要包括車輛關鍵技術（包括環(huán)境感知技術、決策與控制技術）、信息交互關鍵技術（包括V2X通信技術、云平臺與大數據技術、信息安全技術）、基礎支撐技術（高精度地圖、高精度定位技術、標準法規(guī)與測試評價）等。

1.環(huán)境感知技術

環(huán)境感知技術就是將復雜未知的現(xiàn)實世界描述轉變成有限的語義推理。用于環(huán)境感知的傳感技術主要包括利用機器視覺、雷達（激光、毫米波）和慣導單元（Inertial Measurement Unit，IMU）進行檢測、對各傳感器的數據進行融合，以及對目標進行分類和運動預測。確定周圍環(huán)境中有哪些障礙物，以及障礙物的位置、特征、速度、在一定時間內的運動趨勢。其主要功能是對車輛自身屬性和車輛外在屬性（如道路、車輛和行人等）靜態(tài)、動態(tài)信息進行提取和收集，并向智能決策層輸送信息。

2.智能決策技術

智能決策包括基于復雜環(huán)境感知及通信的路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤、基于機器視覺技術的縱橫向控制、利用毫米波雷達測量車間距離的縱向控制、利用車間通信及車間距離雷達的車隊列行駛控制。其主要功能是接收環(huán)境感知層的信息并進行融合，對道路、車輛、行人、交通標志和交通信號等進行識別、決策分析和判斷車輛駕駛模式和將要執(zhí)行的操作，并向控制及執(zhí)行層輸送指令。

3.控制與執(zhí)行技術

控制和執(zhí)行技術的主要功能是根據功能決策層的指令對車輛進行操作和協(xié)調，為聯(lián)網汽車提供道路交通信息、安全信息、娛樂信息、救援信息、商務辦公、在線消費等，以保證汽車安全、舒適地駕駛。系統(tǒng)工作過程中，控制模塊根據決策系統(tǒng)規(guī)劃出的目標軌跡和車輛的實時狀態(tài)控制轉向盤、加速踏板和制動踏板等，實現(xiàn)對車輛運行軌跡的控制。

4.V2X通信技術

V2X通信技術是智能網聯(lián)汽車自身與外界事物進行信息交互的關鍵核心技術，具有以下優(yōu)勢：易獲得路側傳感器數據；使車輛擁有超視距感知能力；對海量數據進行綜合評估分析；不易受環(huán)境影響，抗干擾能力強。V2X通信技術相當于智能化汽車感知的第三只眼睛或者耳朵，它可以融合多車、多傳感器和路側設施，有效解決單車感知中因視線遮擋、視野有限產生的檢測失效和目標丟失問題，建立超視距、無盲區(qū)的感知范圍。

5.高精度地圖

高精度地圖也稱為高分辨率地圖（High Definition Map，HD Map）或高清地圖，是一種高精度、精細化定義的地圖，專門為無人駕駛服務的地圖。與傳統(tǒng)導航地圖不同的是，高精度地圖除了能提供道路（Road）級別的導航信息外，還能夠提供車道（Lane）級別的導航信息，其精度能達到厘米級，并且用格式化存儲交通場景中的各種交通要素，包括傳統(tǒng)地圖的道路網數據、車道網絡數據、車道線以及交通標志等數據，如圖1-35所示。

高精度地圖的作用主要包含以下幾點。

1）不同于導航地圖，其最大的特點是高緯度和高精度。

2）可以實現(xiàn)對道路網的精確表征，如交叉路口布局和路標位置。

3）可以提供地圖語義信息，如道路上的速度限制、左轉車道開始的位置。

4）導航地圖只能達到米級精度，而高精度地圖可以達到厘米級精度。

5）可以提供很多準確的靜態(tài)物體的信息。

6）可以用于精確計算物體的相對位置。

7）可以幫助傳感器縮小檢測范圍。

8）可以精確計算出道路導航信息。

9）幫助車輛識別車道的精確中心線。

6.高精度定位

所謂定位精度，是指空間實體位置信息（通常為坐標）與其真實位置之間的接近程度。定位精度越高，其接近程度越高。當無人駕駛汽車擁有高精度的位置信息之后，就可以與高精度地圖進行匹配，從而形成了良好的導航功能。無線定位技術領域分為廣域定位和短距離無線定位，廣域定位可分為衛(wèi)星定位和移動定位，短距離定位主要包括WLAN、RFID、UWB、藍牙、超聲波等。圖1-36所示為利用衛(wèi)星實現(xiàn)定位的技術。

1.4.3 智能網聯(lián)汽車面臨的挑戰(zhàn)

在汽車工業(yè)4.0時代已經有共識，智能網聯(lián)汽車是汽車產業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。國際上的發(fā)達國家通過國家戰(zhàn)略協(xié)同和各方面的推進，已經形成了智能網聯(lián)汽車發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢。面對國際上智能網聯(lián)汽車產業(yè)的競爭，在我國智能網聯(lián)汽車發(fā)展過程中，特別是產業(yè)化發(fā)展過程當中，還存在著一系列挑戰(zhàn)。

1.安全性

信息安全技術包括汽車信息安全建模技術，數據存儲、傳輸與應用三維度安全體系，汽車信息安全測試方法，信息安全漏洞應急響應機制等。智能網聯(lián)汽車運行過程中會依托大量數據，這些數據對行車方向、車速，特別是高精度地圖的生成具有關鍵作用。如果這些數據或與之緊密關聯(lián)的配套設施發(fā)生問題，就可能使數據傳輸延遲，從而造成交通事故。

2.控制及穩(wěn)定性

控制執(zhí)行技術主要包括：面向驅動和制動的縱向運動控制、面向轉向的橫向運動控制；基于驅動、制動、轉向、懸架的底盤一體化控制；融合車聯(lián)網（V2X）通信及車載傳感器的多車隊列協(xié)同和車路協(xié)同控制等。如果線控底盤無法精確執(zhí)行決策層的指令，就會造成車輛的運動無法高精度控制，從而影響交通安全。

3.交通設施

傳統(tǒng)的交通設施往往是非智能的，甚至很多只是一個標志牌，在光線滿足視覺要求的情況下可以看到，其他狀況下就很難看到。需要探究實現(xiàn)商業(yè)化運營所需解決的技術、經濟和法律等方面的問題，促進智能網聯(lián)汽車商業(yè)運營所涉及的技術、法規(guī)和標準體系的建立與完善，推動開放城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村、高速路場景，在限定區(qū)域內率先實現(xiàn)真實應用環(huán)境下半自動駕駛及自動駕駛車輛等車輛在出行服務、智能物流和政府監(jiān)管等運輸服務上的創(chuàng)新應用。

4.復雜路況的適應

普通道路和高速公路都是有潛在的風險的，高速公路的互聯(lián)互通造成特別繁雜的橋梁設計，如圖1-37所示，但高速公路沒有行人和非機動車的干擾，而普通道路受到的不僅僅是行人和非機動車的干擾，干擾因素極其復雜和多變，因此普通道路更具有復雜性和不可預見性。智能網聯(lián)汽車能否準確識別道路狀態(tài)的變化，直接決定了其適用性。

5.軟硬件的技術成熟

不管是環(huán)境感知層、智能決策層、控制和執(zhí)行層，還是軟件或硬件，普遍存在著技術不太成熟的地方，這就導致智能網聯(lián)汽車在實際使用過程中，不能客觀反映自己的位置，不能真實反映周圍的環(huán)境，不能正確反映車輛的行駛狀態(tài)，不能對環(huán)境感知做出恰如其分的決策，不能控制車輛的正確運行，導致人們對于該技術的信任度還不是很高。

6.非常規(guī)情況下的識別

任何系統(tǒng)，不管是硬件還是軟件，都可能會出現(xiàn)故障，例如“信號突然失效時怎么辦”“比如堵車時交警與信號燈指示相沖突的指揮，汽車是否依然遵循信號燈指示，什么時候不遵循”，還有更加復雜的“碰瓷”、插隊等突發(fā)情況，如圖1-38所示。這都要求系統(tǒng)必須有足夠的冗余，以保證車輛的正常運營。

7.道路交通公約

我國自動駕駛相關標準的制定權分屬政府的不同部門，《公路法》《保險法》等并未包含自動駕駛的相關內容，《網絡安全法》《測繪法》等也存在與自動駕駛發(fā)展所不適用的規(guī)定，這些方面都亟待完善和改革。

8.事故責任界定

智能網聯(lián)汽車一旦發(fā)生交通事故，服務軟件和智能駕駛系統(tǒng)出事的概率比較大，責任或主要責任很大可能在相關服務軟件提供商（網絡提供商、內容提供商、車載信息服務提供商）及駕駛技術提供方（設備提供商、整車廠商）身上，車主或車輛乘員在更多情況下并非事故責任者。

9.駕駛人

智能網聯(lián)汽車是“駕駛人員和機器共同駕駛”模式，存在駕駛人員與智能駕駛的相互交接問題，若駕駛人員對智能輔助功能生疏，相關操作缺乏配合，在人機切換時就可能發(fā)生交通事故。另外，智能網聯(lián)汽車的各種便捷功能較多，尤其通信、娛樂等功能可能會吸引駕駛人員的注意力，導致因注意力分散而造成事故。

10.社會心理

當人類把自己的生命以新的形式完全交給機器時，人類與這個社會的連接越來越軟件化的時候，社會心理的巨大慣性將成為最大的阻力。