1.2 智能化汽車

1.2.1 智能化汽車的概念

智能化汽車是在普通汽車的基礎上增加先進的傳感器（雷達、攝像頭等）、控制器、執行器等裝置，通過車載傳感系統的環境感知能力，能夠自動地分析汽車行駛的安全及危險狀態，按照人的意愿到達目的地，最終實現替代人來操作的新一代汽車。圖1-8所示為某智能化汽車。

1.2.2 智能化汽車的分類

業界一般把智能化汽車的發展過程劃分為五個階段：輔助駕駛（DA）階段、部分自動駕駛（PA）階段、有條件自動駕駛（CA）階段、高度自動駕駛（HA）階段和完全自動駕駛（FA）階段。各階段的主要區別在于運行過程中智能系統控制哪些內容、駕駛人控制哪些內容、車輛運行狀態由誰進行監視、當系統失效后由誰進行干預四個方面。

1.輔助駕駛（DA）階段

在輔助駕駛階段，車輛智能化系統主要根據環境信息執行車輛行駛方向（車道保持）或加減速（通常特指自適應定速巡航控制功能）中的某一項操作，其他操作都由駕駛人來完成，通俗講就是在特定的路況下可以解放駕駛人的手或腳。這個階段的主要特點是駕駛人和系統共同控制車輛運行，但駕駛人要負責監視車輛，當智能控制失效時，由駕駛人來做出應對，適用于車道內正常行駛、高速公路無車道干涉路段的行駛、無換道操作等工況，如圖1-9所示。

2.部分自動駕駛（PA）階段

在部分自動駕駛階段，車輛智能化系統根據環境信息對車輛的行駛方向和加減速中的多項操作同時提供支援，其他操作由駕駛人完成。這個階段的主要特點是駕駛人和系統共同控制，駕駛人負責監視車輛，當智能控制失效時，由駕駛人來做出應對。這個階段的主要功能有車道保持、自適應巡航、自動泊車等，適用于高速公路及市區無車道干涉路段進行換道、泊車、環島繞行、擁堵跟車等操作，如圖1-10所示。

3.有條件自動駕駛（CA）階段

在有條件自動駕駛階段，所有駕駛操作由智能化系統完成，根據系統請求，駕駛人需要提供適當的干預，否則車輛將停留原地，直到環境改變允許車輛繼續行駛。這個階段的特點是車輛的運行由系統控制，同時系統負責監視車輛，當智能控制失效時，系統會請求駕駛人，由駕駛人做出應對。有條件自動駕駛適用于高速公路正常行駛工況，也適用于高速公路及市區無車道干涉路段進行換道、泊車、環島繞行、擁堵跟車等操作，如圖1-11所示。

4.高度自動駕駛（HA）階段

在高度自動駕駛階段，駕駛人能夠完成的所有駕駛操作均由車載智能化系統完成，特定環境下系統會向駕駛人提出響應請求，駕駛人可以對系統請求做出響應，也可以不進行響應。高度自動駕駛與有條件自動駕駛的區別在于高度自動駕駛車輛提出響應要求的可能性大大減小，即使提出，駕駛人也可以不做出響應，系統終究會自我做出決策。高度自動駕駛適用于有車道干擾路段（交叉路口、車流匯入、擁堵區域、人車混雜交通等市區復雜工況）進行的全部操作，如圖1-12所示。

5.完全自動駕駛（FA）階段

在完全自動駕駛階段，車載智能化系統可以完成駕駛人能夠完成的所有道路環境下的操作，始終不需要駕駛人介入，完全自動駕駛適用于所有行駛工況下進行的全部操作。車輛的控制、監視及失效應對均由系統完成，如圖1-13所示，駕駛人可以專心做自己的事情，無須留意車輛的運行。

無論怎樣分級，從駕駛人對車輛控制權的角度來看，可以分為駕駛人擁有車輛全部控制權（如輔助駕駛階段和部分自動駕駛階段）、駕駛人擁有部分車輛控制權（例如部分自動駕駛階段和高度自動駕駛階段）、駕駛人不擁有車輛控制權（例如完全自動駕駛階段）三種形式。

1.2.3 智能化汽車的關鍵技術

智能化汽車是一個匯集了眾多高新科技的綜合系統，尤其是作為智能化汽車關鍵環節的環境信息獲取與智能決策控制系統，更是依賴于高新技術的有力支撐。圖1-14所示為智能化車輛的系統構成，從中可以看出其關鍵技術包括環境感知技術、智能決策技術、自動控制技術三個大的方面，具體來講，包含以下幾種。

1.環境感知技術

在汽車智能化領域，環境感知包括車輛本身狀態（位姿）感知和外部環境感知。在復雜的路況交通環境下，單一傳感器無法完成環境感知的全部，必須整合各種類型的傳感器，利用傳感器融合技術，使其為智能化汽車提供更加真實、可靠的路況環境信息。環境感知過程如圖1-15所示。

環境感知主要包括以下幾方面：

1）車輛本身狀態感知，包括行駛速度、行駛方向、行駛狀態、車輛位置等。

2）道路感知，包括道路類型檢測、道路標線識別、道路狀況判斷、是否偏離行駛軌跡等。

3）行人感知，主要判斷車輛行駛前方是否有行人，包括白天行人識別、夜晚行人識別、被障礙物遮擋的行人識別等。

4）交通信號感知主要是自動識別交叉路口的信號燈、如何高效通過交叉路口等。

5）交通標志感知主要是識別道路兩側的各種交通標志，如限速標志、彎道標志等。

6）交通狀況感知主要是檢測道路交通擁堵情況、是否發生交通事故等，以便車輛選擇通暢的路線行駛。

7）周圍車輛感知主要檢測車輛前方、后方、側方的車輛情況，避免發生碰撞，也包括交叉路口被障礙物遮擋的車輛。

2.智能決策技術

智能決策技術是智能網聯汽車領域的重要技術分支，其應用領域較寬，如自適應巡航、車道偏離預警、防碰撞、路徑規劃、車道保持、導航等。它是在環境感知技術積累的基礎上，利用后臺豐富的大數據以及車輛監測的道路反饋信息形成合力、智能決策并做出控制執行。智能決策過程包括信息融合技術、危險態勢分析（運動預測）技術、路徑及軌跡規劃技術、行為決策技術、危險預警技術等。如圖1-16所示，車輛感知到前面的三個行人后，系統需要計算以確定車輛下一步的行駛軌跡，避免對行人構成威脅。

3.控制執行技術

圖1-17所示為某品牌車輛的線控底盤。決策系統的結論無法直接控制車輛的運行，需要根據智能決策系統的指令對線控底盤進行控制，包括基于驅動、制動系統的車輛縱向運動控制，基于轉向系統的橫向運動控制，基于懸架系統的垂向運動控制，基于驅動、制動、轉向、懸架的底盤一體化控制，以及利用通信及車載傳感器的車隊列協同和車路協同控制等。

4.V2X通信技術

所謂V2X（Vehicle to Everything），即車輛對外界的信息交換，如圖1-18所示。車聯網通過整合全球定位系統（GNSS，如GPS或北斗）的導航技術、車與車交流技術、無線通信及遠程感應技術，奠定了新的汽車技術發展方向，實現了手動駕駛和自動駕駛的兼容。簡單來說，搭配了該系統的車型，在自動駕駛模式下，能夠通過對實時交通信息的分析，自動選擇路況最佳的行駛路線，從而緩解交通堵塞。

5.云平臺和大數據技術

數據平臺技術是智能網聯汽車的基礎支撐技術，包括云計算、大數據的關聯分析和深度挖掘、數據高效存儲和檢索、數據交換共享等。數據平臺技術主要應用于車聯網系統、實時交通系統等。

6.信息安全技術

信息安全是智能控制最基本的出發點，如果信息遭受破壞，那么車輛的性能根本無法得到保障。信息安全技術是指信息系統（包括硬件、軟件、數據、人、物理環境及其基礎設施）受到保護的技術，使信息不因偶然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改和泄露，系統能連續、可靠、正常地運行，信息服務不中斷，最終實現業務的連續性，在智能化汽車領域，就是保證信息的準確性和連續性，從而保證交通的安全和可靠性。

7.同步定位與地圖構建技術

同步定位與地圖構建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）可以描述為將一個機器人放入未知環境中的未知位置，是否有辦法讓機器人一邊移動一邊逐步描繪出此環境完全的地圖。所謂完全的地圖是指不受障礙，可以行進到環境可達的每個角落。即時定位與地圖構建是智能化汽車運行的基礎，沒有高精度地圖，自動駕駛無法談起。常用的即時定位與地圖構建有激光SLAM和視覺SLAM。圖1-19所示為用激光雷達構建的地圖。

1.2.4 智能化汽車的系統組成

與傳統車輛相比，智能化汽車在構成上主要增加了環境感知和定位系統、智能決策系統、控制和執行系統。而智能化汽車如果需要發揮其最佳性能，還需要強大的網、智慧的路和共享的云，否則只有智能的車，其智能化的程度也會受到限制，甚至發生危險。智能化汽車工作過程是按照獲取高清地圖、實時定位、環境感知、運動預測、行動規劃和車輛控制的線路進行。圖1-20所示為智能化汽車的系統構成。

1.2.5 智能化汽車的行業現狀

近年來，隨著電子信息領域新技術的發展，物聯網、云計算、大數據、移動互聯等新技術正在向傳統行業滲透。在汽車行業，與此相關的智能化汽車、車路協同、出行智能化、便捷服務、車聯網等，都已成為目前的技術熱點，并且正在引起行業的巨大變革。多方合作成為這個階段智能化汽車發展的一個主要的特征。