車聯網在無人駕駛技術中的運用

摘 要隨著大眾交通工具的不斷更新換代，二十一世紀以來汽車作為人們的重要代步工具也不斷地進步，在滿足基本動力，外觀和其他功能的條件下，人們將更多高新科技與汽車技術越來越多地結合，而無人駕駛技術技術就是現在乃至未來汽車發展的重要方向。車聯網作為無人駕駛技術的重要組成部分，是橫跨多領域多學科的課題，與智能交通、輔助駕駛、主動安全和智能車輛息息相關。本文將對無人駕駛技術發展概況進行簡單的總結，對車聯網的特點和應用做出一定的分析，并介紹其在無人駕駛領域中的應用，最后對車聯網和無人駕駛技術融合及后續發展做出展望。

【關鍵詞】智能汽車 無人駕駛 車聯網

1 無人駕駛技術

1.1 無人駕駛汽車發展概況

從長遠的趨勢來看，汽車發展的趨勢是實現自主駕駛，而無人駕駛作為自主駕駛的一種重要的實現形式，是未來智能交通的構成基石。在廣義上，無人駕駛汽車是在網絡環境下用計算機技術、網絡通信技術和智能控制技術主導其運行的汽車，是有著汽車外形的移動機器人。因此，無人駕駛汽車也被稱為自動輪式移動機器人。它是指在沒有駕駛者輸入的情況下，通過車載傳感器感知周圍環境，并根據所實時的路況信息，依靠車內的智能計算機系統為主的智能駕駛裝置控制動力傳動裝置實現駕駛功能。它具有整個道路環境中所有與車輛安全性相關的控制功能，不需要駕駛員對車輛實施任何認為操縱。

20世紀七十年代，以美國為主導的發達國家已經開始進行無人駕駛的研發工作。20世紀，已經產出可以人為遠程操縱的無人駕駛汽車，并通過相關的測試。近幾年隨著互聯網和控制技術的不斷進步，一些科技公司開始著手無人駕駛技術的研究，例如美國谷歌和特斯拉公司，它們使無人駕駛汽車越來越智能化，已經很接近可以量產的模型。

1.2 無人駕駛技術的組成

作為一個復雜的智能系統，無人駕駛技術涉及到多個功能的融合，而其中幾個重要的內容如下：

1.2.1 汽車體系結構

在傳統汽車體系中，汽車主體結構是一個系統的“骨架系統”，無人駕駛技術中的汽車體系決定了系統軟硬件的組織原則、集成方法及支持程序。

1.2.2 外界環境感知與識別

無人駕駛汽車的環境感知系統利用各種傳感器對環境進行數據采集，獲取行駛環境狀況同時對獲得的信息進行處理。環境感知系統的主要功能是將本車和周圍障礙物的位置、相對距離和相對速度信息提供給汽車中的計算機處理系統，從而為汽車的后續反應提供支持。

1.2.3 定位導航系統

在無人駕駛汽車行駛的過程，汽車的位置、行駛方向、速度、姿態等多種信息由定位導航系統獲得，可以不折不扣地說，定位導航系統是無人駕駛技術的基石。定位導航技術種類繁多，常用的定位導航技術衛星導航技術、慣性導航技術、航跡推算技術、路標定位技術、地圖匹配定位技術和視覺定位技術等。實際操作中，通常將兩種及兩種以上的導航系統綜合使用，以便獲得更好的性能。

1.2.4 路徑規劃

路徑規劃是指在給定出發點和目的地的情況下，無人駕駛系統自動獲取一條無障礙、能安全到達并且高效出行的有效路徑。路徑規劃第一步先建立交通環境地圖，隨后是調用規劃算法搜索可行的路徑。

1.2.5 運動控制

計算機計算好路線之后，通過實時的反饋算法對汽車的運動做出控制。

1.2.6 車輛一體化設計

2 車聯網技術

2.1 車聯網概述

廣義上，車聯網就是車與一切事物聯系的網絡（Vehicle To X），通過車輛自組網及多種異構網絡之間的互聯，實現車與車、車與其運行的道路設施、車與云端以及車與家之間的互通互聯，從而實現交通管理的智能化和車輛智能化，并能為駕駛者提供動態信息服務的泛在網絡。車聯網系統由車內網和車外網構成，汽車本身自有的車載網絡叫車內網如CAN、LIN、MOST等網絡，而車外網則包括車載移動互聯網和車載自組網。

車聯網由感知層、平臺層和應用服務層三層組成。第一層為感知層，也就是我們所說的端，即通過車載終端上的RFID、雷達、攝像頭等傳感器感知車輛信息及狀態；第二層為平臺層，也就是管，即車輛與一切事物之間的互聯互通；第三層是服務層，即通過云平臺實現車輛與交通信息的管理、應用程序的管理及分發、數據的儲存、大數據分析與處理、并為交通參與者提供相應的服務。車聯網的研究，需要以道路交通為基礎，始終圍繞車輛來進行，車輛的運行有兩個環境：一個是車外的運行環境，另一個是車內的駕駛環境，如果脫離這兩者，就不是真正的車聯網。

2.2 車聯網的工作原理

車聯網是以車輛為核心，進行道路利用率、道路安全等項目的綜合研究，車輛在移動的過程中通過多種無線通信方式實現車輛與一切相關事物的相連。因此，車聯網必須具有移動性、無線性、及時性和穩定性等特點。

車載終端、道路基礎設施通過無線通信方式構成一種車載自組織網絡VANET，通過無線通訊鏈路傳輸數據，實現車與車、車與路以及車與人之間的通信，通過道路基礎設施與網絡的連接實現道路基礎設施與云端的雙向通信，通過接入2G/3G/4G/LTE等移動網絡，從而使車輛具備訪問互聯網的能力，實現車與云端的雙向通信。車聯網的具體工作原理如圖1所示。

車載終端利用總線技術，通過ECU讀取各個單元的傳感器數據，并進行控制，從而實現車內通信，通過衛星定位模塊和各種傳感器讀取車輛運行環境及位置信息，通過無線通信模塊和附近的車輛、路側建車載自組網，實現車輛與車輛之間的通信、車輛與路側之間的通信，通過移動通信模塊接入互聯網，實現車輛與云端及家的互聯互通。路側通過移動通信模塊接入互聯網，向云端提供所覆蓋區域的交通狀況，并從云端獲得交通信息，通過無線通信模塊和其覆蓋區域的車輛組建車載自組網，并將交通信息發送給網內的車輛。云端實時向車載終端或道路基礎設施推送交通信息和車輛有關的服務信息，并選擇性地推送其它相關信息。

2.3 車聯網的關鍵技術

車聯網是一個復雜的系統，一般由車載終端和道路基礎設施、傳輸網絡、云平臺組成。車聯網的用戶需求多樣，業務邏輯復雜，且涉及不同的技術領域。因此，要實現真正的車聯網，則要實現以此三要素為中心的關鍵技術。

車聯網用到的主要技術有數據采集技術、車載操作系統、語音識別、無線通信技術、車載網絡技術、云計算技術。

3 車聯網在無人駕駛技術中的運用

3.1 駕駛輔助技術

先進的駕駛輔助技術是通過安裝在車輛上的各類傳感器，對外部環境辨識、偵查，對比車輛運行狀態，并分析出周圍環境可能會帶來的風險，能夠在危機的環境中輔助駕駛者工作，或者在無人駕駛技術中提供給駕駛系統足夠的信息。駕駛輔助系統就是為車輛打造一套觸覺和視覺系統，視覺系統讓車輛具備對物體關鍵特征和輪廓的辨別能力，能對車輛周圍的環境進行感知，辨別出周圍的人、車、道路、交通標志及障礙物。

常見的駕駛輔助系統包括車道偏離報警系統、車道保持輔助系統、自適應巡航系統、防碰撞系統、夜視系統、盲點檢測系統、交通標志識別系統、倒車輔助系統、剎車輔助系統。

3.2 車聯網主導的駕駛輔助系統

駕駛輔助是無人駕駛的基礎階段，只有在駕駛輔助階段打好基礎，通過自適應巡航、車道偏移報警、車道保持輔助等技術，為駕駛者在復雜的車輛操縱過程中提供輔助和補充，才能逐步地實現半自動駕駛、高度自動駕駛，最終在整個駕駛過程中無需駕駛者監控而實現真正的無人駕駛。

對于無人駕駛車輛，在上路行駛之前，先要根據目的地和出發地對車輛的行駛路線進行路徑規劃，然后才能進行行駛。行駛過程中車輛需要適應城市道路、環島、立交橋及高速道路等復雜的混合路況，根據各種傳感器感知車內、車外信息及實時道路路況，結合高精度地圖，通過車載計算機對交通標志和信號進行解析，預測車輛周邊其他交通工具和行人的行為和意圖，從而做出適合路況的行車決策和路徑的動態規劃及車輛駕駛輔助功能。

在整個行駛過程中，車輛除了通過各類傳感器感知車外的道路狀況、確保安全行車之外，還需要不斷地獲得前方道路的交通流量狀況，以作路徑的動態規劃。車輛實時獲取路況信息時就需要車輛與道路基礎設施的通信，例如收費站無人收費、無人停車場等。為保證行車安全，一旦前方車輛發生交通事故還需要通過車輛與車輛之間的通信及時通知后方車輛，避免發生后續的危險。另外，車輛需要獲取實時的天氣信息，提醒行人等，這一切都離不開車聯網。

4 車聯網在無人駕駛中未來的發展

車聯網及無人駕駛在各個方面都有著跨越性的優勢。首先，無人駕駛的普及將大大降低交通事故和交通擁擠發生的頻率，為此可能挽救數百萬人生命。次之，無人駕駛將大大解放人們的雙手，駕駛員可以在駕駛空間內做其他任何事情。最后，隨著資源短缺和環境污染問題日益嚴重，無人駕駛可以提高人們的交通出行效率，從而在節能減排方面做出更大的貢獻。

隨著工業技術的不斷變革，車聯網技術變得越來越成熟，從而使智能化的無人駕駛技術變的觸手可及。在未來，通過車聯網的不斷改進和更新，無人駕駛技術將真正實現車與車、車與路側、車與人、車與云端的互通互聯，并且駕駛輔助技術也將對無人駕駛汽車所大大優化，并應用于各種無人駕駛汽車中。在車聯網得到全面應用后，隨著厘米級、毫米級地圖的不斷完善，汽車最終實現無需駕駛者監控的自動行駛，未來可量產的無人駕駛汽車將徹底改變我們的生活。

參考文獻

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作者簡介

姚昊洋（1998-），男，回族。

作者單位

呼和浩特市第一中學 內蒙古自治區呼和浩特市 010030