智能网联汽车的演进路径
智能网联汽车的发展与演进大致分为四个阶段:一是自主式驾驶辅助阶段,二是网联式驾驶辅助阶段,三是人机共驾阶段,四是高度自动/无人驾驶阶段,如图1-2所示。目前,世界各国都在积极发展智能网联汽车产业,尤为注重自主式驾驶辅助系统、网联化技术、人机共驾技术和无人驾驶技术等方面的发展。其中,自主式驾驶辅助系统已经步入大规模产业化阶段,网联化技术已经步入大规模测试和产业化准备阶段,而人机共驾技术和无人驾驶技术尚处于研发和小规模测试阶段。
图1-2 智能网联汽车发展的四个阶段
一、第一阶段:自主式驾驶辅助
自主式驾驶辅助系统是通过车载传感系统感知外部道路环境,辅助驾驶员进行驾驶操作的系统。目前,自主式驾驶辅助系统已经步入大规模产业化阶段,该系统可以细分为两类:预警系统与控制系统。
其中,典型的预警类系统包括:碰撞预防系统(Forward Collision Warning,简称FCW)、车道偏离警示系统(Lane Departure Warning System,简称LDWS)、盲点侦测系统(Blind Spot Detection,简称BSD)、驾驶员疲劳预警(Driver Fatigue Warning System,简称DFWS)、全景环视(Top View System,简称TVS)、胎压监测(Tire Pressure Monitoring System,简称TPMS)等。
典型的控制类系统包括:车道保持系统(Lane Keeping System,简称LKS)、自动泊车辅助(Auto Parking System,简称APS)、自动紧急刹车(Auto Emergency Braking,简称AEB)、自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,简称ACC)等。
目前,虽然国内企业在自主式驾驶辅助技术与产品研发方面取得了一定成绩,但与国外企业相比仍有差距,不少核心技术和产品仍掌握在国外企业手中。例如,博世(Bosch)、德尔福、天合、法雷奥(Valeo)等国外企业垄断了车载传感器、执行器的大部分国内市场,Mobileye等新兴科技公司在车辆环境感知系统领域具有强大竞争力,占据了全球大部分市场。
二、第二阶段:网联式驾驶辅助
网联式驾驶辅助系统可以利用信息通信技术(Information Communication Technology,简称ICT)感知车辆的周边环境,预测车辆在未来一段时间的运动情况,从而辅助驾驶员进行驾驶操作。过去,汽车、道路、行人等交通参与者像是一个个孤立的岛屿,无法实现信息交流,而在新一代通信与网络技术的加持下,这些交通参与者可以打破信息孤岛,实时进行信息交流与共享,成为智能交通系统[1]中重要的信息节点。
目前,美国、欧洲、日本等发达国家和地区在汽车领域的优势明显,其网联式驾驶辅助系统主要基于车—路交互(Vehicle-to-Infrastructure,简称V2I)/车—车通信,并且已经进入实用性技术开发和大规模测试阶段。
2015年,美国交通运输部向国会递交了关于智能网联汽车的报告,报告预测,到2040年,美国将有90%的轻型车辆安装专用短程通信(Dedicated Short Range Communication,简称DSRC)系统。
目前,国内的华为、大唐等企业正在大力发展具有中国特色的车联网通信系统,主推的车间通信长期演进技术(Long Term Evolution-Vehicle,简称LTE-V)系统已经可以与DSRC系统相媲美。由于LTE-V可以兼容蜂窝网,同时可以平稳过渡至5G系统,因此,其在国际市场上也具有较强的竞争力,可以与DSRC系统分庭抗礼。
三、第三阶段:人机共驾
人机共驾(Shared Autonomy)是由驾驶人和智能车载系统同时控制车辆,实现人机一体化协同操作,从而完成驾驶任务的系统。相比于一般的驾驶辅助系统,人机共驾型智能汽车需要具备更高的智能水平,因为这种汽车是由人机共同控制,具有双环并行的控制结构,在状态转移时相互制约,受控对象相互交联耦合。
人机共驾系统一方面能增强驾驶人的操控能力,减轻其驾驶车辆时的压力;另一方面能够识别驾驶人的想法,让驾驶决策的步调保持一致。从广义来看,人机共驾系统包含三个层次,分别是感知层、决策层和控制层,如图1-3所示。
图1-3 人机共驾系统的三大层次
四、第四阶段:高度自动/无人驾驶
智能汽车发展到高度自动驾驶阶段时,一旦车辆在行驶过程中遇到无法处理的情况,就会提前提示驾驶员接管驾驶。如果驾驶员无应答,车辆就会自动靠边停车,以保证安全。而当智能汽车发展到无人驾驶阶段时,车辆在行驶过程中不需要驾驶员操作,可以自动完成所有情况下的驾驶。
智能汽车发展到无人驾驶阶段,车辆中不仅可能没有驾驶员,而且可能没有乘客,如自动物流车辆就可能不搭载驾驶员和乘客,自动将货物送到目的地。在这一阶段,无人驾驶系统可以实时处理所有的驾驶情况,并能保证车辆的行驶安全。
目前,高度自动驾驶/无人驾驶的发展呈现出两条路径:一是大多数传统汽车企业采取渐进式发展路线,先研发人机共驾系统,再发展高度自动驾驶/无人驾驶系统;二是谷歌等互联网技术公司采取跨越式发展思路,即跨越人机共驾阶段,直接发展高度自动驾驶/无人驾驶系统。无论采取什么路径,高度自动驾驶/无人驾驶都是智能网联汽车发展的终极目标。