高级驾驶辅助系统在纯电动重型牵引车上的应用

胡艳峰，唐 键，黄 河

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车已成为现代社会不可缺少的一部分，从2015年开始，以谷歌为代表的无人驾驶的出现，开启了智能汽车、无人驾驶的新篇章。各国政府对先进科技研发的资金投入力度逐渐增大，其中智能驾驶技术占有重要地位。由此可以看出，在不远的将来，智能汽车将成为人们生活必不可少的一部分。根据智能驾驶技术的自动化程度，参照汽车控制权及安全责任分配的不同级别，可将汽车分为4个级别，从低到高依次是初级驾驶辅助汽车、高级驾驶辅助汽车、自动驾驶汽车、无人驾驶汽车。

1 高级驾驶辅助系统简介

高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistant System，简称ADAS），是利用安装于车上的各种各样的传感器，在汽车行驶的过程中对车内外的环境数据进行实时采集，同时做出相应的静、动态物体的辨识、侦测与追踪，结合导航数据，进行系统的运算分析处理，从而能够使驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。

ADAS能够在复杂的车辆操控过程中为驾驶员提供驾驶辅助，并在未来最终实现无人驾驶。ADAS提供的功能包括：自适应巡航控制、盲点监测、车道偏离警告等，并具备自动转向和制动干预功能。早期的ADAS 技术主要以被动式报警为主，即当检测到存在潜在危险时，ADAS将发出警报以警示驾驶员。对于目前的ADAS 技术来说，主动式干预已经趋于成熟。

2 某重型牵引车产品简介

该重型牵引车为纯电动牵引车，车辆配备有驱动电机系统和锂电池系统。该车辆用于特殊场内使用，需24 h连续运行。车辆有2套控制系统：一是以驾驶员为主导的主动驾驶模式，控制中心是整车控制器；二是ADAS辅助驾驶员驾驶，控制中心是ADAS控制器，我们称之为辅助驾驶模式。当车辆进出充电站时，车辆采用主动驾驶模式；当车辆在预定场地内稳定巡航运行时，采取辅助驾驶模式，以减轻驾驶员的驾驶强度。

3 车辆网络架构

车辆网络有整车控制器和ADAS控制器2个中心，由3条CAN总线组成，网络拓扑示意如图1所示。BCAN为车身CAN总线，PTCAN为动力CAN总线，ADASCAN为传感单元CAN总线。整车控制器作为BCAN和PTCAN的网关，ADAS控制器作为PTCAN和ADASCAN的网关。PTCAN控制权由整车控制器与ADAS控制器的控制命令优先级决定。

图1 整车网络拓扑示意图

4 车辆控制架构

整车控制器和ADAS控制器是车辆的控制中心。当车辆处于主动驾驶模式时，整车控制器的控制命令优先级大于ADAS控制器，负责主动驾驶模式时车辆的运行控制以及车辆整个运行过程中的故障处理；当车辆处于辅助驾驶模式时，ADAS控制器进行车辆的运行控制干预，此时ADAS控制器的控制命令优先级大于整车控制器，负责辅助驾驶模式时车辆的运行控制以及车辆整个运行过程中的故障监测。辅助驾驶模式中，当ADAS控制器识别出车辆处于突发危机情况时，将主动规避危险，同时会提醒驾驶员干预控制车辆。驾驶员干预控制即车辆进入主动驾驶模式。

4.1 整车控制器功能

整车控制器是车辆的控制中心，协调控制车辆的运行。通过判别驾驶员的驾驶意图，采集相应的模拟量和数字量，如加速踏板开度信息、制动踏板开度信息等，并结合CAN总线上各节点上报的状态信息，进行综合运算分析处理，控制车辆运行。整车控制器的另一个主要功能是负责车辆驾驶模式的判定。当驾驶员拨动驾驶室的驾驶模式开关至辅助驾驶模式时，整车控制器采集到该信号后不是立即通知ADAS控制器车辆将要进入辅助驾驶模式，而是先做判断，如驱动电机系统、电池系统是否有故障，车速是否达到进入辅助驾驶模式的要求等，然后才决定是否通知ADAS控制器和将PTCAN控制权转移到ADAS控制器。当有影响车辆运行的因素存在，车辆不应进入辅助驾驶模式时，整车控制器将忽略辅助驾驶模式信号，使车辆仍然保持在主动驾驶模式下，并通过给仪表发送相应的警示信号，以提醒驾驶员这一信息。此外，当车辆出现严重故障，或辅助驾驶模式下ADAS控制器识别出车辆处于突发危机情况时，整车控制器也会发送相应的警示信号给仪表，以提醒驾驶员主动干预车辆运行。整车控制器功能示意如图2所示。

图2 整车控制器功能示意图

4.2 ADAS控制器功能

当车辆进入辅助驾驶模式时，ADAS控制器对车辆运行进行干预控制，ADAS控制器发出的PTCAN控制命令优先级大于整车控制器发出的控制命令。辅助驾驶模式中ADAS控制器会实时监测ADASCAN以及PTCAN网段上各个节点的信息，当出现影响辅助驾驶运行的故障时，ADAS控制器会上报故障信息给整车控制器，提醒驾驶员主动干预，使车辆退出辅助驾驶模式进入主动驾驶模式，整车控制器接管车辆运行控制并进行相应的故障处理。ADAS控制器功能示意见图3。

图3 ADAS控制器功能示意图

4.3 辅助驾驶系统组成及功能

本文中纯电动牵引车匹配的高级驾驶辅助系统主要由ADAS控制器、车载管理单元、云台摄像机、驾驶员摄像头、Mobileye摄像头、毫米波雷达、惯性导航模块（GPS&惯导）、辅助转向系统和辅助制动系统组成。这些系统可分为感知、决策、控制3部分，如图4所示。其中感知部分主要包括车载雷达、车载摄像头等传感器设备，主要功能是对汽车内部及周围环境信息进行收集和整理；决策部分主要包括处理器、存储器等控制器，即ADAS控制器，主要功能是对感知部分传输的信息进行计算分析决策并下传应对指令；控制部分主要包括电机、转向、制动等执行设备，主要功能是执行ADAS控制器下达的控制指令，为汽车提供动力、转向、制动。各组成部分功能如表1所示。

图4 ADAS系统组成及分类

表1 ADAS系统组成部分功能表

ADAS控制车辆运行过程：车辆在车速为30～80 km/h区间，可进入辅助驾驶模式。当ADAS系统进入辅助驾驶模式，驾驶员通过巡航开关设定巡航车速，ADAS控制器控制驱动电机，调速并保持车辆在预设定的巡航车速下行驶；ADAS系统通过摄像机、雷达、导航等传感器，实时采集识别出道路、环境、位置等信息，综合判断决策后控制辅助转向系统实现车辆转向，使车辆按规定的路径行使。如识别出紧急情况，ADAS控制器控制辅助制动系统和辅助转向系统使车辆减速，主动合理改变行使方向以规避危险，保证人员及车辆安全。

5 结束语

目前，ADAS系统是作为功能汽车和智能汽车更迭时期的一种替代解决方案而存在，并占据主流市场。相信在不远的将来，自动驾驶汽车乃至无人驾驶汽车将全面普及，并成为人们生活中不可或缺的一部分。