分析车联网技术在汽车自动驾驶技术上的运用

李荣 李帅飞

摘 要：汽车电子化经过数十年发展，各项性能发挥趋于完善。 随着汽车智能化趋势的发展，网络通信、移动端处理器、大数据、机器人、传感器等多项新技术不断面世并取得了很大的发展，汽车自动驾驶也就成为汽车技术发展的一个新的方向。 本文主要对汽车自动驾驶技术中车联网技术的使用进行研究。

关键词：车联网技术；自动驾驶；应用

1 自动驾驶技术发展趋势

1.1定位与导航技术发展为自动驾驶奠定基础。汽车实现自动驾驶需要依赖卫星导航系统的精准定位服务，当前世界上的五大卫星定位系统分别是美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯系统（GNSS）、欧洲伽利略卫星导航系统（GSNS）和中国的北斗卫星导航系统（COMPASS）。五大成熟的卫星定位导航系统可在太空对地提供厘米级精准定位，为汽车在复杂路况环境中实现自动驾驶提供技术支撑。

1.2 环境感知技术多头并举。环境感知技术是借助高科技手段以视觉或非视觉手段帮助汽车感知环境路况，驾驶状态、行驶路径等从而实现按照乘客指令安全行驶的目的。视觉手段指的是视觉传感技术，非视觉手段指的是激光传感、通讯传感、融合传感与微波传感技术，不同技术有不同的特点，各有优劣。随着传感技术的不断发展，人们专注于研发多种传感技术融合的新型传感装置，目的在于将不同传感技术优势融合，以达最佳传感效果。目前部分汽车厂商开始研究雷达传感与光学传感融合的技术，并结合车辆往技术实现多车信息协同共享。

1.3辅助驾驶技术是自动驾驶商业化的切入口。辅助驾驶技术主要包括视觉改善、状态监测与操控避险三类。实现辅助驾驶需借助雷达、加速传感器、压力传感器、超声波和摄像头等实现对道路环境、驾驶人员状态和突发情况的实时监测预警，根据实际驾驶情况在适当时间做出紧急措施，确保驾驶安全。倒车辅助、夜视系统、紧急避装、车道偏离报警系统等辅助驾驶系统已经在汽车制造领域普遍应用，并得到了驾驶人员的广泛认可。

1.4 处理器与操作系统是未来竞争的关键。与其它智能终端相似，高性能处理器与操作系统必定是未来企业乃至国家获取市场竞争优势的关键。在处理器方面，自动驾驶汽车需要复杂的机器视觉引擎、强大的图像处理器（GPU）与中央处理器（CPU）。英伟达公司（NVIDIA）发布了最新的适用于智能手机、平板电脑和自动驾驶汽车的移动处理器Tegra K1，并提供编程工具，帮助汽车厂商开发多种应用。目前全球有400多万辆汽车内置了Tegra系列芯片。在操作系统方面，由于其是系统集成与接口标准化的关键，也是用户主要入口，因此成为各大企业竞争的焦点。

2.车联网技术

车联网在感知道路及车辆信息时主要依靠先进的计算机技术、网络技术、传感技术及控制技术，能够实现车辆与基站之间、行驶车辆之间的无线通信，并对实时信息进行分发[2]；在每一辆车行驶过程中进行全程控制，避免拥堵路段，提高车辆安全运行率；通过多跳转发能够实现一定范围内车辆的信息共享。

3. 自动驾驶汽车设计

3.1自动驾驶汽车设计，总体方案自动驾驶汽车能够通过车载无线车联网设备将自己行驶状态、目的地、经过道路等发送给中央信息系统，中央信息系统在收到这些信息后，在对车辆制动条件进行检测后，向行驶车辆的车载无限车联设备发送制动指令，当指令被主控制器接收后，车辆立即收到指令并立即启动，相反则指示车辆降低车速直至停车。这一方案能够实现对车辆的有效制动，从而降低了刹车不及时、失灵所造成的各项安全隐患，避免了车辆制定不及时所引起的交通堵塞、车辆追尾等。通过自动驾驶车辆提供的信息，中央信息系统能够快速掌握并预测道路现在及可能出现的状况，自行规划出更为合理安全的行车路线，从而避免交通堵塞。

3.2主控制器设计，自动驾驶车辆控制系统是否可靠准确直接影响车辆驾驶是否安全稳定，设计使用高性能 Freescale MC9S12DG128B单片机作为主控制器的核心部件，这一单机片使用的处理器为高性能的 16 位 HCS12 ，数据强大、指令系统丰富、逻辑运算能力较强，同时它具有实时中断、看门狗、低功耗晶振、复位控制等功能，能够保证系统更加稳定可靠的运行。

3.3道路新信息采集系统设计，设计中使用 CCD 摄像头，CCD 传感器能够连接高速数字信号处理器，高速数字信号处理器与自主驾驶汽车的主控制器连接，主控制器来计算出车辆的期望转角及速度。由于道路状况存在路里面不平、污渍等复杂路况[1]，因此在获取道路的实际信息图像时，需要采用处理图像，使采集到的道路图像质量更高，保证图像上无干扰点及无用点。设计采用 madjust 灰度变换函数来重新映射图像的灰度值，从而有效提高图像对比度。二值化处理预处理完毕的道路图像，从而便于提取出道路指示牌、红绿灯等。主控制器能够对行驶车道中的方向参数及位置参数进行利用，进一步得到车辆的期望转角，从而更好的对转向系统进行有效的控制，来保证自动驾驶车辆在行驶过程中能够自行找到更好路线，保证车辆的安全驾驶。

3.4车速控制系统设计自动驾驶汽车虽然为无人驾驶，然而其控制方法与传统汽车比较并无差异，汽车的制动机驱动功能仍然是需要通过制动踏板与加速踏板的工作来实现。设计车速控制系统包含了步进电机、传感器、步进电机驱动器、车速控制器。工作原理：傳感器的增量式光电编码器首先对车辆行驶过程中的车轮转速信号进行收集，从而为车速控制器得到当前车速提供信息，在比较来自主控制器给出的车速控制目标后，分别向加速、制动步进电机驱动器发送 PWM信号，步进电机驱动器则输出相应的电流驱动加速和制动步进电机转过一定的角度，从而引起制动踏板与加速踏板动作，实现汽车的自动制动机驱动功能。

4.车联网技术在汽车自动驾驶技术的应用

4.1车联网平台嵌入设计自动驾驶汽车在嵌入车联网时可将可见光网络作为基础，常规车联网主要包含中央信息系统、无限车联设备两部分。将标准无限车联设备固定在汽车或者道路上，能够实现收可见光信号的实时发送及接受，从而实现中央信息系统与自动驾驶车两个之间的信息共享与交流。标准的无限车联设备主要有接受、发射两个方面，其中发射方面主要组成单元为 LED 光源及信号处理，发射的光源基本不会对人眼造成损害，可见光通信的可靠性显著提高；接受部分主要单元为信号处理及光电检测器，光电检测器能够转换光信号为电信号，信号处理部分能够放大并处理电信号，将其发送到中央信息系统处理，中央信息处理系统以同样方式将信息传递给自动驾驶车辆，实现信息的共享与交流。

4.2自动驾驶汽车应用车联网技术的设计当自动驾驶汽车在行驶过程中时，标准无限车联设备能够向中央信息系统准确发射车辆位置、运行状态及目的地，而由白光 LED 阵列形成的交通信号灯接受到这一信息后发送给中央信息系统，中央信息系统处理得到的信息后，判断车辆运行过程中的安全。中央信息系统能够通过车联网对车辆经过的路线上车流量进行计算，并通过发射系统反馈给车辆，自动驾驶车辆依据这一信号来自动规划车辆的最佳行驶路线，从而缓解了交通拥堵；若即将行驶路面出现交通事故等，则可以将有效信息自动上传，从而方便救援人员及交警来对事故进行处理。

参考文献：

[1]孟海华，江洪波，汤天波.全球自动驾驶发展现状与趋势（上）[J].华东科技，2014（9）.

[2]李付俊.浅谈汽车自动驾驶技术的发展与未来[J].科技论坛，2016（9）.