浅谈别克品牌的高级辅助驾驶系统

杨荣林

(上汽通用汽车销售有限公司,上海 201206)

1 自动驾驶概述

自动驾驶汽车,也称智能网联汽车或无人驾驶汽车,是指集成环境感知传感器、电控或线控底盘、高精度地图、无线通信、云计算和AI等先进技术,实现自动行车路径规划、自动行为决策等操作的新一代汽车技术[1]。

美国汽车工程师协会(SAE)对汽车自动化水平的分级从0级到5级(L0-L5),这也是当前行业内普遍采用的分级标准(表1)。

表1 SAE自动驾驶水平的分级标准

L2-L3级别的自动驾驶汽车,目前比较有代表性的是凯迪拉克CT6、Audi A8和特斯拉Autopilot。

凯迪拉克CT6配置了超级巡航系统(Super Cruise),这个系统能在封闭的高速公路上进行有条件的自动驾驶,车辆可以自动控制转向、油门和制动,实现本车道自适应巡航,但是驾驶员必须作好随时接管车辆的准备,驾驶责任还在驾驶员。

Audi A8具有低速自动驾驶和自动泊车等功能。当车速低于60 km/h,车道线清晰并且车道中央带隔离带的路况下,驾驶员按下Audi AI按钮就可以启动自动驾驶功能。

特斯拉Autopilot在升级了Navigate on Autopilot后,车辆可以自动上下高速匝道,实现换道建议、高速出口导航等功能。特斯拉Autopilot与凯迪拉克CT6及Audi A8等其他L2-L3级别的车最大的不同是可以实现自动变换车道。

目前,自动驾驶的发展途径主要包括渐进式发展和跨越式发展。渐进式发展模式的代表企业主要是传统的整车厂商、新势力造车以及零部件供应商,例如Audi、特斯拉和博世等,从L0-L1级别的高级驾驶辅助系统(ADAS)技术开始,逐步实现自动驾驶,这种发展方式技术实现难度低,商业落地变现较为容易[2]。

跨越式发展模式的代表企业主要是科技创新企业和出行服务企业,例如Waymo、百度、优步(Uber)等,这些企业跳过L3以下级别,直接研究L4和L5级别的无人驾驶技术。这种发展模式可以直接占领技术制高点,获得核心竞争优势。

通用通过收购自动驾驶初创公司Cruise,实现渐进式和跨越式同步发展,在整车厂中发展速度最快。

2 高级驾驶辅助系统功能介绍

ADAS是通过单目或双目摄像头、毫米波雷达、超声波雷达甚至激光雷达等环境感知传感器收集车内外的环境参数,对动态、静态物体进行辨识和追踪,第一时间提醒驾驶员可能发生的危险,甚至主动操控制动、转向和油门以规避危险的主动安全技术[3]。

ADAS系统功能主要覆盖SAE L0-L2级别范围,按照技术进行分类,ADAS可分为辅助预警类和辅助控制类(图1)。

图1 ADAS系统功能汇总图

辅助预警类ADAS属于L0级别,包括：

(1)FCA为预警系统,通过声音、振动等方式提醒驾驶员,但不会采取主动制动的控制措施。FCA的启用条件是车速高于8 km/h,其中配置自适应巡航系统功能FCA的启用条件是车速高于4 km/h,可以探测60 m以内的车辆。

(2)LDW系统可实时探测车道线,当车辆在没有使用相应方向的转向信号灯的情况下偏离车道压线时,系统会通过声音、振动等发出警告,但不会控制方向盘。该功能的开启条件是车速高于80 km/h以上。

(3)FDI系统可探测与前车的距离,并根据本车车速,在仪表上显示时间和距离等信息,确保行车过程中始终保持安全距离。

(4)LCA系统主要用于检测车辆两侧快速接近的车辆,避免变道过程中出现危险。探测范围是车辆两侧约一个车道或3.5 m宽,向后方70 m左右的区域。

(5)SBZA系统属于LCA系统的一部分,其探测范围是车辆后方5 m左右区域。当探测到有车辆存在时,对应一侧的后视镜警示灯将自动点亮。

(6)RCTA也被称作后方穿越预警,通过后保险杠上左右2个24 MHz毫米波雷达进行探测,探测范围是20 m以内的车辆或物体。

辅助控制类ADAS属于L1级别,包括：

(1)ACC是在定速巡航的基础上进一步发展起来的智能化巡航系统。可以根据驾驶员的设置,自动控制油门和制动以调整车速,保持与前车的跟车距离。ACC的启用条件是车速大于25 km/h。

(2)LKA系统可以看作是车道变更辅助系统LCA的升级,当车辆在没有使用相应方向的转向灯但车身靠近已探测到的车道线时,系统会主动转动方向盘以修正方向,使车辆在原有车道内保持行驶。该功能的启用条件是车速在80～180 km/h。

(3)CMB系统包括高、低2种配置。高配置的CMB带有远距离雷达模块,也称为全速防撞自动刹车。低配的CMB不带有远距离雷达模块,仅利用前视摄像头工作,也称为低速自动刹车。可以对可能发生的车辆之间的碰撞提前采取制动措施,缓解甚至避免碰撞的发生。

(4)PD系统能够识别车辆前方的行人,通过仪表指示灯提醒驾驶员前方有行人,驾驶员如果没有作出任何反应,当碰撞即将发生时,系统会控制车辆制动系统使车辆完全停止。

(5)APA系统可以自动计算停车轨迹,驾驶员只要按照系统提示控制刹车和档位,系统会自动控制转向使车辆停入车位。

表2是上汽通用汽车别克品牌各个车型的ADAS系统配置情况。

3 高级驾驶辅助系统ADAS的系统构成及关键技术

3.1 ADAS系统构成

ADAS系统主要由三大部分构成：环境感知层、自主决策层以及车辆控制层。环境感知层主要功能是确定车辆的位置以及周边的环境(动态和静态)。决策层的功能是根据感知层提供的信息进行计算,给出行车路径和行车参数。执行层用于执行决策层的指令。图2示出了ADAS系统结构示意图,表3示出了别克品牌ADAS各个功能的输入和输出部件图。

表2 别克各车型ADAS系统配置图

图2 ADAS系统结构示意图

表3 别克品牌ADAS各个功能的输入和输出部件图

3.2 ADAS关键技术

3.2.1 毫米波雷达

毫米波雷达传感器属于主动型传感设备,通过天线发射毫米波信号(波长1～10 mm,频率30～300 GHz),并有雷达天线接收从目标物反射回来的信号(表4)。毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,精度高,实时性强,不需要复杂的计算和设计。但是对行人的反射与测距效果差,无法识别交通标志和行人,也容易受外部因素干扰,特别是电磁波干扰。

表4 毫米波雷达的频段和应用范围

3.2.2 摄像头

摄像头传感器在人工智能算法的支持下,可以识别障碍物的形状、大小和距离等,甚至识别车辆前方可活动的空间区域,具有行车轨迹规划的能力。FCA、LDW、LKA、PD、全景泊车(SVP)、驾驶员疲劳检测等众多ADAS功能都需要借助摄像头实现,有些功能甚至只能通过摄像头来实现。

当前,车载摄像头有单目摄像头、双目摄像头(可深度感知)、环视摄像头(鱼眼)、后视摄像头。摄像头传感器最大的缺点是在大雾、强光照射和黑夜等恶劣环境下的感知效果及测距性能差。

3.2.3 激光雷达(LiDAR)

LiDAR全称是激光探测和测距,是一种距离测量的遥感技术。通过对目标物体进行3D激光扫描和探测,接收反射激光后,可以获得目标物体的轮廓和位置信息。激光雷达在自动驾驶中的应用主要是定位和障碍物的检测分类。目前,根据扫描方式,激光雷达可分为3D扇形扫描激光雷达和3D旋转式扫描激光雷达。激光雷达的局限性是雨雪雾天气下性能较差,价格昂贵,数据量过大。激光雷达结构见图3。

3.2.4 深度学习

深度学习在自动驾驶技术上的应用,目前主要体现在感知和决策两个方面。

在感知部分,通过深度学习来提高图像识别能力,实现物体识别和可行驶区检测。比如Audi A8的前视摄像头,集成了智能图像处理软件,利用单目摄像头结合深度学习技术,精确计算出物体的宽度、高度和距离。能够识别和分类汽车、卡车、交通标志、行人和车道标线。

图3 激光雷达结构示意图

在自动驾驶决策的部分,帮助车辆在复杂的路况下独立找到驾驶模式和规则,并据此作出各种判断和选择。目前,各大无人驾驶研发公司在公共道路上进行实车测试的一个重要目的是为机器学习采集训练数据,如百度Road Hackers、特斯拉的影子模式(shadowmode)功能。

4 典型案例

4.1 “前雷达被遮挡”或“自适应巡航暂时不可用”情况

在整车仪表间歇性提示“前雷达被遮挡”或“自适应巡航暂时不可用”时,车辆自适应巡航功能失效,读取车辆无诊断故障代码(DTC),通信状态正常,见图4。

图4 “前雷达被遮挡”或“自适应巡航暂时不可用”情况相关图片

可以先检查前格栅、前车标的状态,查看是否有裂纹缺角等情况;检查牌照安装情况,是否存在牌照框、牌照安装不够贴合的情况;对远距离雷达模块进行学习,如果读入状态错误,重点检查远距离雷达模块的安装状态;最后可以考虑远距离雷达模块自身零件故障,可以通过两车互换模块,如果互换后,可以成功学习,说明模块自身已经损坏。

4.2 “自动泊车辅助-失效”情况

车辆在使用自动泊车辅助功能时,仪表提示“自动泊车辅助-失效”。自动泊车辅助功能会在以下情况出现时退出工作：(1)自动泊车模式下,短按APA开关;(2)寻找车位车速过高(大于30 km/h);(3)泊车车速过高(大于10 km/h);(4)在泊车过程中驾驶员操控方向盘;(5)泊车时间超过最大时间限制;(6)关闭点火开关,仪表提示图见图5。

图5 仪表提示图

可以先采用诊断工具检测,系统无DTC出现,与正常车辆对比数据未见异常。更换转向机,故障依旧。与正常车互换转向管柱总成,故障消失。更换新的转向柱后故障还是存在。经过反复试车验证,最后锁定故障点是客户自己加装过重的方向盘套引起。

5 结语

交通事故的频发和交通拥堵的加剧催生了高级驾驶辅助系统以及无人驾驶技术的出现。随着高级驾驶辅助系统技术的不断成熟,别克各个车型陆续配置了ACC、LDW、CMB等技术,而且从高端车型不断往低端车型延伸。预计不久之后,高级驾驶辅助系统会成为别克各个车型的标准配置,能有效提高了车辆的安全性,保障车辆及行人的生命安全和财产安全。