汽车自动驾驶技术初学者指南

许多人会认为自动驾驶技术是不需要进行人工控制而实现车辆驾驶的技术，真的是这样吗？当汽车不再需要司机的时候，你又对它了解多少呢？什么是汽车自动驾驶，如何通俗易懂地理解其功能及原理呢？想了解自动驾驶技术的功能和原理，首先我们要聊聊什么是自动驾驶技术。事实上，只要是依靠计算机、传感器代替人进行部分驾驶员操作，都可以被称为自动驾驶技术。

但是谈及自动驾驶技术，大多数人会认为是不需要进行人工控制而实现车辆驾驶的技术。当然这在某种情况下是对的，这是自动驾驶技术最成熟的技术，即最完美情况下的自动驾驶技术。但是事实上，目前的科技水平、观念限制还远远达不到上述目标，完全的自动驾驶不会出现在我们这一代人生活中。

既然无法实现完全的自动驾驶，自然也就有了不同程度自动驾驶的分类。目前自动驾驶按照机器介入程度分为五大阶段，目前整体技术处于L2到L3的转变阶段。在L3阶段后，机器会接管驾驶员主导车辆的感知和控制

比如目前已经很成熟的自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control），该技术已经在价格10W-20W的汽车上实现了普遍应用。那么何为自适应巡航系统，它是一种自动保持稳定车速的系统。在交通情况复杂的情况下，ACC 系统可以自动控制车辆的前进速度。不过这只能属于第二阶段的自主驾驶，即驾驶辅助阶段。用更通俗的话语讲，就是用不同类型的传感器、电机、处理器代替人的各个部位。

回到正题，谈及自动驾驶技术的原理，现有大部分高校、智驾公司的自动驾驶都分为三个模块：环境感知、智能决策、控制执行。环境感知类似于人的眼睛和耳朵，从外界接受信息；智能决策相当于人的大脑，根据感官得到的信息进行处理；控制执行类似于人的双脚、双手，决定如何转向，加速或者减速。下图即为自动驾驶技术结构。

环境感知层一般包括各类车辆状态传感器和工控机，用以实现车辆及环境信息融合。常用的车辆状态传感器有：雷达（激光雷达、毫米波雷达为主）、图像采集系统、相机、惯导、GPS等等用来定位车辆位置，感知前方物体及其距离。各类信息需要通过工控机实现信息融合，最终实现对环境信息的捕获，并将该信息传递给智能决策层。

具体实现方式：通过车载环境感知技术、卫星定位技术（RTK）,实现对车辆自身属性和车辆外在属性(如道路车辆和行人等)静、动态信息的提取和收集，通过工控机完成多传感器的数据筛选和融合，对道路、车辆、行人交通标志和交通信号等进行识别，通过CAN信号向智能决策层输送道路情况、交通标识、车辆自身状态、行人车辆等必要的信息。

在各类传感器中，雷达相当于人体的眼睛，承担了绝大多数定位和接受信息的功能，其他传感器类似耳朵、触觉、嗅觉等感知系统，辅助雷达共同完成探测工作。毫米波雷达RADAR全称为Radio Detection And Ranging，即用无线电波探测和定位物体。如下图所示，短程雷达和长远程雷达结合起来可以起到最好的探测效果。

什么是LIDAR(激光雷达)？如前所说，它是利用激光进行探测和测距技术的简称。除了需要激光发射器，这一系统还需要有一个高精度的接收器。由于能通过独特的方法提供被探测物体的三维影像，激光雷达主要被用于测量与固定或移动物体间的距离。这里给出一个常见的感知层包含的传感器类型及其参数，便于认识不同传感器的类型及其大概功能。

智能决策层包括硬件部分和软件部分控制程序。智能决策层会基于对安全性、经济性、舒适性的综合考虑最终会得出一个实时的处理信号，该信号传送给控制执行层。智能决策层包括硬件层面的整车控制器和软件层面的整车控制程序。具体实现方式为：接收环境感知层融合后的信息，根据车辆自身状态及车辆周边环境决策判断车辆驾驶模式和将要执行的操作，同时可以向控制执行层输送指令并调用相关的子系统如自适应巡航（ACC）、自动紧急制动（AEB）和车道保持（LKA）等。

控制执行层主要控制包括电驱动系统和电控化底盘。控制执行层通过电驱动系统系统协调、制动系统动态协调、能源资源管理动态协调完成最后的驾驶和控制动作，并对空调、热管理、电机、液压制动进行调控。具体实现方式为：控制纵向的制动力矩、油门踏板开度、挡位和横向的方向盘转角。制动部分、转向角度、油门踏板开度和挡位的控制需要对各部分实现改装，并进行标定。改装和标定完成后，往汽车相应接口发送对应的CAN信息可完成汽车转向、制动、加速、换挡等基本动作。且能够按照智能决策层的指令，对车辆进行操作和人机协同控制，并为联网汽车提供道路交通信息、安全信息等，保障汽车安全行驶和舒适驾驶。

综上，自动驾驶技术即为代替人进行驾驶动作和其他操纵动作的自动化和智能化技术。这只是最基本的功能，出于基本的驾驶行为的自动化。随着技术的发展，会有越来越多的智能化技术应用到汽车的经济化、舒适性上。作为年轻人，大可以幻想未来的都市里，每个人都可以坐在专属的车座上，车子会张开翅膀飞在空中，音乐响着，咖啡温着，喜欢的人在身边，美好的景色在眼前，每段旅程都是享受。