产品学习：基于Android的智能汽车的架构设计和平台技术

一.国内研究机构智能驾驶技术现状

           20世纪90年代初期，由南京理工大学、国防科技大学、清华大学、浙江大学和北京理工大学等高校联合研制成功了我国第一辆无人驾驶车辆ATB-1（Autonomous Test Bed）型。1996年，该车在校园内自主行驶躲避障碍，最高速度达到21.6km/h。90年代后期，研制了第二代无人驾驶车辆平台ATB-2型自动驾驶最高速度可达70km/h，车辆还具备临场感遥控驾驶和战场侦查等功能。同期，有代表性的无人驾驶试验平台还有清华大学的THMR系列无人车以及吉林大学的JLUIV系列试验车。

        2003年，清华大学研制成功THMR-V（Tsinghua Mobile Robot-V）型无人驾驶车辆，能在清晰车道线的结构化道路上完成巡线行驶，最高车速超过100km/h。2003年7月，国防科技大学与一汽集团联合研发的红旗无人驾驶车辆完成封闭环境高速公路试验，其自主驾驶最高稳定车速达到130km/h。这一阶段无人驾驶车辆更多的是在封闭环境进行测试，单一依赖视觉导航，沿清晰车道线行驶。西安交通大学人工智能与机器人研究所，着重利用机器视觉感知周边道路环境，利用DSP芯片处理图像信息，完成车道线识别、障碍物检测、行人检测等。

       从2009年开始，李德毅院士发起成立了智能车联合课题组，包括总参61所、军事交通学院、北京联合大学、中科院合肥物质所、北京理工大学、清华大学、上海同济大学、北汽、宇通等单位先后加入，合作开展智能车研究与成果转化工作。联合课题组将智能车研发划分为系统架构、机械、电子电气、导航、雷达、图像、决策控制、交互、试验和云计算等10个部分，在北汽C73、C30、现代iX35、长城H8、上汽MG iGS、宇通公交车等车型实现了智能驾驶，完成京津高速智能驾驶20余次，总行程3000多公里。2012年11月26日，中央电视台全程直播了“猛狮3号”智能车从北京台湖收费站到天津东丽收费站共114公里的无人驾驶试验，自主超车12次，换道36次，总自主驾驶时间85分钟，平均时速79.06km/h，最高时速105km/h，全程无人工干预。

二. 国内主要公司智能驾驶技术现状

       在欧美车企加快智能驾驶技术研发和应用的同时，中国自主车企也已开始逐步涉足这一领域。

      1）一汽集团：研制国内首辆智能车

      早在2003年一汽集团与国防科技大学联合研制出中国首辆配备智能驾驶技术的红旗轿车，2011年这款自主研发的红旗HQ3智能驾驶车首次在复杂路况下公开进行智能驾驶的测试，并完成了从长沙至武汉286公里的高速路段。整个途中配备智能驾驶技术的红旗HQ3自主超车67次，遇到雾霾、降雨等复杂天气，依然顺利完成整个测试路段。

      2）上汽集团：与中航科工共同研发

     2013年8月上汽集团正式与中航科工签署了战略合作协议，协议中双方将在智能驾驶等多个领域展开合作。据悉，双方将先从主动安全系统领域着手，进行自适应巡航、自动泊车、智能刹车辅助等技术的快速普及，为智能驾驶技术奠定基础，随后在环境感知、智能识别等技术领域进行共同研究。

       3）广汽集团：携手中科院合作研发

       继一汽、上汽之后，广汽集团也正式宣布与中国科学院共同研发智能驾驶技术。广汽集团股份有限公司汽车工程研究院与中科院合肥物质科学研究院先进制造所已签订相关合作事项，未来双方将共同研发智能驾驶技术并应用于新能源车型。此次合作双方将汽车行业发展的两个重要方向“新能源”和“自动驾驶”相结合，通过车载传感器感知外部环境，进行自主智能决策，以实现新能源汽车的自动驾驶。汽车的自动驾驶集体系结构、智能传感、智能决策、自动控制于一体，对提高车辆驾驶的智能化、安全性、舒适性有一定帮助。

        4）吉利汽车：依托沃尔沃进行研发

        除上述提及三家国有车企外，国内的知名自主车企-吉利汽车也已开始涉足智能驾驶领域。由于此前吉利并购沃尔沃汽车，双方在技术领域开展全面共享，同时进行众多新科技的共同研发。据悉，沃尔沃品牌将在全新一代XC90车型上，实现无人自动泊车技术，随后在该车上应用智能驾驶技术。对于吉利品牌而言，由于沃尔沃智能驾驶系统过高的成本，若匹配到吉利车型会导致售价大幅增加。对此李书福曾透露，沃尔沃位于瑞典的研发中心将会针对吉利推出一套智能驾驶系统，有望于2015年或2016年搭载。

        5）比亚迪：与海外研究所合作

       智能驾驶作为未来汽车发展的重要方向，自主品牌中的“技术派”比亚迪也开始着手研发。近日，比亚迪携手新加坡科技研究局通信研究院（I2R）开始共同研发自动驾驶技术。除了智能驾驶技术，双方的合作还涉及智能交通系统。比亚迪与新加坡科技研究局通信研究院（I2R）合作研发的自动驾驶技术，包括利用电子线控系统实现对车辆的刹车、转向以及对其它汽车系统的操控。

三. 智能汽车的架构设计

        以驾驶脑为核心，将驾驶认知形式化，利用驾驶认知的图表达语言，可以设计通用的智能驾驶软件架构。在这一架构中，智能决策模块并不直接与传感器信息发生耦合，而是基于多传感器的感知信息和驾驶地图等先验信息综合形成的驾驶态势完成自主决策。基于驾驶脑的智能驾驶试验平台软件架构如下图所示。

图1： 智能驾驶试验平台软件架构示意图

        各传感器信息处理模块的输出，由驾驶认知的图表达语言进行统一，构成驾驶态势实时信息；驾驶地图中的信息，则根据车辆实时位置及朝向，映射到驾驶态势中，与驾驶态势实时信息融合，形成全面反映当前驾驶态势的公共数据池。自主决策模块以这一公共数据池为基础，综合考虑交通规则、驾驶经验、全局路径等先验知识，完成决策。此外，融合了实时信息与先验知识的公共数据池，也能够帮助传感器信息处理模块确定感兴趣区域、帮助定位模块提高定位准确性、帮助驾驶地图模块及时更新先验信息，提升这些模块的性能。

四. 智能汽车的平台技术

       车辆平台是智能车必须具备的硬件基础，总的来讲包括机械平台和电子电气平台两个方面，两方面紧密结合，密不可分。具体包括转向系统、制动系统、发动机控制系统、换挡控制系统、信号控制系统、中央处理系统、电源系统、全车网络与布线等内容。这些内容构成了智能车能够实现自主控制的基础。其性能的好坏、可靠性的高低直接决定了智能车的功能实现和性能情况。一般来说智能车平台有两种实现方式：

1、后期改装。这种方式适合非汽车生产厂家和研究机构。谷歌公司的无人车即是购买其它汽车厂家的汽车进行改装的。这种方式需要对油门、制动、转向、换挡、信号等各种机构进行改造，工作量较大。

2、前期设计整合。这种方式适合于打造智能汽车的汽车厂家。如今，梅赛德斯-奔驰、沃尔沃、通用、福特等已经推出了自己的智能车样车。

        对于掌握汽车设计技术，尤其是汽车电子控制系统设计技术的汽车厂家，如果能够在设计之初就考虑到电源、油门、制动、转向、换挡、信号等接口和功能，将极大减少后期改装的工作量和难度，同时也可以提高整车的可靠性。前期设计整合还可以将电子油门、转向、制动、换挡等功能通过总线的方式整合到汽车电控系统中，从而最大限度减少车辆硬件的改动和后期布线。

图2： 智能驾驶试验平台软件架构层次结构

五. 结束语

       智能驾驶不能简单等同于无人驾驶，其本质上涉及注意力吸引和注意力分散的认知工程学，将单一人工驾驶模式改变为双驾双控，既可以通过自主驾驶将人从低级、持久、繁琐的驾驶活动中解放出来，又可以在智能车难以判断的复杂和危险情况下，将驾驶权移交车内乘员，自主驾驶与人工驾驶自然切换，通过人机交互让人与机器和谐相处。