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智能控制在汽车上应用的进展综述.docx
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智能控制在汽车上应用的进展综述
一、简介
1.1 汽车智能化综述
从上个世纪的末期,全球的汽车以汽车的电动化、智能化、网联化为主题进入一个重大
的历史时期。到本世纪初,随着 ICT 技术的发展,汽车的智能化和网联化系统随之诞生,
由此产生了一种新型的交通系统。
“智能汽车”是在普通汽车的基础上增加了先进的传感器、控制器、执行器等装置,通过
车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换,使汽车具备智能的环境感知
能力,能够自动分析汽车行驶的安全及危险状态,并使汽车按照人的意愿到达目的地,最终
实现替代人来操作的目的。
从汽车自身的智能化来讲,我们现在处于这种汽车的一种智能化的初级阶段,即智能
驾驶辅助这个阶段,其终极目标就是无人驾驶。另外从智能汽车发展模式来讲是两种模式,
一种是依靠自身车载传感决策和控制系统,来实现自动驾驶。另外一种是通过协同的方式,
借助通信的技术,利用车联网和物联网的整合,来实现它的整个一种智能化的驾驶。
总之,汽车的智能化可以归结为两轴或者两个发展,一个是纵轴,就是由现在的部分
功能的替代到以后完全的无人化驾驶,另外一个就是自身的提升,单车的智能化并不能解决
交通的问题,所以必须通过网联化把汽车和交通系统,交通所有参与者在一个平台上一个系
统下进行完全的可控可调,这样才能彻底地改变交通社会现在面临的诸如安全、拥堵、节能
的问题。所以未来期望或者目标的实现是一个智能网联的汽车。
智能汽车它会带来对我们社会产业带来什么样的变化?首先我们关注的是安全,通过汽
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车的智能化、网联化,交通事故可以降低到目前的1%。现在每年因为交通事故死亡人数大
概 130 万,也就是说在不远的将来也许二十年三十年以后,全球交通事故死亡率会低于 1
万甚至更低,未来接近的目标是零死亡零事故。第二,对于交通拥堵、油耗,对于整个经济,
还有对于人的生活方式的影响都有非常高的期待。
1.2 国内外汽车智能化研究现状
就汽车智能化发展而言,从美国来讲,从本世纪初他们对于智能汽车提出了一个定义,
把它分为五个等级,第一个等级就是没有智能化,第二个等级是具有特殊功能的一些驾驶辅
助,第三个等级是一个部分的自动驾驶,然后是高度自动驾驶到完全自动驾驶,以及无人驾
驶这样五个等级,它设计的目标是到2025 年能够实现完全智能驾驶。所以基于此,美国专
门成立了交通变革研究中心,另外其交通部将推动汽车智能化网联化的发展作为一个国家战
略,在。对于欧盟来讲,它制定了详细的发展路径图,就是从当下现有的驾驶辅助到2030
年实现无人驾驶,或者能够产生无人驾驶的这种技术和产品,这是它的愿景。从日本来讲,
不光从车,还从车和路两端来进行协调的发展,日本这一个计划详细地定义了从汽车、道路
到各种法规协调发展的一个庞大的技术。
发展汽车智能化一个强劲的动力是标准,汽车这个技术持续的迭代是依托于标准的,一
个是排放的法规,一个是碰撞的法规,现在主动安全或智能安全的一些项目,已经纳入了汽
车的法规评定体系 DSRC 里,这是对于技术持续进步的一个强大的推进力。
从欧美整个发展情况比较来看各有特色,美国主打推动 IT 企业,并在该领域独领风骚,
另外它在程序还有法规方面也是领先一步,从日本来讲,它的信息化体系是全球做得最为完
备的,它现在有一个 VICS,交通系统信息,现在整个汽车是8 千多万辆,有 4 千万辆已经
入网,对于大数据信息化它有很强的一些设备支持。另外以丰田、日产这些汽车企业主导智
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能网联汽车的研发,引领这个行业的发展。欧盟在节油结点上基本同步,表现出政府推动、
企业主导、标准先行的态势。
从我们国家的情况来看,以中国制造2025 这么一个规划龙头,由此确定我们国家整个
发展的一个目标。总的来讲,就是到 2020 年,由驾驶辅助起步逐步过渡到部分自动驾驶,
这是第一个目标。第二个目标是到2025 年,驾驶辅助所占份额会达到60%,部分驾驶、全
辅助驾驶份额会超过 50%。从交通事故、交通死亡的人数,还有二氧化碳的排放这方面都
提出了相应的一些明确的发展目标。
从技术支撑框架来讲,从车辆的关键技术到信息交互的关键技术,到基础支撑技术,分
成三大类,设立了些技术框架体系,当然需要解决的还是交通的安全、效率、节能减排和舒
适等相关的一些目前产业发展面临的瓶颈问题。
从具体的技术路线图来讲,就乘用车和商用车而言,从纵轴一个是网联服务系统和网联
协同感知以及决策控制,这是一个方面,成为横轴时间轴部分的驾驶辅助、部分自动驾驶再
到有条件的自动驾驶,再到完全的自动驾驶,也制定了时间表。也就是说初步是定2025 年
到 2030 年,希望能够实现自动驾驶和无人驾驶的这个技术和产品突破。在商用车这方面,
基本上同一个时间表在进行相应的一些规划。
前期实际上在国家的 863 项目支持底下已经做了相应的工作,清华和长安、同济千方
北航,在十二五规划里面项目部多,就是围绕车路协同、网联式汽车控制,还有汽车的交通
信号灯协同控制展开一些研究和示范。在这方面清华经过十一年研究在一些技术积累和产品
开发方面,积累了相应的一些经验和技术。同时在一些产品产业化这方面,也培育了引领行
业的零部件企业,像苏州的智华清研微视、苏州捷运,围绕汽车驾驶辅助、交通大数据、汽
车导航,这方面推进它整个产业化的进程。
从当下 2016 年到 2025 年,各企业都在各个方面提出了自己的一些发展目标和发展的
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里程碑。另外一个层面,互联网的企业现在也在积极参与整个汽车和交通智能化网联化的进
程,上汽和阿里开发互联网汽车已经逐渐面世,还有像凯翼、滴滴打车、专车这方面都在开
始努力。
可喜是在通讯这个领域,我们国家现在在国际上已经有了一些地位和发言权,原来我们
遵循一些国际的标准,中国的企业包括相关行业更多的是作为观察员的一种方式在参与。而
我们现在用于 LET—V 通信技术,逐渐形成我们国家的国际标准,所以这个也有可能成为第
一个中国版的车联网通讯系统。
二、智能控制在汽车上的应用
2.1 车联网的关键技术及研究进展
随着城市化进程的加速,汽车工业的高速发展,汽车已经成为城市交通系统中最重要的
组成部分。随之而来交通拥堵和环境污染已经成为城市交通系统中最亟待解决的问题之一,
极大的制约了我国经济发展。现行的管理模式已明显的落后于城市化进程,尤其是城市交通
系统的管理系统已与高速增长的车辆和城市化设施建设严重脱钩。作为物联网特殊模型的车
联网应运而生,车联网管理系统在智能交通中的应用能有效解决行车管理问题,对大力促进
我国经济建设有重要意义。车联网(IOV:Internet of Vehicle)是指人和车、车和车、车和路之
间信息交互,实现车辆与公众网络通信的多层面连接,不仅可以根据不同的功能要求对车辆
进行有效的导航与监管,还提供多媒体与移动互联网应用服务的一种网络,属于物联网的范
畴。
车联网作为物联网产业的一个重要分支已经成为一个研究热点 [1]。在现有车联网的深
入建设过程中,由于应用层的推进,传统的车联网逐渐向多个应用领域推进[2]。
车车通信是实现车联网的重要技术手段。为提高车车通信过程中汽车电子节气门的控制
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