汽车智能化技术现状及发展方向、存在问题的研究报告

汽车智能化技术原理学院：机电工程学院专业：机械工程班级：硕士1606班姓名：钱树生学号：163712160指导教师：胡均平日期：2016.12.06-1-汽车智能化技术现状及发展方向、存在问题的研究报告钱树生(中南大学机电工程学院，湖南，长沙，410000)摘要：随着IT行业与互联网技术的发展，在工业4.0的时代，汽车作为现代人类出行的重要交通工具，人们对其智能化水平的要求也越来越高，智能汽车应运而生。智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，本文介绍了国内外汽车智能化技术的现状，探讨了智能汽车所面临的挑战及技术难题，并对汽车智能化技术未来的发展方向进行了展望与探讨。关键词：智能汽车；技术现状；挑战；发展方向中图分类号：U463文献标识码：AResearchofthestatusquo,developmentdirectionandproblemsofintelligentvehicletechnologyQIANshusheng(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,ChangshaHunan410000)Abstract:WiththedevelopmentofITindustryandInternettechnology,intheeraofindustrial4.0,thecarasanimportantmeansofmodernhumantransport,whoselevelofintelligencerequirementsarealsogettinghigherandhigher.Intelligentvehicleisasetofenvironmentalawareness,planninganddecision-making,multi-levelauxiliarydrivingandotherfunctionsinanintegratedsystem.Thispaperintroducedthecurrentsituationofdomesticandinternationalautomobileintelligenttechnology,discussedthechallengesandtechnicalproblemsofintelligentautomobile,andprospectedthefuturedevelopmentdirectionofintelligentvehicletechnology.Keywords:intelligentvehicle;technologystatus;challenge;developmentdirection0引言随着人们对安全、节能、环保意识的加强，人们生活节奏的加快以及生活水平的提高，人们对智能产品的要求越来越高。而汽车作为现代人类出行的重要交通工具，它的智能化水平自然就成了人们普遍关心的问题[1-3]。当前,全球汽车行业正处在工业4.0时代的初始阶段,如图1所示，以智能制造为主导,通过充分利用信息通讯技术、网络空间虚拟系统和信息系统相结合的手段,逐步推动着传统汽车业向自动化和智能化不断转型。2图1工业化背景下汽车的发展图2智能汽车的出现在“中国制造2025”规划中[4],节能汽车、新能源汽车和智能网联汽车被列为未来十大重点发展领域之一,这为我国传统汽车企业的转型升级提供了前所未有的发展机遇和技术挑战。近年来,随着电子信息领域新技术的发展,物联网、云计算、大数据、移动互联等新技术正在向传统的汽车行业渗透。与此相关的智能汽车、车路协同、出行智能化、便捷服务、车联网等,都已成为目前的发展技术热点,并且正在引起行业的巨大变革。与此同时,由汽车造成的能源消耗、环境污染、道路安全以及城市道路拥堵等问题[5-7],也逐渐引起社会的关注而传统的建设道路交通设施、实施限号交通管制等方法,已经无法满足现代社会的用车要求,智能汽车的提出也为解决以上问题提供了一条可行的途径。1智能汽车定义所谓“智能汽车”，就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、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[8]，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是车联网、人工智能及自动控制等技术的融合[9]，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术。简单来说，所谓智能汽车，就是在网络环境下，基于现代传感、信息融合、数学算法、微电子、计算机、自动化、人工智能和通信等技术的完美物流机器。2国外智能汽车技术现状早在20世纪70年代,美欧等发达国就已经开始进行无人驾驶智能汽车的研究,进入21世纪后,智能互联汽车的“辅助驾驶技术”和“半自动驾驶技术”已经得到广泛应用,并成为提升汽车档次和市场竞争力的重要手段[14]。辅助驾驶技术包括自主式辅助驾驶技术和协同式辅助驾驶技术两种,通过警告让驾驶员防患车祸于未然。美国高速公路安全管理局(NHTSA)将智能汽车划分了五个层次[15],即无智能化、具有特殊功能的智能化、具有多项功能的智能化、具有限制条件的无人驾驶和全工况无人驾驶,如图3所示。每一个层次的内涵3主要包括:(1)无自动驾驶(Level0):完全由驾驶员时刻操控汽车的行驶,包括制动、转向、油门以及动力传动。(2)具有特定功能的自动驾驶(Level1):该层次汽车具有一个或多个特殊自动控制功能,例如电子稳定性控制(ESC)、自动紧急制动(AEB)等,车辆通过控制制动帮助驾驶员重新掌控车辆或是更快速的停车。(3)具有复合功能的自动驾驶(Level2):该层次汽车具有将至少两个原始控制功能融合在一起实现的系统（如自适应巡航控制与车道保持融合一体）,完全不需要驾驶员对这些功能进行控制,但驾驶员需要一直对系统进行监视并准备在紧急情况时接管系统。(4)具有限制条件的无人驾驶(Level3):该层次汽车能够在某个特定的驾驶交通环境下让驾驶员完全不用控制汽车,而且可以自动检测环境的变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式,驾驶员无需一直对系统进行监视,可称之为“半自动驾驶”。目前,谷歌无人驾驶汽车基本处于这个层次。(5)全工况无人驾驶(Level4):该层次系统完全自动控制车辆,全程检测交通环境,能够实现所有的驾驶目标,乘员只需提供目的地或者输入导航信息,在任何时候都不需要乘员对车辆进行操控,可称之为“全自动驾驶”或者“无人驾驶”。图3智能互联车辆的定义与分级在美国、欧洲、日本等汽车发达国家和地区,基于车联网V2I/V2V技术的协调式辅助驾驶技术正在进行实用性技术开发和大规模试验场测试。半自动驾驶技术在高端车上逐渐获得应用,比如已经获得广泛应用的自适应巡航控制系统ACC[16]。世界汽车巨头们正致力于“高度自动驾驶技术”的实用化研发和产业化,即将实现量产上市。沃尔沃将率先量产了全球第一个自动驾驶技术——堵车辅助系统，该系统是自适应巡航控制和车道保持辅助系统的集成与延伸,它可以使汽车在车流行驶速度低于50km/h的情况下,自动跟随前方车辆行进。此外,奥迪、凯迪拉克、日产、丰田等都计划推出诸如自动转向、加减速、车道引导、自动停车、自适应巡航控制等技术的汽车,它们大多属于高度自动的智能驾驶技术。德国大众在现在最新的迈腾轿车上运用了FSI技术[21]，也就是缸内直喷，通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒，解决了传统的缸外预混气在进气管壁的燃料残留问题，既提高了发动机的动力性能，又节省了燃料。随着对能量再利用的兴趣增加，更多的智能化技术不断出现。2009年的F1比赛出台了新规定，每辆赛车上必须装备有KERS（KineticEnergyRecoverySystems），也就是动能回收系统。它的原理是通过储存4赛车在制动时产生的能量并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用。这套系统是由车载的ECU程序控制机械结构动作，从而控制能量的传递方向。依靠这套系统赛车可以得到82匹马力的动力提升。这套系统现在也已经在个别轿车上得到了应用，新一代的宝马M5和丰田的某些试验车型已经装备该系统，相信KERS系统在普通轿车上的使用会逐渐推广。沃尔沃公司并不满足于此，他们的目标是“0”伤亡[22]。沃尔沃先后研究了自适应巡航控制系统（ACC），盲点信息系统（BLIS），距离警示系统(DistanceAlert)，车道偏离警示系统(LaneDepartureWarning)，碰撞警示系统(CollisionWarningwithAutoBrake)等。最近，沃尔沃宣布了他们的最新研究成果：避免驾驶者分神与疲劳驾驶新系统——驾驶员警示控制系统(DriverAlertControl)。这套系统能够记录汽车在道路上的行驶情况并向注意力分散的司机发出警示，避免或减少疲劳驾驶事故的发生。此系统由摄像头、传感器和控制元件组成。摄像头检测汽车与道路标识之间的距离变化，传感器检测汽车的运动数据，然后分别将数据传给ECU，通过程序分析和判断，如果确实偏离主航道，ECU会给控制元件发出信号，汽车将会给司机声音警示，并且会提醒让司机进行休息。降低发生车祸的可能性。相信在不久的未来，这些先进的系统将会装备在新一代的沃尔沃轿车上。3国内智能汽车技术现状从2014年开始我国的汽车已经在全球消费类电子展中占有非常重要的地位。在互联网+的大背景下，智能汽车市场也正在成为人们眼中的下一个风口[23]，无论是从产品的角度还是从产业链的角度，智能化发展更将为我们汽车产业带来前所未有的一种大的变革和机遇，使汽车本身、汽车产业和汽车企业都发展到一个重要转变的当下。当前，我国的汽车产业有三个重要的转变的特点。第一个转变就是汽车本身由过去以往的功能型车向智能型车转变，汽车的智能化将促使汽车的功能和使用场景发生变革，智能驾驶、互联将使人们的智慧出行成为一种全新的生活方式，智能汽车带来的不仅是人们双手的解放，它带给人们将是更广阔的生活空间。第二个转变是汽车产业由单纯的制造业向汽车生态产业链转变，智能互联汽车时代到来改变的不仅仅是一个产品的本身，而是整个汽车产业链，或者说是整个汽车产业的生态，智能汽车通过车载传感系统和信息终端实现人、车、路和连接设备的信息交换，从而将人、车、社会三者紧密地联系在一起，所以汽车产业将来不再是一个单纯的制造业为主的产业。第三个转变是汽车企业由原来传统的重资产、重规模向重服务转变，汽车智能化将促使整车企业的运营模式发生变革，汽车行业百年来的传统重资产、重规模，这种传统理念将被彻底打破，为客户提供全方位的出行服务，将成为车企之间竞争以及盈利的重要手段。在智能汽车的研发上，我国面临的问题是关键的、共性的、核心技术的缺失，关键零部件长期被国外大企业所垄断，更让我们忧虑的是国外几乎所有的整车企业都在智能化研发与应用方面投入巨资，前瞻布局，而世界级系统的供应商甚至先于我们这些整车企业开展了汽车智能化方面的研发。除5了汽车企业外，同样大家都知道，像谷歌、苹果这样的IT巨头，现在也加入了智能汽车的开发行列，对于部分发达国家而言，智能汽车实现产业化。基于互联网思维，我国在推进汽车智能化发展方面也有了不少大胆的尝试。例如北汽努力的方向主要有两个，一个是智能驾驶，一个是互联服务[24]。智能驾驶就是汽车上越来越多的、应用电子电器技术，把汽车真正地变成装在四个轮子上的电脑，从而最终实现智能驾驶系统，能够完全接管车辆控制及无人驾驶。目前北汽已经和相关在京的几个高等院校、科研院所联合开展合作，对无人驾驶技术进行前期的研究和探索，作为北汽集团新技术研究院的工作重心之一就是针对未来汽车向智能、节能和环保发展的三大趋势，围绕智能化与电动化的结合，助力整车业务，打造智能化新能源汽车。互联服务就是通过互