车联网在无人驾驶技术中的运用

摘 要随着大众交通工具的不断更新换代，二十一世纪以来汽车作为人们的重要代步工具也不断地进步，在满足基本动力，外观和其他功能的条件下，人们将更多高新科技与汽车技术越来越多地结合，而无人驾驶技术技术就是现在乃至未来汽车发展的重要方向。车联网作为无人驾驶技术的重要组成部分，是横跨多领域多学科的课题，与智能交通、辅助驾驶、主动安全和智能车辆息息相关。本文将对无人驾驶技术发展概况进行简单的总结，对车联网的特点和应用做出一定的分析，并介绍其在无人驾驶领域中的应用，最后对车联网和无人驾驶技术融合及后续发展做出展望。

【关键词】智能汽车 无人驾驶 车联网

1 无人驾驶技术

1.1 无人驾驶汽车发展概况

从长远的趋势来看，汽车发展的趋势是实现自主驾驶，而无人驾驶作为自主驾驶的一种重要的实现形式，是未来智能交通的构成基石。在广义上，无人驾驶汽车是在网络环境下用计算机技术、网络通信技术和智能控制技术主导其运行的汽车，是有着汽车外形的移动机器人。因此，无人驾驶汽车也被称为自动轮式移动机器人。它是指在没有驾驶者输入的情况下，通过车载传感器感知周围环境，并根据所实时的路况信息，依靠车内的智能计算机系统为主的智能驾驶装置控制动力传动装置实现驾驶功能。它具有整个道路环境中所有与车辆安全性相关的控制功能，不需要驾驶员对车辆实施任何认为操纵。

20世纪七十年代，以美国为主导的发达国家已经开始进行无人驾驶的研发工作。20世纪，已经产出可以人为远程操纵的无人驾驶汽车，并通过相关的测试。近几年随着互联网和控制技术的不断进步，一些科技公司开始着手无人驾驶技术的研究，例如美国谷歌和特斯拉公司，它们使无人驾驶汽车越来越智能化，已经很接近可以量产的模型。

1.2 无人驾驶技术的组成

作为一个复杂的智能系统，无人驾驶技术涉及到多个功能的融合，而其中几个重要的内容如下：

1.2.1 汽车体系结构

在传统汽车体系中，汽车主体结构是一个系统的“骨架系统”，无人驾驶技术中的汽车体系决定了系统软硬件的组织原则、集成方法及支持程序。

1.2.2 外界环境感知与识别

无人驾驶汽车的环境感知系统利用各种传感器对环境进行数据采集，获取行驶环境状况同时对获得的信息进行处理。环境感知系统的主要功能是将本车和周围障碍物的位置、相对距离和相对速度信息提供给汽车中的计算机处理系统，从而为汽车的后续反应提供支持。

1.2.3 定位导航系统

在无人驾驶汽车行驶的过程，汽车的位置、行驶方向、速度、姿态等多种信息由定位导航系统获得，可以不折不扣地说，定位导航系统是无人驾驶技术的基石。定位导航技术种类繁多，常用的定位导航技术卫星导航技术、惯性导航技术、航迹推算技术、路标定位技术、地图匹配定位技术和视觉定位技术等。实际操作中，通常将两种及两种以上的导航系统综合使用，以便获得更好的性能。

1.2.4 路径规划

路径规划是指在给定出发点和目的地的情况下，无人驾驶系统自动获取一条无障碍、能安全到达并且高效出行的有效路径。路径规划第一步先建立交通环境地图，随后是调用规划算法搜索可行的路径。

1.2.5 运动控制

计算机计算好路线之后，通过实时的反馈算法对汽车的运动做出控制。

1.2.6 车辆一体化设计

2 车联网技术

2.1 车联网概述

广义上，车联网就是车与一切事物联系的网络（Vehicle To X），通過车辆自组网及多种异构网络之间的互联，实现车与车、车与其运行的道路设施、车与云端以及车与家之间的互通互联，从而实现交通管理的智能化和车辆智能化，并能为驾驶者提供动态信息服务的泛在网络。车联网系统由车内网和车外网构成，汽车本身自有的车载网络叫车内网如CAN、LIN、MOST等网络，而车外网则包括车载移动互联网和车载自组网。

车联网由感知层、平台层和应用服务层三层组成。第一层为感知层，也就是我们所说的端，即通过车载终端上的RFID、雷达、摄像头等传感器感知车辆信息及状态；第二层为平台层，也就是管，即车辆与一切事物之间的互联互通；第三层是服务层，即通过云平台实现车辆与交通信息的管理、应用程序的管理及分发、数据的储存、大数据分析与处理、并为交通参与者提供相应的服务。车联网的研究，需要以道路交通为基础，始终围绕车辆来进行，车辆的运行有两个环境：一个是车外的运行环境，另一个是车内的驾驶环境，如果脱离这两者，就不是真正的车联网。

2.2 车联网的工作原理

车联网是以车辆为核心，进行道路利用率、道路安全等项目的综合研究，车辆在移动的过程中通过多种无线通信方式实现车辆与一切相关事物的相连。因此，车联网必须具有移动性、无线性、及时性和稳定性等特点。

车载终端、道路基础设施通过无线通信方式构成一种车载自组织网络VANET，通过无线通讯链路传输数据，实现车与车、车与路以及车与人之间的通信，通过道路基础设施与网络的连接实现道路基础设施与云端的双向通信，通过接入2G/3G/4G/LTE等移动网络，从而使车辆具备访问互联网的能力，实现车与云端的双向通信。车联网的具体工作原理如图1所示。

车载终端利用总线技术，通过ECU读取各个单元的传感器数据，并进行控制，从而实现车内通信，通过卫星定位模块和各种传感器读取车辆运行环境及位置信息，通过无线通信模块和附近的车辆、路侧建车载自组网，实现车辆与车辆之间的通信、车辆与路侧之间的通信，通过移动通信模块接入互联网，实现车辆与云端及家的互联互通。路侧通过移动通信模块接入互联网，向云端提供所覆盖区域的交通状况，并从云端获得交通信息，通过无线通信模块和其覆盖区域的车辆组建车载自组网，并将交通信息发送给网内的车辆。云端实时向车载终端或道路基础设施推送交通信息和车辆有关的服务信息，并选择性地推送其它相关信息。

2.3 车联网的关键技术

车联网是一个复杂的系统，一般由车载终端和道路基础设施、传输网络、云平台组成。车联网的用户需求多样，业务逻辑复杂，且涉及不同的技术领域。因此，要实现真正的车联网，则要实现以此三要素为中心的关键技术。

车联网用到的主要技术有数据采集技术、车载操作系统、语音识别、无线通信技术、车载网络技术、云计算技术。

3 车联网在无人驾驶技术中的运用

3.1 驾驶辅助技术

先进的驾驶辅助技术是通过安装在车辆上的各类传感器，对外部环境辨识、侦查，对比车辆运行状态，并分析出周围环境可能会带来的风险，能够在危机的环境中辅助驾驶者工作，或者在无人驾驶技术中提供给驾驶系统足够的信息。驾驶辅助系统就是为车辆打造一套触觉和视觉系统，视觉系统让车辆具备对物体关键特征和轮廓的辨别能力，能对车辆周围的环境进行感知，辨别出周围的人、车、道路、交通标志及障碍物。

常见的驾驶辅助系统包括车道偏离报警系统、车道保持辅助系统、自适应巡航系统、防碰撞系统、夜视系统、盲点检测系统、交通标志识别系统、倒车辅助系统、刹车辅助系统。

3.2 车联网主导的驾驶辅助系统

驾驶辅助是无人驾驶的基础阶段，只有在驾驶辅助阶段打好基础，通过自适应巡航、车道偏移报警、车道保持辅助等技术，为驾驶者在复杂的车辆操纵过程中提供辅助和补充，才能逐步地实现半自动驾驶、高度自动驾驶，最终在整个驾驶过程中无需驾驶者监控而实现真正的无人驾驶。

对于无人驾驶车辆，在上路行驶之前，先要根据目的地和出发地对车辆的行驶路线进行路径规划，然后才能进行行驶。行驶过程中车辆需要适应城市道路、环岛、立交桥及高速道路等复杂的混合路况，根据各种传感器感知车内、车外信息及实时道路路况，结合高精度地图，通过车载计算机对交通标志和信号进行解析，预测车辆周边其他交通工具和行人的行为和意图，从而做出适合路况的行车决策和路径的动态规划及车辆驾驶辅助功能。

在整个行驶过程中，车辆除了通过各类传感器感知车外的道路状况、确保安全行车之外，还需要不断地获得前方道路的交通流量状况，以作路径的动态规划。车辆实时获取路况信息时就需要车辆与道路基础设施的通信，例如收费站无人收费、无人停车场等。为保证行车安全，一旦前方车辆发生交通事故还需要通过车辆与车辆之间的通信及时通知后方车辆，避免发生后续的危险。另外，车辆需要獲取实时的天气信息，提醒行人等，这一切都离不开车联网。

4 车联网在无人驾驶中未来的发展

车联网及无人驾驶在各个方面都有着跨越性的优势。首先，无人驾驶的普及将大大降低交通事故和交通拥挤发生的频率，为此可能挽救数百万人生命。次之，无人驾驶将大大解放人们的双手，驾驶员可以在驾驶空间内做其他任何事情。最后，随着资源短缺和环境污染问题日益严重，无人驾驶可以提高人们的交通出行效率，从而在节能减排方面做出更大的贡献。

随着工业技术的不断变革，车联网技术变得越来越成熟，从而使智能化的无人驾驶技术变的触手可及。在未来，通过车联网的不断改进和更新，无人驾驶技术将真正实现车与车、车与路侧、车与人、车与云端的互通互联，并且驾驶辅助技术也将对无人驾驶汽车所大大优化，并应用于各种无人驾驶汽车中。在车联网得到全面应用后，随着厘米级、毫米级地图的不断完善，汽车最终实现无需驾驶者监控的自动行驶，未来可量产的无人驾驶汽车将彻底改变我们的生活。

参考文献

[1]陈慧岩，熊光明等.无人驾驶汽车概论[M].北京理工大学出版社，2014（01）：9-12.

[2]孟为.零部件的车联网方向[J].汽车商业评论，2015（03）：118-12.

[3]李兆荣.跨界生长：车联网在进化[M].电子工业出版社，2016（01）：20-27.

作者简介

姚昊洋（1998-），男，回族。

作者单位

呼和浩特市第一中学 内蒙古自治区呼和浩特市 010030