浅析新能源电动汽车竞赛预留L4自动驾驶功能研究

郝坚

摘 要：据专家预测自动驾驶汽车在预测在2030年出现拐点，2040年主导市场，到2050年自动驾驶技术将占领百分之九十以上的市场，市场份额庞大，汽车智能化，共享化趋势已成为行业共识。如何在行业内脱颖而出，需要学校和汽车研究企业有超前的前瞻性，眼光，市场定位准确，目标主体明确。

关键词：新能源 自动驾驶

Analysis on the Research of Reserved L4 Automatic Driving Function for New Energy Electric Vehicle Competition

Hao Jian

Abstract：According to expert predictions， autonomous vehicles will have an inflection point in 2030， lead the market in 2040， and occupy more than 90% of the market by 2050. The market share is huge， and the trend of intelligent vehicles and sharing has already become the industry consensus. How to stand out in the industry requires schools and automotive research companies to have a forward-looking vision， accurate market positioning， and clear target subjects.

Key words：new energy， autonomous driving

1 自动驾驶等级介绍

在振兴杯赣鄱工匠大赛中，新能源汽车智能化是其中项目之一。中国制造2025引导机械制造加工更新升级，智能制造势不可挡，突破汽车制造工业弯道超车。汽车的智能化就是实现车联网，自动驾驶等功能。未来汽车将越来越智能。 汽车企业如果想在行业内站稳脚跟，必须具有超强的预测能力。时代是不断变化进步的，我们的思维也需要同步成长。无论何时都需要有危机意识，不要害怕改革，创新，只有一直有新的思路，创新，超前的研究与预留能力，超强的切换能力，才能在需要的时候随时可以应对市场突变，不会打无准备的仗。

自动驾驶分为6个等级，分别是L0，L1，L2，L3，L4，L5，L6，等级从低到高，越智能等级越高，难度系数越大，对地图的准确性，传感器的灵敏度，信号的接收速度等都要有超级精准的判断。

1.1 L0级自动驾驶

初级的人工智能为L0级，也叫人工驾驶，这个基本是与目前正在使用的驾驶汽车相符，转向，加减速都是驾驶员，对环境的的观察也是需要驾驶员来完成。

1.2 L1级自动驾驶

也称为辅助驾驶，在对转向与加减速进行控制时，驾驶员可以通过智能辅助系统的帮助一起完成操作，L2级别的自动驾驶对环境的监测还需要驾驶员亲自观察，这个级别的系统在检测方面无法代替人工。L2这个级别的自动驾驶在对转向与加减速进行部分控制时，也只能是应对部分工况，不能应用在所有的工况上。

1.3 L2级自动驾驶

也称为半自动驾驶，这个级别的自动驾驶功能一小部分代替了驾驶员的操作。在限定的高速场景可以对需要的车子进行转向，加速，减速时都可以用自能驾驶系统代替人工来进行操作。定速巡航功能就是在高速当你把你的车辆设置好一个速度时，当前方的车辆低于你的车辆速度时，你的车辆会自动减速，保持安全的跟车距离，当前车远离超过监测范围之后，你的车辆会重新加速到设定好的速度。

1.4 L3级别的自动驾驶

也稱为高度自动驾驶，在对汽车进行转向，加速，减速时可以由系统来代替驾驶员，并且系统还带有环境监测功能，对周边环境的检测也可以由系统替代来完成。但是在应对激烈驾驶时还是需要驾驶员来控制汽车，这种极端的情况系统无法完全替代人工。这里需要说明的是要实现L3级别的自动驾驶需要在限定的高速场景有自动驾驶高清地图，从目前量产的高清地图来看，很多地方还未能实现。

1.5 L4级别的自动驾驶

也称为超高自动驾驶，这个等级的自动驾驶技术可以实现除一些复杂的道路路况之外的完全自动驾驶。比如在堵车的路况下，这个级别的智能驾驶可以实现自动跟住前面的车，还可以实现封闭道路内的自动驾驶，系统可以打转向灯自动变换车道。当然人们最关心的自动泊车功能在这个级别的智能驾驶条件下是完全可以实现的。

1.6 L5级别的自动驾驶

也称之为全自动驾驶，全自动驾驶顾名思义就是完全用智能系统代替驾驶员，可以理解为全自动驾驶不需要驾驶员。这个级别的智能驾驶在转向加减速操作时完全用系统进行控制，不论应对任何环境，任何工况都是由系统操作完成驾驶。无人驾驶主要有两大领域，一个是高速公路，一个就是城区道路。高速公路主要是匝道，变道，超车等场景。

2 预留L4级别的自动驾驶需做的研究

需要预留4级别的自动驾驶功能， 需要研究如下功能来实现，要研究L4功能首先第一个就是要研究线控转向功能。线控转向功能需要研究转向控制，转向反馈，公共接管，越界处理。

2.1 线控的含义

通过总线发送的控制指令，使得相应的执行机构按照指令要求动作;

2.1.1 线控转向性能要求的名词解释

目标角度（θtarget）是指通过CAN总线发送的转角指令，以正负号区分左转还是右转;

实际反馈角度（θreal）是指方向盘（或转向传动装置上）安装的转角传感器测量并通过CAN总线反馈的方向盘转动角度;

最大超调角（Δθ1）是指方向盘转动过程中实际反馈角度超过目标角度的最大角度值;

最大角度誤差（Δθ）2是指方向盘转动实际角度达到目标角度时允许存在最大误差;

转动响应延迟时间（ΔT1）是指CAN总线上开始发出目标角度指令的时刻到接收到实际反馈角度开始产生变化的时刻之间的时间差;

转动执行时间（ΔT2）是指实际反馈角度开始产生变化的时刻与反馈角度第一次达到目标角度时刻之间的时间差;

超调时间（ΔT3）是指反馈角度第一次达到目标角度时刻与反馈角度第一次达到最大角度误差要求时刻之间的时间差;

2.1.2 线控驱动功能的响应延迟时间是指线控指令发出时刻到观测到车辆速度发生变化的时刻之间的时间差

2.1.3 为了方便传感器的安装，优选无天窗配置车辆

2.1.4 车辆需为车载计算平台提供必要的散热条件，具体方案需根据计算平台和车辆情况制定

2.2 线控转向功能介绍

（1）转向控制，转向控制功能需求为对方向盘在全速度（0-130kph）下的转向接口控制最大转动角度设置范围为0MAX，最大的超调角为：Δθ1： [0，6]：0.6;（6，66]： θtarget×15%;（66， θMAX]：10;转动执行时间ΔT2： Max（200，1.25*θtarget/θtarget）ms，信号的分辨率为1deg。转向控制方向盘时方向盘的转动速率设置范围θtarget：0～500deg/s，信号的分辨率为1deg/s。

（2）转向反馈，对转向控制设定好之后转向会对方向盘的转角，方向盘转速，转向驾驶模式，故障信息等进行反馈，此时对方向盘转角的信号分辨率设定为0.1deg，对方向盘转速的信号分辨率设定为1deg/s

（3）人工接管，当驾驶员施加在方向盘上的扭矩超过该门限值（比如2Nm～4Nm）且达到一定时间后，转向控制切换到人工驾驶模式，退出线控转向自动驾驶模式后，转向使能上升沿触发再次进入线控转向自动驾驶。

（4）越界处理，越界拒绝执行，并退出自动驾驶模式。

2.3 线控驱动功能

自动驾驶控制器发送加速度请求给VCU;VCU接收自动驾驶控制器的加速度控制请求进行车辆加速度控制，并反馈实际加速度给自动驾驶控制器。

2.4 线控制动功能

制动系统能够响应自动驾驶的制动请求，EPB能够响应自动驾驶或者制动系统的驻车请求。制动线控接口为减速度接口，最大减速度不小于8m/s2，制动减速度精度为0.05 m/s2。制动系统响应时间TTL《170ms斜率：最大减速度斜率25m/s3。制动系统保压时间不小于5min。EPB要具备行车制动功能，行车过程中，如果制动系统故障，EPB可以满足行车制动。制动和驻车系统能判断人工干预，满足制动及驻车的法规要求，制动冗余备份。

2.5 线控档位功能

1.SCU接收自动驾驶控制器档位需求，判断条件满足后发送需求档位请求给VCU，VCU根据档位切换逻辑进行档位切换（满足所有挡位的线控请求），SCU增加与自动驾驶控制器握手逻辑，以便在人工干预情况下能快速响应驾驶员换档需求。自动驾驶控制器和SCU进行握手，握手成功后发送档位请求给SCU，同时接收VCU的实际档位信号用于判断档位切换成功的状态，能判断人工干预。

2.6 线控驻车功能

线控驻车，能完成行车制动和驻车的线控请求。性能要求满足国家法规，能判断人工干预。

2.7 线控灯光功能

BCM满足洗涤控制、喇叭控制、门锁控制，灯光控制、防盗的线控请求。并反馈控制信号给自动驾驶控制器。

2.8 计算平台及传感器供电功能

DCDC提供额定600W用电，峰值1000W，供电电压12V.有电源冗余。

2.9 其他功能

远程启动功能：通过后台直接启动车辆至ready状态。自动驾驶系统接on档电，自动驾驶系统上电后启动自动驾驶。远程下电功能：响应自动驾驶系统或者远程驾驶平台发出的下电功能，并完成锁车。

3 实现L4自动驾驶需增加的模块

需要实现L4自动驾驶，需要增加GPS接收卫星定位信号，激光雷达用于探测障碍物位置与方位，超声波雷达用于测距，毫米波雷达，主要用于测速，摄像头（三个，main，narrow，wide）用于探测车道线，障碍物等，PP7，用于接收信号以及测量各向加速度，MDC是控制器。

4 结语

智能驾驶是未来的趋势，把娱乐和信息引入汽车生活是人之向往。研究智能驾驶将促进汽车制造产业的进一步发展，同时也面临着很多安全问题。所以需要一批又一批的学校和汽车相关企业去研究，投入，设计更先进，更精准的人工智能技术，用科技去突破一个又一个难关。

参考文献：

[1]余贵珍，周彬，王阳，周亦威，白宇.自动驾驶系统设计及应用 清华大学出版社.2019.12.01.

[2]李俨，曹一卿，陈书平，杜志敏.5G与车联网.中国工信出版集团.2019.02.01.

[3]王健，徐国艳，陈竞凯，冯宗宝.自动驾驶技术概论.清华大学出版社.2019.12.