智能网联汽车环境感知技术和现状

摘要：本文以智能网联汽车发展的核心技术——环境感知技术为研究对象，对其从单一传感器感知、多传感器融合感知到以车联网为基础的智能车感知技术进行了研究。基于对智能网联汽车环境感知技术的探索，笔者深入分析了雷达感知技术、车联网技术应用于智能网联汽车环境感知的现状和发展趋势。本项目的前期工作证明，将不同类型的传感装置引入到车联网中，并以此为基础实现对各种不同路面条件下的全息感知，这也是未来智能网联汽车环境感知的一个主要方向。

关键词：智能网联；汽车；环境感知技术

引言

智能网联汽车是一种配备了先进的车载传感器、控制器、执行器等的设备，其现代通信与网络技术进行了充分的结合，同时还具有复杂环境感知、智能化决策、自动化控制等功能，可以让车辆与外部节点之间实现信息共享与协同控制，可以综合实现安全、节能、环保及舒适行驶的新一代智能汽车。这是一种应用于道路运输行业的物联网技术。在工业化和信息化“两化融合”的背景下，发展智能汽车和智能运输技术，是“中国制造2025”的必然选择。随着车辆智能化、网联化的发展，也将在这一课题基础上，对目前国内外关于智能网联车辆的环境感知技术和发展进行深入的探讨。

一、智能网联汽车环境感知技术研究现状

作为一种集汽车、电子、信息、通信、控制等多学科为一体的智能网联汽车，其相关研究还处在初级阶段。当前，智能网联汽车面临的关键性技术难题是：对车辆状态和行驶环境进行有效感知；车辆运行状况的评估与决策；航迹规划问题；各种应用程序的安全与稳定；如何保证各种车载无线装置的频谱共存与EMC兼容；如何整合不同类型的车辆网络应用等等。

近年来，美、日、欧洲等多个国家在政策导向与研发投入的支持下，大力开展了跨界协同技术研发、测试与验证、测试环境建设与智能网联产品研发。中国虽然起步比较晚，但是在“863”项目“ITS关键技术研发与示范工程”和“NSFC”的资助下，对“ITS”、“智慧交通”等领域进行了深入的研究。通过对智能网联汽车的不断的探索与研究，国内外已在环境感知、自主决策、协同控制、通信和测试评价等方面取得了重要的技术突破。智能汽车的运行依赖于对自身状态和周围环境的感知，而汽车感知技术是汽车智能化发展的核心环节，其提升将推动汽车智能化水平的提升。从二十世纪五十年代以来，人们一直在研究汽车的智能化和无人驾驶技术，在过去的60多年里，汽车对汽车的状态和行驶环境的感知经历了从单一传感器到多传感器的融合感知。如今，车联网技术的出现，使得信息在车、车、路、人与互联网之间的传递，为智能汽车感知行驶环境提供了新的途径。

二、智能网联汽车环境感知技术研究分析

（一）单一传感器的智能汽车感知技术

20世纪80、90年代以来，随着传感器技术的不断发展，雷达、超声波等越来越多的传感器被运用到车辆中。首先是雷达感知，雷达感知主要是利用激光、微波、声波等手段，获得汽车周围的2D或3D空间位置信息，然后根据距离或速度的变化，实现对汽车周围环境的感知。该方法可获得目标的2D或3D距离信息，且对光照环境的改变不敏感，具有很好的应用前景。目前广泛使用的是毫米波雷达和激光雷达。毫米波雷达具有高精度的视向测距、测速等优点，能够利用多个收发信道同时获得附加的角度信息。在极端温度，恶劣的光照条件或气象条件下，该算法表现出较强的抗干扰能力。雷达被认为是很多辅助驾驶软件中最具发展潜力的一种。近年来，车载雷达逐渐成为车辆主动安全与高级驾驶辅助系统中的关键部件。

其次是毫米波雷达，毫米波雷达是目前国际上广泛使用的一种毫米波雷达，其主要功能包括：自适应行驶控制、倒车侧边预警、换道辅助等。在毫米波雷达中，毫米波雷达被广泛地应用于各种场合。在毫米波雷达中，毫米波雷达被广泛地用于各种场合。机载毫米波雷达一般分为近距离、中距离和长距离三种，它们各自针对不同的应用场合。短程雷达（SRR）可实现对周围车辆、障碍物、泊车辅助等情况的感知，多安装在车辆侧面，通常用来对车辆后方进行监控，也可与前向雷达进行辅助。中程雷达（MRR）是一种中程雷达，主要用于CTA（CTA），辅助驾驶员安全驶离停车场。远程雷达（LRR）适用于对正向视场要求较高的情况，主要用于自适应巡航系统（ACC）以及防撞等安全领域。

最后是激光雷达（LiDAR），其能够探测到路面上的其它车辆、行人和障碍物，并能对道路边缘进行识别，具有较高的侧向分辨能力。最初的激光雷达系统非常贵，每一组的价格都在8万到10万美元之间。高昂的成本限制了车载激光雷达的实际应用。目前，许多公司都将精力放在了廉价的高性能激光雷达上。例如，德尔福公司将和美国Quanergy公司共同研发一套新的自动驾驶车辆的激光雷达系统，其价格在1000美元以下。2015年，美国加州伯克利大学的一支科研团队宣布，他们开发出了一种新的激光技术，这种技术可以解决LiDAR复杂的设计和昂贵的造价问题，为未来的无人机提供一种廉价的无人机。今年，Quanergy发布了一款号称全球首个固体激光雷达S3，它的价格非常便宜。价格低廉的激光雷达进入市场，必然会让它成为无人驾驶汽车的“眼睛”。

（二）车联网技术的智能环境感知技术

在城市复杂的车流环境中，车辆采用的雷达、视觉、激光雷达等多种传感器，在车辆行驶过程中也会出现“盲区”，且存在着“时空纵深”不足的问题。就拿谷歌的无人驾驶汽车来说，即使使用了LiDAR系统，将车载毫米波雷达和多种摄像头结合在一起，也只有200-300米的距离。由于缺乏对车辆本身的感知，使得车辆在行驶过程中无法实现对车辆的有效感知，从而限制了车辆的进一步发展。

车联网技术的兴起，使信息在车车、车路、车人及车与互联网之间进行了交换，为提升车辆感知能力提供了新的科技手段和思路。车联网是一种以车内网、车际网和车载移动互联网三网合一的动态网络。遵循约定的通信协议和数据交互标准，在车、路、人与互联网之间展开无线通信和信息交换，以实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的集成网络。以车联网为基础的智能汽车信息感知技术，是一种通讯感知技术，它可以获得其它传感器很难获得的宏观行驶环境，可以实现车与车之间的信息共享，并不会受到外界干扰的影响。

结束语

总之，针对智能网联汽车环境感知技术的研究任重而道远，基于其现状发现问题，并对信息融合的智能网联汽车感知技术进行持续探索具有深刻意义。所以，还应智能汽车配置的多种不同传感手段进行研究，并采集车辆周围环境中各种形态的信息，从而利用多信息融合的方式来感知行驶环境，并使得智能汽车具备了良好的环境适应性，这样才能够更好地为其安全、快速地进行自主导航和不断发展提供可靠的保障。

参考文献

[1]李鑫.面向汽车智能驾驶的毫米波雷达建模与仿真研究[D].长春：吉林大学，2020．

[2]蔡勇，李秀文.智能网联汽车测试评价体系研究[J].中国汽车，2018（10）：27-33.