智能汽车的概念、架构、发展现状及趋势

  “电动化、智能化、网联化”被认为是汽车产业技术发展的三大趋势。智能汽车的完整概念是什么?在智能汽车领域,IT巨头与汽车企业的技术路线有哪些不同?谷歌研发的无人驾驶汽车能否快速进入普通消费者的家庭?智能汽车能否解决诸如安全、节能、环保等交通领域的重大问题,又会给我国汽车企业带来哪些机遇与挑战?

  本文作者为中国长安汽车集团科技与管理信息化部副总经理孔凡忠,以及清华大学汽车工程系主任李克强,他们系统梳理了这些问题,车云菌分上下两期刊登。

  美国电气和电子工程师协会(IEEE)预测,本世纪中叶前,无人驾驶汽车将占据全球汽车保有量的75%,汽车交通系统概念将迎来变革,交通规则、基础设施都将随着无人驾驶汽车的出现而发生剧变,智能汽车可能颠覆当前的汽车交通运输产业运作模式。近日,汽车行业著名咨询机构IHS发布预测报告称,“通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车”,其发展速度正在赶超纯电动汽车,2025年左右将走进寻常百姓家,2035年销量将达到1180万辆,占同期全球汽车市场总销量的9%。以往在科幻大片中才能见到的无人驾驶汽车似乎离我们的现实生活越来越近了。

  

 

  一、智能汽车的概念与体系架构

  1、智能汽车的概念

  所谓“智能汽车”,就是在普通汽车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,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。

  从发展的角度,智能汽车将经历两个阶段。第一阶段是智能汽车的初级阶段,即辅助驾驶;第二阶段是智能汽车发展的终极阶段,即完全替代人的无人驾驶。美国高速公路安全管理局将智能汽车定义为以下五个层次:

  (1)无智能化(层次0):由驾驶员时刻完全地控制汽车的原始底层结构,包括制动器、转向器、油门踏板以及起动机。

  (2)具有特殊功能的智能化(层次1):该层次汽车具有一个或多个特殊自动控制功能,通过警告防范车祸于未然,可称之为“辅助驾驶阶段”。这一阶段的许多技术大家并不陌生,比如车道偏离警告系统(LDW)、正面碰撞警告系统(FCW)、盲点信息(BLIS)系统。

  (3)具有多项功能的智能化(层次2):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,完全不需要驾驶员对这些功能进行控制,可称之为“半自动驾驶阶段”。这个阶段的汽车会智能地判断司机是否对警告的危险状况做出响应,如果没有,则替司机采取行动,比如紧急自动刹车系统(AEB)、紧急车道辅助系统(ELA)。

  (4)具有限制条件的无人驾驶(层次3):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,而且汽车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,可称之为“高度自动驾驶阶段”。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(层次4):该层次汽车完全自动控制车辆,全程检测交通环境,能够实现所有的驾驶目标,驾驶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对车辆进行操控,可称之为“完全自动驾驶阶段”或者“无人驾驶阶段”。

  2、智能汽车的体系架构

  通过车载传感系统,智能汽车本身具备主动的环境感知能力,此外,它也是智能交通系统(ITS)的核心组成部分,是车联网体系的一个结点,通过车载信息终端实现与人、车、路、互联网等之间的无线通讯和信息交换。因此,智能汽车集中运用了计算机、现代传感、信息融合、模式识别、通讯及自动控制等技术,它是一个集环境感知、规划决策、多等级驾驶辅助等于一体的高新技术综合体,拥有相互依存的价值链、技术链和产业链。

  (1)智能汽车的价值链

  如果说车联网在汽车安全、节能、环保方面的价值是间接、基础性的,那么智能汽车在提高行车安全、减轻驾驶员负担方面的核心价值则是直接、显而易见的,并有助于节能和环保。研究表明,在智能汽车的初级阶段,通过先进智能驾驶辅助技术有助于减少50%~80%的道路交通安全事故。在智能汽车的终极阶段,即无人驾驶阶段,甚至可以完全避免交通事故,把人从驾驶过程中解放出来,这也是智能汽车最吸引人的价值魅力所在。