山东省临沂市第四中学 山东 临沂 276007
摘要：自从进入21世纪以来，随着计算机软硬件、自动控制技术和人工智能等前沿科技的不断发展和融合，解放人类双手的无人驾驶汽车技术成为了科技界备受关注的重要研究方向。无人驾驶汽车是指在在传统汽车基础上开发的一种可以完成自动行驶的无人操纵载具，无人驾驶汽车是融合机械、电气、控制、计算机科学、信息融合、无线通讯等多个学科的颠覆性交通技术。而自动泊车在无人驾驶技术中占据着重要地位，对于智能有序停车，缓解交通压力有着重要意义。本文从无人驾驶汽车讲起，重点分析了无人驾驶汽车自动泊车系统的基础模型和软硬件结构，同时对无人驾驶的未来发展进行了展望。
关键词：无人驾驶；自动泊车；传感检测
1.无人驾驶汽车概况
科幻小说中通常都有这样的情节：“未来的人类只需在手机上简单操作或者通过语音控制，一辆极具科技感的汽车便会自动停在家门口，你可以在车里干任何事情，只需要简单的吩咐，这辆车便可以将你送到任何你想去的地方”。随着无人驾驶汽车技术研究的不断深入，这样的情节也许将在不久的未来实现。通过搭载若干高精度传感器、高智能控制系统和人工智能大脑，无人驾驶汽车能够比人类更加出色地对周围的环境和信息进行处理，从而智能地完成各种驾驶任务。无人驾驶汽车是一项建立在传统汽车上附加模式识别、路线规划、专家决策和人工智能等多项技术的高科技综合体，其对于解放人类劳动力、缓解城市交通拥堵、促进共享经济发展和产业升级有着重要的作用。美国道路安全局将无人驾驶汽车分为四级，一级为汽车的速度由系统自动控制，人只需要控制方向即可；二级是指汽车运行时可以进行人工监督的左右转向；在二级的基础上，加上若干自动规划和环境感知技术，同时赋予汽车自我决策的能力，则达到了三级；最后，汽车完全离开驾驶员而工作则是规范中的四级。目前，国外的谷歌、特斯拉和国内的百度、阿里、蔚来汽车等公司都开始研究这一领域。
图3 自动泊车系统的构成
无人驾驶汽车自动泊车的原理可以按照以下的流程描述：
（1）首先汽车接收到停车命令后，首先根据自身位置利用车身传感器检测周围环境，同时利用传感器测量目标车位的空间大小；
（2）传感器获取的若干信息传输到汽车的中央处理系统，相应的停车算法对数据进行运算处理，获得汽车停车的路径以及运动模式；
（3）最后，汽车的控制系统根据规划的路径、速度和角度等信息控制车辆的执行机构（发动机、电动机、减速器、转向机构）运动，从而将汽车停入指定车位，停入后，车辆进入休眠待机状态。
3.自动泊车系统分析
根据上文的结构和功能分析，需要对自动泊车系统进行模块化设计，无人驾驶汽车的大脑——中央处理芯片则需要将各个系统有机地结合在一起，从而完成复杂的连贯动作。具体分析，无人驾驶汽车自动泊车系统包含传感器检测系统、中央处理系统和决策输出系统。
3.1传感器检测系统
无人驾驶汽车在泊车过程中，需要对周围环境进行精确的检测，则需要精确的传感器阿里检测周围环境的信息，包括周围障碍物信息、无人车自身位置和航向信息和目标车位信息。可靠的传感器检测系统需要满足以下若干准则：
（1）视场与感知范围：每个外部感知传感器都有一个空间感知覆盖区域。区域的宽度用传感器的视场来表示。视场通常用度来表示，其中垂直覆盖区域的度数有可能跟水平的度数不同。视场和感知范围显然是考虑传感器是否适用于某项应用的关键因素，如果汽车必须能够在10米以外检测并躲避障碍物，则感知范围为5米的传感器就不能胜任了。
（2）精度、可重复性和分辨率：精度指传感器读出数据的准确程度。但如果在相同条件下的读数只有20%是正确的，则传感器的可重复性很差。如果传感器出现一致误差（比如总是低2-3厘米），软件程序可以通过偏置（增加2-3厘米）来补偿，如果误差是随机的，则难以建模，该传感器的应用场合也将大受限制。
（3）目标范围内的响应性：多数传感器在某些环境状况下使用时性能会下降。从另一个角度来说，这种环境下使用传感器时，我们必须能从噪声和干扰中摄取有效的信号（比如有良好的信噪比）。例如，声呐往往无法在有大量玻璃的办公室里导航。
（4）能量消耗：能量消耗是我们必须关心的另一个因素。绝大多数电动汽车的能源非常有限，以至于许多汽车制造商仅仅为了减小能量消耗更换了微处理器芯片。能耗大的传感器不如能耗小的受欢迎，因为无需向环境发射能量，被动传感器通常比主动传感器耗能要小。
（5）硬件的可靠性：传感器性能一般会受到一些物理因素的限制，比如精密度高的声呐在电压降到12伏以下时就会给出不准确的读数，除此之外，一些传感器必须考虑温度和湿度条件。
传感器系统中最重要的超声波测距系统，超声波的频率大于20KHz，具有较为明显的多普勒效应。其传播路径稳定，方向性好，传播能量较为集中，所以可用于自动泊车系统的测距。超声波传感器又名超声波换能器，包括超声波发射器和超声波接收器，前者利用压电装置所产生的振动提供稳定的超声波，后者则是利用压电片感知超声波振动的频率，将其转化为电信号。超声波测距的原理简单，也就是回波探测法，探头发出超声波的同时开始计时，碰到障碍物后返回，接收探头接收到信号后停止计时，则超声波传播的时间为两次时间差值，则根据空气中声速的公式，可得测距结果为：
其中t为热力学温度。
超声波传感器的选型需要综合考虑传感器的基本性能、波束角、测量精度和价格等条件。
3.2中央处理系统
中央处理系统是整个无人驾驶汽车系统的大脑，由车载高性能计算平台提供硬件支持，还配有实现各种计算功能的软件和算法程序，其最大的特点是稳定可靠。中央处理系统中的CPU可以处理各个传感器传输过来的指令，因为在停车的过程中汽车的位置和周围的环境时刻都在发生变化，所以CPU需要实时处理传感器的各种状态，并利用算法计算出目标车位的位置和相关尺寸，与车辆自身尺寸进行对比，进而判断是否能够停入指定车位，如果不满足则需要自动报警并搜寻其他车位。同时在停车过程中也需要实时计算车辆的位置，以防发生碰撞等危险事故。除此之外，中央处理系统还需要具有人工智能的学习能力，大数据的数据分析能力，云计算的分布式计算能力。
3.3决策输出系统
决策输出系统是完成停车动作的终端，主要包括转向控制系统和速度控制系统，分别控制汽车停车运动的方向和速度。其受到中央处理系统的直接控制，根据若干决策信息，调动动力系统控制各个电机的转速，从而完成自动泊车的任务。
同时自动泊车之后，还需要充电或其它补充能源的操作，同时向车主自动报告车辆的情况，这也是决策输出系统需要考虑的。
4.结束语
无人驾驶自从走进人们的视野中后，就成为了人们心目中的“未来科技”，如果无人驾驶技术以后得以大规模应用，将会大大便利人类的交通出行，甚至对社会其他行业产生深远的影响。自动泊车是无人驾驶汽车想要实现必须掌握的一项技能，虽然现在很多汽车产品都宣称开发出这一功能，但是大多数自动泊车系统还在概念和测试阶段，面对复杂的停车场环
论文作者:刘万洲
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/22
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