隨著科技的發(fā)展，自動駕駛汽車已經(jīng)從概念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。過去幾年，百度、Pony.ai等公司相繼快速步入了全球自動駕駛技術(shù)研發(fā)的前列，可以說自動駕駛技術(shù)再次引領(lǐng)了整個汽車技術(shù)的突破。

1  自動駕駛汽車級別分類

和人工智能一樣，自動駕駛汽車也是一個有歧義、經(jīng)常被人用不同方式解讀的概念。為了更好地區(qū)分不同等級的自動駕駛汽車，SAE international（國際汽車工程師協(xié)會）將自動駕駛汽車分為L0、L1、L2、L3、L4、L5六個等級。

L0最好理解，屬于純?nèi)斯ゑ{駛汽車，所有駕駛動作均由駕駛員來完成，汽車只負責執(zhí)行駕駛員發(fā)出的各種操作指令。

L1級是指自動駕駛系統(tǒng)可輔助駕駛員完成某些駕駛?cè)蝿?wù)的半智能化汽車，例如乘用車中配置的自適應(yīng)巡航、車道保持輔助等功能均屬于L1級自動駕駛汽車的范疇。

L2級是指自動駕駛系統(tǒng)能夠完成某些駕駛?cè)蝿?wù)，可實現(xiàn)部分自動化，但駕駛員依然需要監(jiān)控駕駛環(huán)境并準備隨時接管的智能化汽車。

自動駕駛汽車到了L3級別，車輛能夠?qū)崿F(xiàn)獨立操作駕駛，駕駛員無需將雙腳和雙手放在制動踏板和方向盤上?？紤]到行車的安全性，駕駛員還需集中注意力，隨時準備接管車輛，以便應(yīng)對各類自動駕駛系統(tǒng)無法解決的問題。

自動駕駛汽車到了L4和L5級別，已經(jīng)完全實現(xiàn)了自動駕駛，這兩個級別的汽車可實現(xiàn)由機器獨立完成全部的駕駛操作，無需駕駛員介入，駕駛員可將注意力放在其他事情上、休息或者工作均可。但兩者在適用范圍上有一定的區(qū)別，L4級別的自動駕駛汽車需要特定的場景，特定的路線，而L5級則適應(yīng)于任何場景，是真正意義上的自動駕駛。

2  整車設(shè)計方案

2.1  整車設(shè)計目標

2.1.1  車輛等級

設(shè)計符合L4等級標準的高度自動化的純電動客車，在特定駕駛模式下，由自動駕駛系統(tǒng)完成所有動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)。

2.1.2  主要功能

①自動循跡駕駛，根據(jù)設(shè)定的軌跡或系統(tǒng)生成路徑完成相應(yīng)的自動駕駛?cè)蝿?wù)。

②車道保持，在當前車道內(nèi)自動行駛，同時和前后車保持安全距離。

③跟車行駛，自動跟隨前車行駛并保持安全距離。

④精準停車，車輛能夠根據(jù)指令在目標地點停車，停車精度達到厘米級。

⑤障礙物檢測跟蹤及響應(yīng)，對車輛四周的行人、非機動車、機動車進行準確檢測和跟蹤。根據(jù)障礙物狀態(tài)，作出合理的行為響應(yīng)，包括緊急停車、停車等待、跟隨行駛等。

⑥車道線識別及響應(yīng)，根據(jù)車道線狀態(tài)和行駛?cè)蝿?wù)作出合理響應(yīng)，包括車道保持、換道行駛等。

⑦緊急制動，車輛能夠根據(jù)周圍環(huán)境自主判斷，遇到緊急狀況能夠自主剎停；能夠接收estop或車內(nèi)駕駛員等工作人員緊急剎車指令并剎停。

⑧雙駕雙控，駕駛員隨時能夠通過方向盤或剎車接管車輛操作并繼續(xù)人工駕駛；可通過指令恢復車輛自動駕駛。

⑨信息通訊，車載通訊設(shè)備支持與相關(guān)道路端通信，通過道路端設(shè)備獲取相關(guān)道路信息（如紅綠燈）輔助駕駛；支持車隊不同車輛間信息通訊。

⑩自動開關(guān)門：車輛到達指定的位置后自動開啟車門，同時根據(jù)車門周圍環(huán)境信息，完成自動關(guān)門動作。

2.2  傳統(tǒng)部件的選型布置

整車采用全承載低入口結(jié)構(gòu)，車輛驅(qū)動型式4×2，后置后驅(qū)動，前2后4空氣懸架，整車長度10500mm,為加大整車站立面積，增加載客人數(shù)，整車采用長軸距，短前懸布置。整車高壓系統(tǒng)布置在車輛后艙內(nèi)，有利于整車軸核分配，同時減少整車管線長度。

整車骨架主要承載斷面采用金剛封閉環(huán)結(jié)構(gòu)，力流傳遞連續(xù)，抗扭能力強。采用剛性前軸結(jié)構(gòu)，包括完整車橋系統(tǒng)、空氣懸架系統(tǒng)、減震器和盤式制動器。車架采用模塊化設(shè)計，分前端車架、中段車架、驅(qū)動橋處車架、后段桁架4個模塊，有效減少部件種類和數(shù)量，縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品可靠性，降低成本。

采用國內(nèi)知名品牌永磁同步電機，扭矩大，效率高。高壓電池采用先進的液冷方案，8年容量衰減不超過20%，防護等級IP68，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境（雨水、泥土等）。采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整車控制器，通過多維度節(jié)能控制技術(shù)，實現(xiàn)了車輛各高壓部件的高效協(xié)同，細化控制算法使車輛以最低的能量消耗滿足不同工況下的功能及性能需求。同時為實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向、制動等功能，車輛還配有EPS和EBS。與傳統(tǒng)的純電動客車相比，除基本的三電系統(tǒng)外，還增加了自動駕駛系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)。

2.3  自動駕駛系統(tǒng)的選型布置

2.3.1  自動駕駛系統(tǒng)組成

自動駕駛系統(tǒng)包括激光雷達、毫米波雷達、高清攝像頭、計算單元、組合導航及V2X設(shè)備等，各部件之間的關(guān)系如圖1所示。



激光雷達用于感知車輛周圍的障礙物，毫米波雷達用于探測遠距離障礙物，高清攝像頭用于檢測前方車道線，他們好比汽車的眼睛用于觀察周圍的環(huán)境，同時將信息傳輸給計算單元；計算單元就是汽車的大腦，將各個傳感器傳輸來的信息數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出各種指令（制動、轉(zhuǎn)向等），確保車輛完成自動駕駛操作。組合導航及V2X設(shè)備用于車輛的定位及信息交互。

2.3.2  自動駕駛系統(tǒng)選型布置

選用進口16線激光雷達，布置在車輛前方，充當車輛的眼睛，左右各一個；車輛前部中間位置布置一個毫米波雷達（前方無遮擋），安全冗余設(shè)計，在攝像頭失效或者攝像頭工作受限時，依舊可以由毫米波雷達進行一定程度的檢測工作，保證車輛的安全；高清攝像頭布置于前風擋駕駛員右前方，用于檢測前方車道線；V2X布置于前頂風道內(nèi)用于車輛與紅綠燈信號、行人、車輛等的交互；工控機、慣導等部件作為整車的控制中心，布置于車內(nèi)前橋上智能設(shè)備箱內(nèi)；同時車輛前后橋正上方各布置一個慣導天線，用于車輛的導航定位。自動駕駛系統(tǒng)部件分布于整車的各個位置，為車輛提供精確的360度全景視野。

自動駕駛系統(tǒng)感應(yīng)范圍如圖2所示。



通過自動駕駛系統(tǒng)車輛可完成自動路徑規(guī)劃、自動道路環(huán)境感知、自動駕駛決策、自動高精度地圖定位、自動到站停車及車輛故障緊急停車等功能。

2.4  安全控制系統(tǒng)

汽車行駛安全是人們關(guān)注的焦點，自動駕駛也不例外。自動駕駛有利于建立更高效的道路交通體系，通過有效控制人為因素導致的交通事故，提升道路交通安全。為保證車輛行駛安全，整車進行安全冗余設(shè)計，在夜間、大霧、雨雪等各種復雜情況下，可保持良好的工作狀態(tài)，確保24h全天候安全運行。該車具備人工操作和自動駕駛兩種模式，且在任何情況下都能將車輛瞬時轉(zhuǎn)換為人工操作模式。

其次，車輛還配備車載煙霧報警系統(tǒng)和易燃易揮發(fā)物質(zhì)檢測系統(tǒng)，此系統(tǒng)與整車控制器聯(lián)動，當煙霧探測器檢測到車廂內(nèi)有煙霧或易燃易揮發(fā)物質(zhì)檢測檢測到有易燃易揮發(fā)物質(zhì)時，車輛報警同時系統(tǒng)將此信息傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器與計算單元進行信息交互，計算單元發(fā)送靠邊停車指令，使車輛實現(xiàn)靠邊停車并打開車門。

第三，該車還配備緊急停車按鈕，當車廂內(nèi)人員發(fā)生緊急情況，如：突發(fā)疾病、肢體沖突等，車內(nèi)人員可按下緊急按鈕，向儀表發(fā)送指令，儀表接收到該指令后作出動作，使整車控制器結(jié)合駕駛腦共同控制車輛實現(xiàn)靠邊停車并打開車門。

最后，整車控制系統(tǒng)對車輛各主要部件進行實時監(jiān)測，根據(jù)故障情況進行聲光提示及內(nèi)部分級處理，即使車輛出現(xiàn)不可運行故障，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及制動系統(tǒng)仍能正常工作，為駕乘人員提供最基本的安全保障。對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行冗余設(shè)計，增加了獨立于高壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，當車輛出現(xiàn)高壓故障時，冗余系統(tǒng)即時生效，保證車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常運行。

3  結(jié)束語

自動駕駛客車技術(shù)的發(fā)展兼顧智能化、網(wǎng)聯(lián)化兩種路徑，“智能化+網(wǎng)聯(lián)化”融合發(fā)展，以系統(tǒng)最終替代人類實現(xiàn)全部駕駛?cè)蝿?wù)為終極目標。自動駕駛客車代表了客車未來發(fā)展的重點和方向，隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，自動駕駛客車的商業(yè)化指日可待。