详细了解无人驾驶汽车的原理

时间：2018-12-28

在10年前人们都不敢想象无人驾驶会离我们的生活如此之近，但是当谷歌、特斯拉以及百度都积极推动无人驾驶汽车之时还是有许多人会对此感到难以置信，其实贯穿无人驾驶汽车的技术统称为X-By-Wire（X代指汽车各个系统）。它是一个从飞机控制系统中演化而来的技术，上至目前已经非常成熟的谷歌无人驾驶汽车，下至中高端汽车上的智能驾驶辅助系统都有它的身影，是不是非常好奇它究竟是如何工作的呢。

对于汽车无论是汽油机还是柴油机，想要当一个好司机都离不开稳妥的一脚油，如果要让无人驾驶汽车动起来较重要的就是如何去精准控制油门。 

Throttle-By-Wire（线控油门）的理念非常简单，就是利用传感器来捕捉驾驶员踩踏油门的程度和频率并且转换为电信号传递给ECU（电控单元），如果油门踩踏过快ECU就需要通过周围传感器来判断是否存在驾驶员误踩以及驾驶员判断失误等情况，如果存在这种潜在危险那ECU就会忽略驾驶员踩踏油门的行为。在正常情况下电信号经过ECU内置算法处理后会通过控制电流大小来操控两个电机，其中一个伺服电机将带动节气门（汽油机）或者柱塞（柴油机）来达到驾驶员所期待的加速表现，而另一个电机则会根据驾驶模式的不同来向驾驶员提供适宜的踏板力反馈，所以只要驾驶员指令正确那他获得的驾驶感受将与普通车一模一样。 

对于无人驾驶汽车而言，驾驶员踩踏油门到传感器接收到信号这一段过程将会被距离传感器、运动目标捕捉算法以及微处理器所替代。它们将会直接向电机控制模块直接发送电信号，这种理念较初来自于奔驰F200概念车，现在的ACC自适应巡航是它的一个工程用版本，而特斯拉则已经实现了全程脚离油门踏板，Throttle-By-Wire在无人驾驶领域的应用正在逐步扩大。 

其实相比让汽车动起来如何让汽车实现线控制动更为重要，因为这与我们的行车安全息息相关。目前X在制动系统中的应用大多数都是基于真空助力系统或者ESP系统改进而来，其思路与线控油门相差无几，同样是在传感器采集制动踏板行程后通过ECU对液压助力泵或者电子真空泵发出指令，较终来完成平稳制动同时让驾驶员感受到制动踏板反馈。 

通过车顶的雷达对前方路面凸凹度进行录入，录入的信息会和当时的车速一同经过悬架控制单元预置算法计算处理，之后ECU会对各个悬架的刚度和阻尼比进行调节（空气弹簧调节刚度，普通悬架调节减震器阻尼比），较终实现车身始终水平的目的。由于线控悬架要求每一个车轮悬架都有控制单元，得到路面谱数据后的优化处理算法难度非常大，调节不好就会适得其反。更何况它只是无人驾驶技术中锦上添花的一项技术而非影响安全的核心技术，所以目前发展比较缓慢，新技术的推出也遥遥无期。 

现阶段X-By-Wire只是作为驾驶辅助系统应用于各款汽车，但是一旦未来完成高精度地图绘制、自动驾驶算法控制实验、信息采集有效过滤提取以及法律许可后，只需让X-By-Wire各系统的ECU与对应的信息采集端实现高效通信就能实现无人驾驶。到那时方向盘、制动踏板、油门踏板都将成为摆设或者安全备份系统，传感器、ECU和电控马达将分别替代驾驶员的眼、脑和手脚来控制汽车，仔细想想无人驾驶离我们现实生活真的只有一步之遥！

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