无人驾驶车辆技术专题研究Word格式.docx
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德意志联邦大学XX年研制的智能原型车辆在户外高速公路上以km/h的速度进行了测试,它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制XX年,在都灵的项目第一次委员会会议上,智能车辆维塔进行了展示,该车可以自动停车、行进,并可以向后车传送相关驾驶信息这两种车辆都配备了视觉系统,这是一个双目视觉系统,具有极高的稳定性荷兰对智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输,车辆使用系统,采用无人驾驶的车辆来往返运输货物,它行驶的路面上采用了磁性导航参照物,并利用一个光阵列传感器去探测障碍荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题,*正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道,采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地日本大阪大学的实验室所研制的智能小车,采用了航位推测系统,分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角,从而完成了智能小车的定位另外,斯特拉斯堡实验中心、英国国防部、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究
国内智能无人驾驶汽车研究现状
相比于国外,我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚,开始于20世纪XX年代而且大多数研究处在针对某个单项技术研究的阶段虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家,并且存在一定的技术差距,但是我们也取得了一系列的成果,主要有:
XX年,国防科技大学研制成功了中国第一辆真正意义上的无人驾驶
汽车由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统,被安装在一辆中国国产的中型面包车上,使该车既保持了原有的人工驾驶性能,又能够用计算机控制进行自动驾驶行车
XX年6月,国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功,最高时速达76km,创下中国最高纪录
XX年7月,中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院联合研制成功我国第一辆自主驾驶轿车,研发的红旗无人驾驶轿车高速公路试验成功,自主驾驶最高稳定时速13,最高峰值速度达km/h,并且具有超车功能,其总体性能和指标达世界先进水平
南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了军用室外自主车,该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器计算机系统采用两台10完成信息融合、路径规划,两台PC完成路边抽取识别和激光信息处理,单片机完成定位计算和车辆自动驾驶其体系结构以水平式结构为主,采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法,其直线跟踪速度达到20km/h,避障速度达到5-10km/h
智能车辆研究也是智能交通系统的关键技术目前,国内的许多高校和科研院所都在进行关键技术、设备的研究,社会关注度不断提高随着研究的兴起,汽车企业逐年加大了对及智能车辆技术研发的投入,目前已形成一支业务精湛的技术研究开发队伍相信经过相关领域组织和人才的共同努力,我国及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高
可以预计,我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景我们应结合技术发展现状和趋势,在智能车辆关键技术领域开展深入细致的研究,为今后的发展及应用打下坚实的基础
智能无人驾驶汽车发展趋势
智能无人驾驶汽车巨大的发展潜力已经吸引了众多巨头的目光,以谷歌和苹果为代表的两家公司已将它们之间的战火燃烧到了汽车行业,谷歌发布的无人驾驶技术已经得到了汽车厂家的拥趸,雷克萨斯就已经搭载其技术开始路试;
苹果为使新一代系统的便利性得到更为广泛的应用,正在积极与本田、
奔驰、日产、法拉利、雪佛兰、英菲尼迪、起亚、现代、沃尔沃、讴歌、欧宝、捷豹等12家汽车厂商合作,未来将逐步把操作系统引入到各大品牌的新款车型当中
专家预测,业将为汽车产业带来巨大的变革,未来在智能无人驾驶汽车领域呼风唤雨的或许不再是大众、丰田、奔驰和宝马这样的传统汽车制造商,而是英特尔、苹果、谷歌这样的在互联网领域、无线通信等智能化领域占据重要位置的公司TI企业在信息收集和智能控制方面具有技术优势,但在汽车生产制造,汽车安全、性能等方面不具备优势因此,TI企业和汽车制造企业合作将是一个更为明智的选择,优势互补,优化资源,智能无人驾驶汽车将在不远的未来成为现实
3、智能无人驾驶汽车的分类
无人驾驶汽车的研究可以归纳为3个方面:
高速公路环境、城市环境和特殊环境下的无人驾驶系统就具体研究内容而言3个方面相互重叠只是技术的侧重点不同
3.1高速公路环境下的无人驾驶系统
这类系统将使用在环境限定为具有良好标志的结构化高速公路上主要完成道路标志线跟踪、车辆识别等功能这些研究把精力集中在简单结构化环境下的高速自动驾驶上其目标是实现进入高速公路之后的全自动驾驶尽管这样的应用定位有一定的局限性但它的确解决了现代社会中最为常见、危险、也是最为枯燥的驾驶环节的驾驶任务
3.2城市环境下的无人驾驶系统
与高速环境研究相比城市环境下的无人驾驶由于速度较慢因此更安全可靠应用前景更好短期内可作为城市大容量公共交通(如地铁等)的一种补充解决城市区域交通问题例如大型活动场所、公园、校园、工业园、机场等但是城市环境也更为复杂对感知和控制算法提出了更高的要求城市环境中的无人自动驾驶将成为下一阶段研究重点例如美国国防部“大挑战”
目前这类环境的应用已经进入到小范围推广阶段但其大范围应用目前仍存在一定困难例如可靠性问题、多车调度和协调问题、与其它交通参与者的交互
问题、成本问题、商业模型等
3.3特殊环境下的无人驾驶系统
无人驾驶汽车研究走在前列的国家一直都很重视其在军事和其他一些特殊条件下的应用但其关键技术和基于高速公路和城市环境的车辆是一致的只是在性能要求上的侧重点不一样例如车辆的可靠性、对恶劣环境的适应性是在特殊环境下考虑的首要问题也是在未来推广应用要重点解决的问题
4、智能无人汽车通用技术
由于智能无人驾驶汽车与现行汽车相比在结构化和非结构化条件下运行时,其信息采集和处理的数量有很大的不同,因此,对其智能化程度和水平的要求也存在很大的差别智能无人驾驶汽车在运行过程中,是根据全部或部分已知和实时获取的环境条件信息做出相应的全局或局部路径规划,并自动地作出行为控制决策,使车辆安全可靠地运行至预定的目的地因此,智能无人驾驶汽车的研究是多学科综合与交叉应用的边缘领域,涉及人工智能()、信息论()、控制论()以及决策论()等理论的综合,涉及到计算机技术、微电子技术、网络技术、通信技术以及机械设计等技术的应用从总体上分析,智能无人驾驶汽车的研究方向包括标准化与体系结构、控制系统、信息及通信、信息决策和显示、导驶定位等方面
无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面:
车辆定位和车辆控制技术这两方面相辅相成共同构成无人驾驶汽车的基础
车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础目前常用的技术包括磁导航和
视觉导航等其中磁导航是目前最成熟可靠的方案现大多数均采用这种导航技术例如荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的系统上海交通大学的3系统等磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响即使风沙或大雪埋没路面也一样有效而且便于维护另外通过变换磁极朝向进行编码可以向车辆传输道路特性信息诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息但是磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线)
系统实施过程比较繁琐且不易维护变更运营线路需重新埋设导航设备视觉导航就不存在这个问题视觉导航的优点是车载计算机可以在试验样车偏离目标车道前事先知道并预防其发生同时当在高速公路使用时不需要对现有的道路结构做变化并且在混合交通中也可使用;
其缺点为当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白色标线不清晰时导航系统会失效但由于视觉导航对基础设施的要求很低被公认为是最有前景的定位方法
车辆控制技术是无人驾驶汽车的核心主要包括速度控制和方向控制等几个部分无人驾驶其实就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶通过对驾驶员的驾驶行为进行分析可知车辆的控制是一个典型的预瞄控制行为驾驶员找到当前道路环境下的预瞄点根据预瞄点控制车辆的行为目前最常用的方法是经典的智能算法例如模糊、神经网络等
除以上两个方面无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部分还需要一些其它相关技术的支持如车辆调度系统、通讯系统和人机交互系统等最终得以实现整个交通系统的高效、安全
41标准化与体系结构技术
智能无人驾驶汽车作为一种全新的汽车概念和汽车产品,将会成为汽车生产和汽车市场的主流产品为了规范智能无人驾驶汽车的研究、设计、开发、生产和销售,避免将来可能发生的混乱局面和减少不必要的损失,应该在智能无人驾驶汽车出现之初,就抓紧相关标准的研究制定工作智能无人驾驶汽车的标准化研究,应包括如下工作内容:
系统功能标准;
系统结构标准;
质量与可靠性要求技术指标;
信息与控制系统数据库技术指标;
信息采集、处理与传输标准;
导驶与定位技术规范;
通信技术规范;
智能无人驾驶汽车应用软件技术规范;
安全、舒适性、环保、能耗技术规范;
人机界面技术规范;
与现行汽车技术规范体系衔接问题等
智能无人驾驶汽车的体系结构,是研究智能无人驾驶汽车系统所包含的子系统及其用户所需要的功能,各个子系统所应具备的功能,以及各子系统之间的相互关系和集成方式,既相对独立,又存在信息流动智能无人驾驶汽车体系结构的设计必须包含实现用户功能的全部子系统的设计智能无人驾驶汽车的体系应
该阐述车辆的结构体系,列出用户服务功能,定义实现用户服务功能的各个子系统,研究各个子系统之间的通信方式和组织方式,最为重要的是根据系统功能要求建立智能无人驾驶汽车系统的信息模型
42自动控制系统技术
智能无人驾驶汽车控制系统是汽车智能化的决策者和执行者,是整车电控系统的核心由于汽车驾驶任务的复杂性,智能化的汽车控制器,必须采用综合智能控制策略,以提高汽车操纵响应能力和紧急躲避障碍能力由于交通环境的复杂性、交通信息的多边性、交通任务的多样性等原因,研究设计智能无人驾驶汽车控制器的任务是十分艰巨的汽车智能控制器一方面具有学习、自适应、自组织等仿人的智能化特点,同时又能克服人工驾驶汽车固有的缺陷智能控制理论的研究已经有XX年的历史,已经提出了模糊控制理论、神经控制理论、专家控制理论、分层递阶控制理论、粗集控制、可拓控制等智能控制方案,并正向综合智能控制策略的方向发展所有这些智能控制策略,其核心思想就是“模仿人的思维和行动”,完成或部分完成只有人类才能完成的控制任务智能无人驾驶汽车控制系统必须以现代微电子技术为核心来设计系统硬件,以智能控制理论为基础来设计软件控制策略,以信息技术为支撑来设计系统框架
智能无人驾驶汽车控制系统立足于主动安全控制,以微型计算机为控制核心的电子系统,通常由8个功能不同的子系统组成,包括紧急制动辅助系统、车距控制系统、限速识别系统、并线警告系统、泊车辅助系统、夜视仪系统、周围环境识别系统及综合稳定控制系统等
制动辅助系统是在车辆雷达传感器的配合下进行自动车距控制传感器的作用是提供前方车辆或者其它障碍物的距离信息,若系统认为通过紧急制动可以减少碰撞事故发生的可能,就会开始紧急制动以降低事故发生的可能性
并线警告系统是通过车载照相机探测根据车道之间的分界线来判别车辆的位置如果车辆明显脱离正确的行驶路线时,在可能偏离路面之前,系统就会对驾驶员发出警告
限速识别系统进行交通信号识别,会在车辆内的显示屏上显示标识目前有两种用于识别限速的系统,一种是通过导航仪接收数字无线广播信息的系
统;
另一种是限速标识本身发射无线信号的系统
车距自动控制系统具有逐步停车功能,在必要时可以使汽车自动地完成停止,可以发出碰撞警告,在前面有显著障碍时进行制动,可以判别前方的路况,在进入弯道时进行制动控制
综合稳定控制系统的作用是在任何给定的条件下,综合控制车上所有的主动元件(驱动、制动、操纵系统等),对车辆进行持续控制,这种控制可以很轻易地个性化这意味着,车主只需按动按钮,车载软件就能够使车辆的动力输出从偏重追求速度变成偏重驾驶舒适性
泊车辅助系统可以帮助驾驶员自动泊车或者接收系统的辅助帮助系统进行泊车,当车辆达到停位时,系统会自动探测存在空间和障碍物的尺寸,一旦它确定了这些数字,就会自动地计算理想的泊车操纵,驾驶体验只需要按下泊车辅助系统的按钮,只需脚踏油门而无需进行手柄操纵即可以5km/h以下的车速自动倒入车位
周围环境识别系统通过采集车辆全部的传感器数据来创造一个虚拟的车辆外部环境模型,数据以影像方式显示,并且帮助驾驶员判断出某些危险
夜视仪系统使用红外线单元来判断步行者或者任何可能的危险源,通过判别步行者和他们的位置或与车辆之间的距离,通知信息系统做出决策
43信息及通信技术
智能无人驾驶汽车的最主要目标是将信息技术运用到汽车上,用实时、全面、有效的信息流来驱动汽车系统的运行因此,研究智能无人驾驶汽车系统的信息环境模型、信息源特征、信息采集原理与技术、信息处理方法与技术、高效的信息传输技术与子系统,就显得尤其重要汽车在行驶过程中,必须得到的信息包括车辆自身状况信息、乘客和货物信息、道路信息、近邻行驶汽车的信息及导航定位信息等,分为语音信息、图象信息、文字信息、数据信息等在信息处理方面,精确、实时、有效地采集行车和状态信息,采取抗干扰技术,对信息进行在线处理
通信系统的任务就是保证信息的准确快速传输在智能无人驾驶汽车与智能无人驾驶汽车之间、智能无人驾驶汽车与交通监控中心之间、智能无人驾驶汽车
与道路附属设施之间、智能无人驾驶汽车与其它信息系统之间,都存在着大量的文字、语音、数据、图像等信息的实时交换通信系统是智能无人驾驶汽车系统获取和传递信息的神经中枢必须研究适合于智能无人驾驶汽车信息交换的通信系统结构形式、软件技术、传输介质、编码纠错技术等通信系统保证各模块之间以及车载体与控制中心之间的高质量通信,目前大多数采用无线数字通信,为了提高通信的质量,要精心设计通信电路及通信协议,蓝牙技术为车载通信系统提供了很好的解决方案,它将取代目前多种电缆连接方式,以低成本的近距离无线连接为基础,通过嵌入式微电子芯片,使所有相关设备在有效范围内完成相互交换信息、传递数据的工作,使各种电子装置在无线状态下相互连接数据
44信息决策及显示技术
信息决策及显示系统主要是根据现场的情况,如交通状况信息、环境信息完成决策或分类任务,安排汽车行走路线在此基础上根据一定的准则和决策的可信度对上述结果进行融合,再有策略库进行汽车动作部署,做出最优决策(如车辆优化调度、路径规划、汽车加减速、超车及停车等),以便具有良好的实时性和容错性,使在一种或几种传感器失效时也能工作策略应根据经验进行提取,并存在知识库中知识库还应有一个学习智能体,用于不断丰富策略各种智能算法如神经网络、模糊算法、遗传算法等也可以应用到构造策略库以及策略选择过程中,系统根据采取的对策,决策汽车的任务和动作显示系统包括底视显示系统、顶视显示系统和控制中心显示系统底视显示系统显示汽车行驶速度、发动机转速、发动机状态、车门状态(锁死/微开)、燃油状态,还监控转向盘上用来选择合适娱乐工作模式的各按钮状态;
顶视显示系统安装于汽车挡风玻璃上,可为驾驶员传递路况信息、卫星导航信息;
控制中心显示系统的液晶显示触摸屏能够为驾驶员提供各种信息界面显示,如电话、电视、车辆状态信息、车载移动办公、导航、网站浏览、娱乐等
45导航与定位技术
导驶定位技术就是通信与信息技术、传感器技术、自动车辆定位技术及计算
机技术的综合应用其硬件有车载计算机(控制器)、显示器、CD机、数字地图、定位系统等车辆数字导驶技术研究已经取得了一些结果,但是要安全彻底解决问题,还应做很多研究智能无人驾驶汽车导航定位系统的任务是对行驶中的智能无人驾驶汽车进行实时导航定位,在车辆内显示目的地地图,确定车辆位置,选择合适的行车路径系统包括在车辆上安装导航定位仪,通常有惯性导航仪、无线电导航仪、导航定位仪、/DR/组合导航定位仪等,以及电子地图数据库或地理信息系统等必要时,车辆同交通监控中心可以通信,同时使用数据库记录车辆及途径道路的历史状况信息该子系统研究涉及技术、DR技术、或电子地图技术、数据库技术、显示技术、以及接口技术和应用软件技术
46车辆主动防碰撞控制系统技术研究
基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统,就是根据多传感器接收到的车辆前方目标信息和本车的状态信息,利用多源信息融合技术,识别出本车前方车辆的距离和速度等状态信息,并进行碰撞危险估计的基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统是一种主动式的防撞、防抱死的汽车安全系统,它使反应时间、距离、速度三个方面都能得到优化控制,可减少驾驶员的负担和判断错误,对于提高交通安全性将起到重要作用,能有效地避免大部分汽车事故的发生同时也为提高使用车速、增加道路通行能力、实现自动化驾驶等奠定了良好的基础
461行车环境监测技术研究
行车环境监测包括环境探测和车况探测两个方面环境探测系统由测量车间距离和前面车辆方位的毫米波雷达、激光雷达、摄象机及能够判断路面状况的道路传感器所组成车辆的周边传感技术是实现汽车防碰撞的关键技术传感器性能的优劣将直接影响整个系统的性能,提高传感器的可靠性,可减少系统的虚警率微波传感器的性价比较高,因此一般选择工作于毫米波的微
波传感器作为主传感器,配置以图像、路面传感器等作为辅助传感器来实现对车前障碍物的检测毫米波雷达安装在车辆前端的中央位置上,激光雷达安装在毫米波雷达的两侧,它们的主要功能是测量本车与前车的距离和前面车辆的方位,并把所测数据传输到防碰撞判断系统;
摄象机获得前方车辆和障碍物的图像信息,道路传感器得到路面的状态信息,车况探测系统检测本车的速度、加速度和其他状态信息,所有信息都将被送往防碰撞判断系统
462防碰撞判断系统技术研究
防碰撞判断系统由目标识别系统和危险估计系统组成目标识别系统将毫米波雷达、激光雷达、摄象机等传感器的信息经融合处理后,估计出本车前方距离最近的车辆或障碍物的距离和相对速度,并将此信号传送给危险估计系统
危险估计系统根据路面状况、本车的状况、距前车的距离和相对速度以及司机的反应状况计算出“临界车间距离”,并将实际测量的车间距离与临界车间距离进行比较,在实际测量的车间距离非常接近临界车间距离的某一时刻,报警器发出警告信号当实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时,自动启动制动控制系统
463制动机构控制技术研究
国际公路委员会对驾驶员的反应时间做了调查,结论得出平均值为~3s若驾驶员的反应时间是,那么在汽车的车速为40Km/h时,反应时间内汽车
的行驶的距离是;
车速为80Km/h时,行驶的距离将达自动制动系统的反应时间远比驾驶员少的多,它的反应距离只有m
工作时,防碰撞判断系统不断地根据测出的两车之间的距离、本身的车速、相对车速等有关信息,通过数据处理求出安全距离,并与雷达测出的实际距离相比较如实测距离小于安全距离时,就发出报警信息,如驾驶员仍未采取措施,且安全距离小于极限安全距离时,系统通过执行机构对汽车的常规制动系统起作用,使汽车减速,当距离超过极限距离时,制动机构又恢复正常
47显示与娱乐系统技术研究
显示与娱乐系统包括底视显示系统、顶视显示系统和控制中心显示系统底视显示系统显示汽车行驶速度、发动机转速、发动机状态、车门状态(锁死/微开)、燃油状态,还监控转向盘上用来选择合适娱乐工作模式的各按钮状态,顶视显示系统安装于汽车挡风玻璃上,可以为驾驶员传递路况信息、卫星导航信息,控制中心显示系统的液晶显示触摸屏能够为驾驶员提供各种信息界面显示,如电话、温度控制、电视、车辆状态信息、车载移动办公、导航、网站浏览、娱乐等乘客通过连接在座椅上的通讯接口,也能享受这些功能
XX年1月,谷歌宣布成立了“开放汽车联盟”该联盟由技术和汽车公司组成,包括通用、本田、奥迪、现代汽车公司以及芯片制造商英伟达,旨在对谷歌最受欢迎的移动操作系统进行改造,将它应用到汽车中这些技术公司有机会将它们的产品植入数亿俩汽车中与此同时,汽车制造商也有机会更新其车辆中的软件,从而打造最先进的娱乐信息系统
在基础上改造而成的,要优于其他软件,因为它在移动设备行业中占有主导地位亚洲、欧洲和美国的电子设备和电脑供应商,往往会首选来测试它们的新零部件对于汽车制造商来说,使用可以让它们接触到更新更好的技术,并降低设备测试的成本应用程序开发商也倾向于为开发应用程序公司于XX年11月发布操作系统,是一款建立在系统的手机操作系统平台它是首个专门为移动终端打造的真正意义上的开源且系统完整的移动平台,而且不存在不同设备上的兼容性问题有利于开发人员理解平台框架,降低移动终端设备的价格,同时也便于软件的开
发、维护和升级
48信息融合技术
信息融合又称数据融合从信息融合的角度分析智能车系统
智能车系统是一个典型的信息融合系统,其技术的内涵、实现的结构层次与信息融合系统有诸多的相似之处:
①智能汽车的摄像机,微波雷达及装置,但同样要识别出目标的方位、机动特性,并且要对目标状态进行尽量准确的预测预报另一方面,雷达的性能直接影响作战,而智能车的摄像机、微波雷达及装置也直接影响决策
②车载决策系统,需要进行态势分析、威胁估计、行动策略的确定等对这方面的技术要求,智能车系统要超过战场指挥系统,因为战场指挥系统是有人参与的,真正智能的决策是由人类智能完成的,而智能车最终要达到无人驾驶,所以它要集中更多的智能处理技术和实现方法
③智能车的无线通讯收发装置,完成
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