無人駕駛汽車論文.doc

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無人駕駛汽車 院別：**學院 專業(yè)：自動化 學號：******** 姓名：********* 摘要：無人駕駛汽車通過傳感器裝置和計算機來實現(xiàn)無人駕駛，這一技術正漸漸地在生活中的到應用，并在生活中發(fā)揮著巨大的作用，有著廣泛的發(fā)展前景。 2009年11月，在國外某社交網(wǎng)站上的一段視頻，引起廣泛關注。視頻的上傳者本蔡特林在美國舊金山和帕洛阿爾托之間的280號高速公路行駛時，發(fā)現(xiàn)旁邊有一輛“怪異”的豐田普銳斯轎車，在它的車頂，裝著一個類似于擾流板的裝置，蔡特林最初以為這是用來測試風速的，其實這就是谷歌所研發(fā)的無人駕駛汽車系統(tǒng)，在當時，這還是一個秘密進行中的項目。 關鍵字：無人駕駛汽車，智能，傳感器，導航，安全 一、無人駕駛汽車概念 什么是無人駕駛汽車？清華大學汽車系副研究員王建強將無人駕駛汽車定義為“通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預定目標的智能汽車”。　同時它也可以稱之為輪式移動機器人，其核心在于位于其內(nèi)的計算機系統(tǒng)。 二、無人駕駛汽車的原理 它是利用智能軟件和車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，隨即作出反應判斷，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。比如，車體多個部位裝有激光感應器，用于確定車身與障礙物的距離；有效地避開障礙物。車載電腦可以經(jīng)由后視鏡附近的攝像頭識別交通信號、交通標志并分析路況。無人駕駛車的運動控制包括感知、動作、行為3個部分。感知主要是通過車的“眼睛”認知周圍環(huán)境，實現(xiàn)對環(huán)境的精確建模，如結構化環(huán)境中的車道線的檢測、半結構環(huán)境中的邊緣檢測等；動作是指車的“大腦”在收到感知信息時作出的規(guī)劃、控制與決策；而行為則是無人駕駛汽車在規(guī)劃、控制與決策下產(chǎn)生的外在響應，體現(xiàn)了無人車的自主性能。無人駕駛車是集視覺計算、模式識別和控制等眾多技術于一體、具有人工智能功能的汽車。它有車載麥克風、聲波定位儀、紅外線傳感器、羅盤、激光掃描儀和微波雷達等多種傳感器，這些裝置相當于無人駕駛車輛的“眼耳”，用來感知車輛周圍環(huán)境，并將感知所獲得的道路、車輛位置、障礙物信息等，傳輸給無人駕駛車輛的“大腦”——安裝在車輛內(nèi)部的高性能計算機進行分析和計算，以控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛在遵守交通規(guī)則的前提下能夠安全、可靠地在道路上自主行駛。 　　當然，不同公司生產(chǎn)的無人駕駛汽車其原理都不太一樣。 1法國的無人駕駛汽車原理：該 車使用類似于給巡航導彈制導的全球定位技術，通過觸摸屏設定路線，通過全球定位系統(tǒng)引路，只不過給該汽車帶路的全球定位系統(tǒng)要比普通的全球定位系統(tǒng)功能強大許多。普通GPS系統(tǒng)的精度只能達到幾米，而該汽車卻裝備了名為“實時運動GPS”的特殊GPS系統(tǒng)，其精良高達1厘米。這款無人駕駛汽車裝有充當“眼睛”的激光傳感器．能夠避開前進道路上的障礙物，還裝有雙鏡頭的攝像頭，來按照路標行駛 德國的無人駕駛汽車：車內(nèi)安裝的無人駕駛設備，包括激光攝像機、全球定位儀和智能計算機。 在行駛過程中，車內(nèi)安裝的全球定位儀將隨時獲取汽車所在準確方位。隱藏在前燈和尾燈附近的激光攝像機隨時探測汽車周圍180米內(nèi)的道路狀況，并通過全球定位儀路面導航系統(tǒng)構建三維道路模型。此外，它還能識別各種交通標志，保證汽車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛。安裝在汽車后備箱內(nèi)的計算機將匯總、分析兩組數(shù)據(jù)，并根據(jù)結果向汽車傳達相應的行駛命令。激光掃描器能夠探測路標并提醒是否有車離開車道。在激光掃描器的幫助下，無人汽車便可以實現(xiàn)自行駕駛：如果前方突然出現(xiàn)汽車，它會自動剎車：如果路面暢通無阻，它會選擇加速；如果有行人進入車道，它也能緊急剎車。此外，它也會自行繞過停靠的其他車輛。 谷歌的無人駕駛汽車：谷歌無人駕駛汽車通過攝像機、雷達傳感器和激光測距儀來“看到”其他車輛，并使用詳細的地圖（我們通過手動駕駛車輛收集而來）來進行導航。但不論怎樣的無人駕駛汽車都集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標志，在國防和國民經(jīng)濟領域具有廣闊的應用前景。 同時，幾乎所有汽車業(yè)巨頭都同意谷歌的這一觀點：下一代的汽車將不會糾結于馬力和力矩，而是聚焦在諸如“雷達測距”、“通信延遲”或是“成像像素”這些要素上。 　　在目前的高端汽車市場上，大多數(shù)車輛都已經(jīng)裝載了車用雷達，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預防系統(tǒng)，它的后保險杠上有一個裝置，當它在汽車的盲點內(nèi)檢測到物體時，便會發(fā)出警報。奔馳的另一款轎車在擋風玻璃上裝載攝像頭，它可以通過分析路面和邊界線的差別來識別車道標記。如果汽車不小心離開了車道，方向盤會輕微震動來提醒駕駛者。根據(jù)奔馳公司發(fā)布的材料，未來的梅賽德斯無人駕駛汽車會在擋風玻璃上裝載兩個攝像頭以實時生成前方路面的三維圖像，檢測諸如行人之類的潛在危險，并且預測他們的行動 3、 無人駕駛汽車的難點 正如所有革命性產(chǎn)品的最初誕生一樣，目前，造價是谷歌汽車最大的困難，裝備電腦與諸多傳感探測器的汽車造價高達30萬美元。 該汽車技術的另外難題主要是看到道路和道路周邊的這些環(huán)境，相當于人的眼睛一樣，影響駕駛的這些環(huán)境你要能夠感知，能夠判斷識別，這個比較難。車上裝的傳感器有激光、有毫米波雷達、視覺攝像頭。車外還可以通過一些車和車之間的通訊，車和道路設施的一些通訊也能提供一些信息幫助車輛來判斷。 還只有一個難點：電腦的安全性問題。無人駕駛汽車的運行是基于對電腦系統(tǒng)的高度依賴，一旦車載電腦系統(tǒng)受到病毒侵入或者遠程控制，后果不堪設想。輕則發(fā)生交通事故、車毀人亡，重則是整個交通系統(tǒng)的癱瘓和整個社會的混亂。這種可怕前景，可能正是無人駕駛汽車的最致命弱點。 4、 無人駕駛汽車的優(yōu)缺點 優(yōu)點：雖然無人駕駛汽車正在試驗階段，但其中的部分技術還是應用到了我們的實際生活中。相信不少學過車的朋友一定會記得在泊車科目上冬練三九、夏練三伏的經(jīng)歷，但即便如此，在最終考試時，許多辛勤的學習者最終還是功虧一簣。而借助汽車雷達數(shù)據(jù)，車載電腦可計算出車輛正確的操作流程，進而控制方向盤的轉(zhuǎn)動，駕駛者通過控制剎車就可以達到自動泊車的效果。在寸土寸金的城市中，快速準確的泊車，不僅會在最大限度上減少對交通的影響，還會節(jié)省道路資源。在市場上的量產(chǎn)車型中，大眾CC、斯柯達昊銳、豐田皇冠等，都裝配有自動泊車系統(tǒng)。雖然裝配有該系統(tǒng)的量產(chǎn)車價格普遍較高，但隨著技術的成熟與普及，自動泊車技術會如同倒車雷達一樣，在平民車型中得到廣泛使用。在汽車技術普及的今天，由于成本的下降，汽車數(shù)量與城市規(guī)模形成了一對需要平衡的因素，在日漸擁擠的城市，無人駕駛技術無疑會對城市的交通管理和擁堵治理起到一定作用。電影《少數(shù)派報告》中所呈現(xiàn)的城市交通系統(tǒng)，在不遠的將來可望通過無人駕駛汽車得以實現(xiàn)。 另外，研發(fā)無人駕駛汽車的目的只有一個，那就是——安全。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，每年全球因道路交通事故死亡的人數(shù)超過120萬。谷歌認為，他們的技術可以減少這一數(shù)字，甚至使其下降一半。 再者，谷歌還認為，自動駕駛汽車能夠促使更多人共同使用車輛，極大的減少汽車的使用，創(chuàng)造“明天的高速公路火車”。這些“高速公路火車”能減少能源消耗，增加主要道路的運力。在節(jié)約時間方面，美國交通運輸部估計，每一工作日，人們平均花費52分鐘在上下班路上。未來，人們可以以更有效率的方式使用這些時間。 缺點：乘客要保持警惕 相比無人駕駛飛機在天上信馬由韁，無人駕駛汽車所遇到的道路狀況要復雜得多。 無人駕駛汽車的工作原理，是使用視頻攝像頭、雷達傳感器，以及激光測距器來了解周圍的交通狀況，并通過一份詳盡的地圖(通過有人駕駛汽車采集的地圖)對前方的道路進行導航。 實際操作中，在無人汽車行駛過程中，車載電腦會從谷歌的數(shù)據(jù)中心下載相關的信息，本地則通過感應裝置——一個標準的GPS模塊，加上一枚安裝在車頂?shù)募す鉁y距儀陣列，以及車身兩側的雷達獲取信息，把它們和下載到的路線結合處理，決定當前的駕駛行為。安裝在車頂擾流板上的激光測距儀陣列，是整套感應系統(tǒng)的核心裝置。它可以生成最近50英尺內(nèi)所有物體的三維圖像，并與上次手工駕駛的測量進行比較，從而能對移動中的物體作出正確的判斷，然后作出附加的指令輸入。激光測距儀獲取的數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)會在車載電腦里匯總整合，并對汽車航跡進行實時修正，這樣能大大地提高線路精度，將導航系統(tǒng)的誤差縮小到厘米級。 雖然激光傳感器能區(qū)分出其他車輛、行人、自行車，以及其他大大小小的固定物體，而且不會發(fā)出肉眼可見的光線，但是它仍然需要雷達協(xié)助它探測遠處的高速移動物體。安裝在車前的攝像頭可以幫助系統(tǒng)觀測道路指示牌和交通燈，并把信息傳達給車載電腦進行處理作出相應的動作。 可以想象，這一整套系統(tǒng)的編程會有多么麻煩，比如換道的算法，沒有交通燈時的路口會車等等復雜駕駛動作。以后者為例，無人車會先靠右停下來，觀察對方行動，如果對方?jīng)]有動作，它就往前挪一點點，再看對方反應，如果還不動，那它才會開始轉(zhuǎn)向。 據(jù)谷歌介紹，無人駕駛汽車上路，目前還得有至少兩人“護駕”。一方面，整條路線還是需要先人工駕駛走行一遍，將路況、障礙和行駛時的各種駕駛動作記錄下來。與此同時，試車員需要坐在駕駛位上以備在出現(xiàn)突發(fā)狀況時手控車輛，試車員隨時都可以通過踩下剎車，轉(zhuǎn)方向盤或者按下按鈕來轉(zhuǎn)換進入手動駕駛模式。內(nèi)華達政府相關人士表示：無人駕駛汽車上路測試的前提是，確保總有人能夠在方向盤后進行控制，另外還有一人能夠觀察駕駛系統(tǒng)。 重新定義駕駛員概念 通用汽車全球主動安全創(chuàng)新電子系統(tǒng)總監(jiān)JohnCapp表示，實現(xiàn)半自動駕駛的關鍵在于車道保持技術，這一技術利用前置攝像頭探測道路標線，同時利用GPS地圖數(shù)據(jù)提示前方彎道及其他路況參數(shù)。即使半自動駕駛技術成功應用在車輛上，該系統(tǒng)也會受制于一些外部因素，比如天氣狀況和道路標線的可見度，從而在使用上有一定局限性。當沒有可靠的數(shù)據(jù)可用時，駕駛員就需要自行駕駛。 5、 無人駕駛汽車的現(xiàn)狀及展望 現(xiàn)在，無人駕駛汽車技術已得到飛速發(fā)展，并且在某些地區(qū)已經(jīng)投入到實際應用中。 國外： 無人駕駛汽車 發(fā)達國家從二十世紀七十年代開始進行無人駕駛汽車研究，在可行性和實用性方面，美國和德國走在前列。美國是世界上研究無人駕駛車輛最早、水平最高的國家之一。 早在二十世紀八十年代，美國就提出自主地面車輛（ALV）計劃，這是一輛八輪車，能在校園的環(huán)境中自主駕駛，但車速不高。由于技術上的局限和預期目標過于復雜，到二十世八十年代末九十年代初，各國都將研究重逐步轉(zhuǎn)移到問題相對簡單的高速公路上的民用車輛的輔助駕駛項目上。 1999年，一輛由美國卡耐基梅隆大學研制的無人駕駛汽車Navlab-V，完成了橫穿美國東西部的無人駕駛試驗。在全長5000km的美國州際高速公路上，整個實驗96%以上的路程是車輛自主駕駛的，車速達50~60km/h。 2000年，豐田汽車公司開發(fā)出無人駕駛公共汽車。這套公共汽車自動駕駛系統(tǒng)主要由道路誘導、車隊行駛、追尾防止和運行管理等主面組成。安裝在車輛底盤前部的磁氣傳感器將根據(jù)埋設在道路中間的永久性磁石進行導向，控制車輛行駛方向。 2007年，德國漢堡一家公司應用先進的激光傳感技術把一輛普通轎車改裝而成，可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛汽車。這輛無人駕駛智能汽車名為“路克斯”（Lux），它可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛。Lux這款無人駕駛汽車，車內(nèi)安裝了無人駕駛設備，包括激光攝像機、全球定位儀和智能計算機。中國在無人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國外稍晚。國防科技大學從二十世紀八十年代開始進行該項技術研究。 中國： 1989年，中國首輛智能小車在國防科技大學誕生。 1992年，國防科技大學研制成功了中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。 2000年6月，國防科技大學研制的第四代無人駕駛汽車試驗成功，最高時速達76km，創(chuàng)下國內(nèi)最高紀錄。 2007年，國防科技大學機電工程與自動化學院和中國第一汽車集團公司聯(lián)合研發(fā)的紅旗旗艦無人駕駛轎車，其總體技術性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。 2012年10月，從國家自然科學基金委員會舉辦的發(fā)布會上獲悉，中國自主研發(fā)的無人駕駛汽車2013年將進行從北京至天津的行駛測試，2015年將測試從北京行駛至深圳。 2012年10月31日至11月1日，來自全國的十余支無人車隊將聚集在內(nèi)蒙古赤峰市翁牛特旗，參加第四屆“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”。 美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）預計，2040年美國路上行駛的汽車有四分之三都是無人駕駛汽車。 幾乎所有汽車業(yè)巨頭都同意谷歌的這一觀點：下一代的汽車將不會糾結于馬力和力矩，而是聚焦在諸如“雷達測距”、“通信延遲”或是“成像像素”這些要素上。 在目前的高端汽車市場上，大多數(shù)車輛都已經(jīng)裝載了車用雷達，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預防系統(tǒng)，它的后保險杠上有一個裝置，當它在汽車的盲點內(nèi)檢測到物體時，便會發(fā)出警報。奔馳的另一款轎車在擋風玻璃上裝載攝像頭，它可以通過分析路面和邊界線的差別來識別車道標記。如果汽車不小心離開了車道，方向盤會輕微震動來提醒駕駛者。根據(jù)奔馳公司發(fā)布的材料，未來的梅賽德斯無人駕駛汽車會在擋風玻璃上裝載兩個攝像頭以實時生成前方路面的三維圖像，檢測諸如行人之類的潛在危險，并且預測他們的行動…… 當奔馳這樣的巨頭也開始跟著谷歌起舞，你就知道無人駕駛汽車絕對不是說著玩玩的了。 參考文獻： 1. 《新營銷》 2. 《科技日報》 3. 《第一財經(jīng)日報》 4.《環(huán)球》雜志 第17期