無人駕駛汽車的構造原理

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1、　無人駕駛汽車的構造原理 現(xiàn)代科技學院 機械設計制造及其自動化1003班 張建 2010614270311 內(nèi)容摘要：無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內(nèi)以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。它一般是利用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，控制車輛的轉向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛 　　無人駕駛汽車集自動控制、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

2、用前景。 關鍵字 ：無人駕駛汽車 技術 原理 無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀： 發(fā)達國家從20世紀70年代開始進行無人駕駛汽車研究，目前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。 無人駕駛技術在我國經(jīng)過20多年的發(fā)展，雖然投入很少，但取得了很好的成績。在人才方面，我國幾個五年計劃的國家預研項目和國家自然科學基金的支持項目，培養(yǎng)了一大批從事無人駕駛技術的研究人才。隨著國外在這項新技術研發(fā)步伐的加快，我國也已啟動了這項國家級的重大研究計劃——“視聽覺信息的認知計算”項目。 無人駕駛汽車的技術原理： 車輛定位技術是無人駕駛汽車行駛的基礎

3、。目前常用的技術包括磁導航和視覺導航等。其中，磁導航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導航技術。例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機場和鹿特丹的ParkShuttle系統(tǒng)，上海交通大學的CyberC3系統(tǒng)等。磁導航最大的優(yōu)點是不受天氣等自然條件的影響，即使風沙或大雪埋沒路面也一樣有效，而且便于維護。另外，通過變換磁極朝進行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔ⅲT如位置、方向、曲率半徑、下一個道路出口位置等信息。但是，磁導航方法往往需要在道路上埋設一定的導航設備(如磁釘或電線)，系統(tǒng)實施過程比較繁瑣，且不易維護，變更運營線路需重新埋設導航設備。視覺導航就不存在這個問題。視覺導航的優(yōu)點是車載計算機可以在

4、試驗樣車偏離目標車道前，事先知道并預防其發(fā)生，同時當在高速公路使用時不需要對現(xiàn)有的道路結構做變化，并且在混合交通中，也可使用；其缺點為，當風沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標線不清晰時，導航系統(tǒng)會失效。但由于視覺導航對基礎設施的要求很低，被公為是最有前景的定位方法。 車輛控制技術是無人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個部分。無人駕駛其實就是用電子技術控制汽車進行的仿人駕駛。通過對駕駛員的駕駛行為進行分析可知，車輛的控制是一個典型的預瞄控制行為，駕駛員找到當前道路環(huán)境下的預瞄點，根據(jù)預瞄點控制車輛的行為。目前最常用的方法是經(jīng)典的智能PID算法，例如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)

5、絡PID等。 防抱死制動系統(tǒng)其實就算無人駕駛系統(tǒng)。雖然防抱死制動器需要駕駛員來操作但該系統(tǒng)仍可作為無人駕駛系統(tǒng)系列的一個代表，因為防抱死制動系統(tǒng)的部分功能在過去需要駕駛員手動實現(xiàn)。不具備防抱死系統(tǒng)的汽車緊急剎車時，輪胎會被鎖死，導致汽車失控側滑。駕駛沒有防抱死系統(tǒng)的汽車時，駕駛員要反復踩踏制動踏板來防止輪胎鎖死。而現(xiàn)在的防抱死系統(tǒng)可以代替駕駛員完成這一操作——并且比手動操作效果更好。該系統(tǒng)可以監(jiān)控輪胎情況，了解輪胎何時即將鎖死，并及時做出反應。而且反應時機比駕駛員把握得更加準確。防抱死制動系統(tǒng)是引領汽車工業(yè)朝無人駕駛方向發(fā)展的早期技術之一。 　　另一種無人駕駛系統(tǒng)是牽引或穩(wěn)定控制系統(tǒng)。這

6、些系統(tǒng)不太引人注目，通常只有專業(yè)駕駛員才會意識到它們發(fā)揮的作用。牽引和穩(wěn)定控制系統(tǒng)比任何駕駛員的反應都靈敏。與防抱死制動系統(tǒng)不同的是，這些系統(tǒng)非常復雜，各系統(tǒng)會協(xié)調(diào)工作防止車輛失控。 　　當汽車即將失控側滑或翻車時，穩(wěn)定和牽引控制系統(tǒng)可以探測到險情，并及時啟動防止事故發(fā)生。這些系統(tǒng)不斷讀取汽車的行駛方向、速度以及輪胎與地面的接觸狀態(tài)。當探測到汽車將要失控并有可能導致翻車時，穩(wěn)定或牽引控制系統(tǒng)將進行干預。這些系統(tǒng)與駕駛員不同，它們可以對各輪胎單獨實施制動，增大或減少動力輸出，相比同時對四個輪胎進行操作，這樣做通常效果更好。當這些系統(tǒng)正常運行時，可以做出準確反應。相對來說，駕駛員經(jīng)常會在緊急情

7、況下操作失當，調(diào)整過度。 無人駕駛汽車的發(fā)展前景： 無人駕駛汽車的研究主要是高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)。就具體研究內(nèi)容而言，3個方面相互重疊，只是技術的側重點不同。 1.高速公路環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng) 這類系統(tǒng)將使用在環(huán)境限定為具有良好標志的結構化高速公路上，主要完成道路標志線跟蹤、 車輛識別等功能。這些研究把精力集中在簡單結構化環(huán)境下的高速自動駕駛上，其目標是實現(xiàn)進入高速公路之后的全自動駕駛。盡管這樣的應用定位有一定的局限性，但它的確解決了現(xiàn)代社會中最為常見、危險、也是最為枯燥的駕駛環(huán)節(jié)的駕駛任務。 2. 城市環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng) 與高速環(huán)境研究相

8、比，城市環(huán)境下的無人駕駛由于速度較慢，因此更安全可靠，應用前景更 好。短期內(nèi)，可作為城市大容量公共交通(如地鐵等)的一種補充，解決城市區(qū)域交通問題，例如大型活動場所、公園、校園、工業(yè)園、機場等。但是，城市環(huán)境也更為復雜，對感知和控制算法提出了更高的要求。城市環(huán)境中的無人自動駕駛將成為下一階段研究重點。例如，美國國防部“大挑戰(zhàn)”比賽2007年將采用城市環(huán)境。目前這類環(huán)境的應用已經(jīng)進入到小范圍推廣階段，但其大范圍應用目前仍存在一定困難，例如可靠性問題、多車調(diào)度和協(xié)調(diào)問題、與其它交通參與者的交互問題、成本問題、商業(yè)模型等。 3. 特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng) 無人駕駛汽車研究走在前列的國家，一直都

9、很重視其在軍事和其他一些特殊條件下的應用。 但其關鍵技術和基于高速公路和城市環(huán)境的車輛是一致的，只是在性能要求上的側重點不一樣。 例如，車輛的可靠性、對惡劣環(huán)境的適應性是在特殊環(huán)境下考慮的首要問題，也是在未來推廣應用要重點解決的問題。 總結： 無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類在不久的將來會用上智能型無人駕駛汽車。那是一種將探測、識別、判斷、決策、優(yōu)化、優(yōu)選、執(zhí)行、反饋、糾控功能融為一體，會學習、會總結、會提高技能，集微電腦、微電機、綠色環(huán)保動力系統(tǒng)、新型結構材料等頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。需要指出的是，研發(fā)無人駕駛汽車并非要完全替代駕駛員，只是在需要替代的領域和場合作替代。

10、無人駕駛汽車尤其適合從事旅游、應急救援、長途高速客貨運輸、軍事用途，以發(fā)揮可靠、安全、便利及高效的性能優(yōu)勢，減少事故，彌補有人駕駛汽車的不足。無人駕駛汽車在交通領域的應用，從根本上改變了傳統(tǒng)車輛的控制方式，可大大提高交通系統(tǒng)的效率和安全性。隨著高科技的發(fā)展，我國無人駕駛車輛技術將會不斷發(fā)展，其功能也將更完善，學科內(nèi)容將會更豐富，產(chǎn)業(yè)化前景更美好 參考文獻：1 楊欣欣．智能移動機器人導航與控制技術研究．北京：清華大學計算機科學技術系，1999 2 楊明．無人自動駕駛車輛研究綜述與展望，TP242．6 3 孫振平，安向京，賀漢根．cITAVT～IV—— 視覺導航的自主車．機器人，2002．24(2)