無(wú)人駕駛汽車的構(gòu)造原理

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1、　無(wú)人駕駛汽車的構(gòu)造原理 現(xiàn)代科技學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化1003班 張建 2010614270311 內(nèi)容摘要：無(wú)人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。它一般是利用車載傳感器來(lái)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(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛 　　無(wú)人駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺(jué)計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物，也是衡量一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)

2、用前景。 關(guān)鍵字 ：無(wú)人駕駛汽車 技術(shù) 原理 無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀： 發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車研究，目前在可行性和實(shí)用性方面，美國(guó)和德國(guó)走在前列。美國(guó)是世界上研究無(wú)人駕駛車輛最早、水平最高的國(guó)家之一。 無(wú)人駕駛技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，雖然投入很少，但取得了很好的成績(jī)。在人才方面，我國(guó)幾個(gè)五年計(jì)劃的國(guó)家預(yù)研項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持項(xiàng)目，培養(yǎng)了一大批從事無(wú)人駕駛技術(shù)的研究人才。隨著國(guó)外在這項(xiàng)新技術(shù)研發(fā)步伐的加快，我國(guó)也已啟動(dòng)了這項(xiàng)國(guó)家級(jí)的重大研究計(jì)劃——“視聽覺(jué)信息的認(rèn)知計(jì)算”項(xiàng)目。 無(wú)人駕駛汽車的技術(shù)原理： 車輛定位技術(shù)是無(wú)人駕駛汽車行駛的基礎(chǔ)

3、。目前常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺(jué)導(dǎo)航等。其中，磁導(dǎo)航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導(dǎo)航技術(shù)。例如，荷蘭阿姆斯特丹國(guó)際機(jī)場(chǎng)和鹿特丹的ParkShuttle系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的CyberC3系統(tǒng)等。磁導(dǎo)航最大的優(yōu)點(diǎn)是不受天氣等自然條件的影響，即使風(fēng)沙或大雪埋沒(méi)路面也一樣有效，而且便于維護(hù)。另外，通過(guò)變換磁極朝進(jìn)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(gè)道路出口位置等信息。但是，磁導(dǎo)航方法往往需要在道路上埋設(shè)一定的導(dǎo)航設(shè)備(如磁釘或電線)，系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運(yùn)營(yíng)線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。視覺(jué)導(dǎo)航就不存在這個(gè)問(wèn)題。視覺(jué)導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是車載計(jì)算機(jī)可以在

4、試驗(yàn)樣車偏離目標(biāo)車道前，事先知道并預(yù)防其發(fā)生，同時(shí)當(dāng)在高速公路使用時(shí)不需要對(duì)現(xiàn)有的道路結(jié)構(gòu)做變化，并且在混合交通中，也可使用；其缺點(diǎn)為，當(dāng)風(fēng)沙、大霧等自然因素致使能見(jiàn)度過(guò)低或路面上的白色標(biāo)線不清晰時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)失效。但由于視覺(jué)導(dǎo)航對(duì)基礎(chǔ)設(shè)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(shù)是無(wú)人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個(gè)部分。無(wú)人駕駛其實(shí)就是用電子技術(shù)控制汽車進(jìn)行的仿人駕駛。通過(guò)對(duì)駕駛員的駕駛行為進(jìn)行分析可知，車輛的控制是一個(gè)典型的預(yù)瞄控制行為，駕駛員找到當(dāng)前道路環(huán)境下的預(yù)瞄點(diǎn)，根據(jù)預(yù)瞄點(diǎn)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(luò)PID等。 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)其實(shí)就算無(wú)人駕駛系統(tǒng)。雖然防抱死制動(dòng)器需要駕駛員來(lái)操作但該系統(tǒng)仍可作為無(wú)人駕駛系統(tǒng)系列的一個(gè)代表，因?yàn)榉辣乐苿?dòng)系統(tǒng)的部分功能在過(guò)去需要駕駛員手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。不具備防抱死系統(tǒng)的汽車緊急剎車時(shí)，輪胎會(huì)被鎖死，導(dǎo)致汽車失控側(cè)滑。駕駛沒(méi)有防抱死系統(tǒng)的汽車時(shí)，駕駛員要反復(fù)踩踏制動(dòng)踏板來(lái)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(dòng)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(shí)即將鎖死，并及時(shí)做出反應(yīng)。而且反應(yīng)時(shí)機(jī)比駕駛員把握得更加準(zhǔn)確。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是引領(lǐng)汽車工業(yè)朝無(wú)人駕駛方向發(fā)展的早期技術(shù)之一。 　　另一種無(wú)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(huì)意識(shí)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(yīng)都靈敏。與防抱死制動(dòng)系統(tǒng)不同的是，這些系統(tǒng)非常復(fù)雜，各系統(tǒng)會(huì)協(xié)調(diào)工作防止車輛失控。 　　當(dāng)汽車即將失控側(cè)滑或翻車時(shí)，穩(wěn)定和牽引控制系統(tǒng)可以探測(cè)到險(xiǎn)情，并及時(shí)啟動(dòng)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(dāng)探測(cè)到汽車將要失控并有可能導(dǎo)致翻車時(shí)，穩(wěn)定或牽引控制系統(tǒng)將進(jìn)行干預(yù)。這些系統(tǒng)與駕駛員不同，它們可以對(duì)各輪胎單獨(dú)實(shí)施制動(dòng)，增大或減少動(dòng)力輸出，相比同時(shí)對(duì)四個(gè)輪胎進(jìn)行操作，這樣做通常效果更好。當(dāng)這些系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以做出準(zhǔn)確反應(yīng)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，駕駛員經(jīng)常會(huì)在緊急情

7、況下操作失當(dāng)，調(diào)整過(guò)度。 無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展前景： 無(wú)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(wú)人駕駛系統(tǒng)。就具體研究?jī)?nèi)容而言，3個(gè)方面相互重疊，只是技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)不同。 1.高速公路環(huán)境下的無(wú)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(biāo)志的結(jié)構(gòu)化高速公路上，主要完成道路標(biāo)志線跟蹤、 車輛識(shí)別等功能。這些研究把精力集中在簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的高速自動(dòng)駕駛上，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)進(jìn)入高速公路之后的全自動(dòng)駕駛。盡管這樣的應(yīng)用定位有一定的局限性，但它的確解決了現(xiàn)代社會(huì)中最為常見(jiàn)、危險(xiǎn)、也是最為枯燥的駕駛環(huán)節(jié)的駕駛?cè)蝿?wù)。 2. 城市環(huán)境下的無(wú)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(wú)人駕駛由于速度較慢，因此更安全可靠，應(yīng)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(bǔ)充，解決城市區(qū)域交通問(wèn)題，例如大型活動(dòng)場(chǎng)所、公園、校園、工業(yè)園、機(jī)場(chǎng)等。但是，城市環(huán)境也更為復(fù)雜，對(duì)感知和控制算法提出了更高的要求。城市環(huán)境中的無(wú)人自動(dòng)駕駛將成為下一階段研究重點(diǎn)。例如，美國(guó)國(guó)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(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入到小范圍推廣階段，但其大范圍應(yīng)用目前仍存在一定困難，例如可靠性問(wèn)題、多車調(diào)度和協(xié)調(diào)問(wèn)題、與其它交通參與者的交互問(wèn)題、成本問(wèn)題、商業(yè)模型等。 3. 特殊環(huán)境下的無(wú)人駕駛系統(tǒng) 無(wú)人駕駛汽車研究走在前列的國(guó)家，一直都

9、很重視其在軍事和其他一些特殊條件下的應(yīng)用。 但其關(guān)鍵技術(shù)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(cè)重點(diǎn)不一樣。 例如，車輛的可靠性、對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性是在特殊環(huán)境下考慮的首要問(wèn)題，也是在未來(lái)推廣應(yīng)用要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。 總結(jié)： 無(wú)人駕駛汽車是未來(lái)汽車發(fā)展的方向，人類在不久的將來(lái)會(huì)用上智能型無(wú)人駕駛汽車。那是一種將探測(cè)、識(shí)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(huì)學(xué)習(xí)、會(huì)總結(jié)、會(huì)提高技能，集微電腦、微電機(jī)、綠色環(huán)保動(dòng)力系統(tǒng)、新型結(jié)構(gòu)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(wú)人駕駛汽車并非要完全替代駕駛員，只是在需要替代的領(lǐng)域和場(chǎng)合作替代。

10、無(wú)人駕駛汽車尤其適合從事旅游、應(yīng)急救援、長(zhǎng)途高速客貨運(yùn)輸、軍事用途，以發(fā)揮可靠、安全、便利及高效的性能優(yōu)勢(shì)，減少事故，彌補(bǔ)有人駕駛汽車的不足。無(wú)人駕駛汽車在交通領(lǐng)域的應(yīng)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(guó)無(wú)人駕駛車輛技術(shù)將會(huì)不斷發(fā)展，其功能也將更完善，學(xué)科內(nèi)容將會(huì)更豐富，產(chǎn)業(yè)化前景更美好 參考文獻(xiàn)：1 楊欣欣．智能移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航與控制技術(shù)研究．北京：清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系，1999 2 楊明．無(wú)人自動(dòng)駕駛車輛研究綜述與展望，TP242．6 3 孫振平，安向京，賀漢根．cITAVT～I(xiàn)V—— 視覺(jué)導(dǎo)航的自主車．機(jī)器人，2002．24(2)