無人駕駛汽車論文.doc

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無人駕駛汽車 院別：**學(xué)院 專業(yè)：自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：******** 姓名：********* 摘要：無人駕駛汽車通過傳感器裝置和計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)無人駕駛，這一技術(shù)正漸漸地在生活中的到應(yīng)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(guān)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(hào)高速公路行駛時(shí)，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(gè)類似于擾流板的裝置，蔡特林最初以為這是用來測試風(fēng)速的，其實(shí)這就是谷歌所研發(fā)的無人駕駛汽車系統(tǒng)，在當(dāng)時(shí)，這還是一個(gè)秘密進(jìn)行中的項(xiàng)目。 關(guān)鍵字：無人駕駛汽車，智能，傳感器，導(dǎo)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(xué)汽車系副研究員王建強(qiáng)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(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車”。　同時(shí)它也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，其核心在于位于其內(nèi)的計(jì)算機(jī)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(yīng)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(gè)部位裝有激光感應(yīng)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(shí)別交通信號(hào)、交通標(biāo)志并分析路況。無人駕駛車的運(yùn)動(dòng)控制包括感知、動(dòng)作、行為3個(gè)部分。感知主要是通過車的“眼睛”認(rèn)知周圍環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的精確建模，如結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的車道線的檢測、半結(jié)構(gòu)環(huán)境中的邊緣檢測等；動(dòng)作是指車的“大腦”在收到感知信息時(shí)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(yīng)，體現(xiàn)了無人車的自主性能。無人駕駛車是集視覺計(jì)算、模式識(shí)別和控制等眾多技術(shù)于一體、具有人工智能功能的汽車。它有車載麥克風(fēng)、聲波定位儀、紅外線傳感器、羅盤、激光掃描儀和微波雷達(dá)等多種傳感器，這些裝置相當(dāng)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(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和計(jì)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(dāng)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(dǎo)彈制導(dǎo)的全球定位技術(shù)，通過觸摸屏設(shè)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(qiáng)大許多。普通GPS系統(tǒng)的精度只能達(dá)到幾米，而該汽車卻裝備了名為“實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)GPS”的特殊GPS系統(tǒng)，其精良高達(dá)1厘米。這款無人駕駛汽車裝有充當(dāng)“眼睛”的激光傳感器．能夠避開前進(jìn)道路上的障礙物，還裝有雙鏡頭的攝像頭，來按照路標(biāo)行駛 德國的無人駕駛汽車：車內(nèi)安裝的無人駕駛設(shè)備，包括激光攝像機(jī)、全球定位儀和智能計(jì)算機(jī)。 在行駛過程中，車內(nèi)安裝的全球定位儀將隨時(shí)獲取汽車所在準(zhǔn)確方位。隱藏在前燈和尾燈附近的激光攝像機(jī)隨時(shí)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(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)建三維道路模型。此外，它還能識(shí)別各種交通標(biāo)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(jì)算機(jī)將匯總、分析兩組數(shù)據(jù)，并根據(jù)結(jié)果向汽車傳達(dá)相應(yīng)的行駛命令。激光掃描器能夠探測路標(biāo)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(shí)現(xiàn)自行駕駛：如果前方突然出現(xiàn)汽車，它會(huì)自動(dòng)剎車：如果路面暢通無阻，它會(huì)選擇加速；如果有行人進(jìn)入車道，它也能緊急剎車。此外，它也會(huì)自行繞過?？康钠渌囕v。 谷歌的無人駕駛汽車：谷歌無人駕駛汽車通過攝像機(jī)、雷達(dá)傳感器和激光測距儀來“看到”其他車輛，并使用詳細(xì)的地圖（我們通過手動(dòng)駕駛車輛收集而來）來進(jìn)行導(dǎo)航。但不論怎樣的無人駕駛汽車都集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(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)國家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國防和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 同時(shí)，幾乎所有汽車業(yè)巨頭都同意谷歌的這一觀點(diǎn)：下一代的汽車將不會(huì)糾結(jié)于馬力和力矩，而是聚焦在諸如“雷達(dá)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(dá)，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預(yù)防系統(tǒng)，它的后保險(xiǎn)杠上有一個(gè)裝置，當(dāng)它在汽車的盲點(diǎn)內(nèi)檢測到物體時(shí)，便會(huì)發(fā)出警報(bào)。奔馳的另一款轎車在擋風(fēng)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(shí)別車道標(biāo)記。如果汽車不小心離開了車道，方向盤會(huì)輕微震動(dòng)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(huì)在擋風(fēng)玻璃上裝載兩個(gè)攝像頭以實(shí)時(shí)生成前方路面的三維圖像，檢測諸如行人之類的潛在危險(xiǎn)，并且預(yù)測他們的行動(dòng) 3、 無人駕駛汽車的難點(diǎn) 正如所有革命性產(chǎn)品的最初誕生一樣，目前，造價(jià)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(jià)高達(dá)30萬美元。 該汽車技術(shù)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(dāng)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(shí)別，這個(gè)比較難。車上裝的傳感器有激光、有毫米波雷達(dá)、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(shè)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(gè)難點(diǎn)：電腦的安全性問題。無人駕駛汽車的運(yùn)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(yuǎn)程控制，后果不堪設(shè)想。輕則發(fā)生交通事故、車毀人亡，重則是整個(gè)交通系統(tǒng)的癱瘓和整個(gè)社會(huì)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(diǎn)。 4、 無人駕駛汽車的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：雖然無人駕駛汽車正在試驗(yàn)階段，但其中的部分技術(shù)還是應(yīng)用到了我們的實(shí)際生活中。相信不少學(xué)過車的朋友一定會(huì)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(shí)，許多辛勤的學(xué)習(xí)者最終還是功虧一簣。而借助汽車?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)，車載電腦可計(jì)算出車輛正確的操作流程，進(jìn)而控制方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，駕駛者通過控制剎車就可以達(dá)到自動(dòng)泊車的效果。在寸土寸金的城市中，快速準(zhǔn)確的泊車，不僅會(huì)在最大限度上減少對交通的影響，還會(huì)節(jié)省道路資源。在市場上的量產(chǎn)車型中，大眾CC、斯柯達(dá)昊銳、豐田皇冠等，都裝配有自動(dòng)泊車系統(tǒng)。雖然裝配有該系統(tǒng)的量產(chǎn)車價(jià)格普遍較高，但隨著技術(shù)的成熟與普及，自動(dòng)泊車技術(shù)會(huì)如同倒車?yán)走_(dá)一樣，在平民車型中得到廣泛使用。在汽車技術(shù)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(shù)無疑會(huì)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(bào)告》中所呈現(xiàn)的城市交通系統(tǒng)，在不遠(yuǎn)的將來可望通過無人駕駛汽車得以實(shí)現(xiàn)。 另外，研發(fā)無人駕駛汽車的目的只有一個(gè)，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(rèn)為，他們的技術(shù)可以減少這一數(shù)字，甚至使其下降一半。 再者，谷歌還認(rèn)為，自動(dòng)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(yùn)力。在節(jié)約時(shí)間方面，美國交通運(yùn)輸部估計(jì)，每一工作日，人們平均花費(fèi)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(shí)間。 缺點(diǎn)：乘客要保持警惕 相比無人駕駛飛機(jī)在天上信馬由韁，無人駕駛汽車所遇到的道路狀況要復(fù)雜得多。 無人駕駛汽車的工作原理，是使用視頻攝像頭、雷達(dá)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(jìn)行導(dǎo)航。 實(shí)際操作中，在無人汽車行駛過程中，車載電腦會(huì)從谷歌的數(shù)據(jù)中心下載相關(guān)的信息，本地則通過感應(yīng)裝置——一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)的雷達(dá)獲取信息，把它們和下載到的路線結(jié)合處理，決定當(dāng)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(yīng)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(jìn)行比較，從而能對移動(dòng)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(huì)在車載電腦里匯總整合，并對汽車航跡進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，這樣能大大地提高線路精度，將導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差縮小到厘米級(jí)。 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(huì)發(fā)出肉眼可見的光線，但是它仍然需要雷達(dá)協(xié)助它探測遠(yuǎn)處的高速移動(dòng)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(dá)給車載電腦進(jìn)行處理作出相應(yīng)的動(dòng)作。 可以想象，這一整套系統(tǒng)的編程會(huì)有多么麻煩，比如換道的算法，沒有交通燈時(shí)的路口會(huì)車等等復(fù)雜駕駛動(dòng)作。以后者為例，無人車會(huì)先靠右停下來，觀察對方行動(dòng)，如果對方?jīng)]有動(dòng)作，它就往前挪一點(diǎn)點(diǎn)，再看對方反應(yīng)，如果還不動(dòng)，那它才會(huì)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(hù)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(shí)的各種駕駛動(dòng)作記錄下來。與此同時(shí)，試車員需要坐在駕駛位上以備在出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)手控車輛，試車員隨時(shí)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(jìn)入手動(dòng)駕駛模式。內(nèi)華達(dá)政府相關(guān)人士表示：無人駕駛汽車上路測試的前提是，確?？傆腥四軌蛟诜较虮P后進(jìn)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(dòng)安全創(chuàng)新電子系統(tǒng)總監(jiān)JohnCapp表示，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵在于車道保持技術(shù)，這一技術(shù)利用前置攝像頭探測道路標(biāo)線，同時(shí)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(dòng)駕駛技術(shù)成功應(yīng)用在車輛上，該系統(tǒng)也會(huì)受制于一些外部因素，比如天氣狀況和道路標(biāo)線的可見度，從而在使用上有一定局限性。當(dāng)沒有可靠的數(shù)據(jù)可用時(shí)，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(shù)已得到飛速發(fā)展，并且在某些地區(qū)已經(jīng)投入到實(shí)際應(yīng)用中。 國外： 無人駕駛汽車 發(fā)達(dá)國家從二十世紀(jì)七十年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車研究，在可行性和實(shí)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(jì)八十年代，美國就提出自主地面車輛（ALV）計(jì)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(shù)上的局限和預(yù)期目標(biāo)過于復(fù)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(xiàng)目上。 1999年，一輛由美國卡耐基梅隆大學(xué)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(yàn)。在全長5000km的美國州際高速公路上，整個(gè)實(shí)驗(yàn)96%以上的路程是車輛自主駕駛的，車速達(dá)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(dòng)駕駛系統(tǒng)主要由道路誘導(dǎo)、車隊(duì)行駛、追尾防止和運(yùn)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(shè)在道路中間的永久性磁石進(jìn)行導(dǎo)向，控制車輛行駛方向。 2007年，德國漢堡一家公司應(yīng)用先進(jìn)的激光傳感技術(shù)把一輛普通轎車改裝而成，可以在錯(cuò)綜復(fù)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(cuò)綜復(fù)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(shè)備，包括激光攝像機(jī)、全球定位儀和智能計(jì)算機(jī)。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(xué)從二十世紀(jì)八十年代開始進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)研究。 中國： 1989年，中國首輛智能小車在國防科技大學(xué)誕生。 1992年，國防科技大學(xué)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(xué)研制的第四代無人駕駛汽車試驗(yàn)成功，最高時(shí)速達(dá)76km，創(chuàng)下國內(nèi)最高紀(jì)錄。 2007年，國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院和中國第一汽車集團(tuán)公司聯(lián)合研發(fā)的紅旗旗艦無人駕駛轎車，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。 2012年10月，從國家自然科學(xué)基金委員會(huì)舉辦的發(fā)布會(huì)上獲悉，中國自主研發(fā)的無人駕駛汽車2013年將進(jìn)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(duì)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(huì)（IEEE）預(yù)計(jì)，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(diǎn)：下一代的汽車將不會(huì)糾結(jié)于馬力和力矩，而是聚焦在諸如“雷達(dá)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(dá)，它可以用來跟蹤附近的物體。例如，奔馳的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)便是一種事故預(yù)防系統(tǒng)，它的后保險(xiǎn)杠上有一個(gè)裝置，當(dāng)它在汽車的盲點(diǎn)內(nèi)檢測到物體時(shí)，便會(huì)發(fā)出警報(bào)。奔馳的另一款轎車在擋風(fēng)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(shí)別車道標(biāo)記。如果汽車不小心離開了車道，方向盤會(huì)輕微震動(dòng)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(huì)在擋風(fēng)玻璃上裝載兩個(gè)攝像頭以實(shí)時(shí)生成前方路面的三維圖像，檢測諸如行人之類的潛在危險(xiǎn)，并且預(yù)測他們的行動(dòng)…… 當(dāng)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(xiàn)： 1. 《新營銷》 2. 《科技日報(bào)》 3. 《第一財(cái)經(jīng)日報(bào)》 4.《環(huán)球》雜志 第17期