無人駕駛汽車的構(gòu)想

1、無人駕駛汽車的構(gòu)想 2007012129 楊雨摘要： 無人駕駛系統(tǒng)從根本上改變了傳統(tǒng)的“人一車一路”閉環(huán)控制方式，將不可控的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請出去，從而大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性。本文以此出發(fā)，闡述了應(yīng)用當(dāng)前汽車電子電器設(shè)備發(fā)展成無人駕駛的可能性以及無人駕駛研究的關(guān)鍵點(diǎn)及研究方向。關(guān)鍵詞：定速巡航系統(tǒng)，實(shí)時(shí)運(yùn)動GPS，汽車防撞系統(tǒng)，道路標(biāo)志識別系統(tǒng)，道路標(biāo)志識別系統(tǒng)，高速環(huán)境，城市環(huán)境，特殊環(huán)境。文章內(nèi)容：無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛。 無人駕駛汽車集自動控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于

2、一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識別和智能控制技術(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。 從20世紀(jì)70年代開始，美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，目前在可行性和實(shí)用化方面都取得了突破性的進(jìn)展。我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，國防科技大學(xué)在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。怎樣才能讓汽車自動駕駛，而不需要人的幫助呢？這需要用到許多汽車電子設(shè)備。在眾多的汽車電子設(shè)備中，有一種可以在高速公路上讓司機(jī)不用再去控制油門踏板，減輕疲勞，同時(shí)減少不必要的車速變化，節(jié)省燃料的設(shè)備。那就是汽

3、車定速巡航系統(tǒng)（Cruise Control System）縮寫為CCS，又稱為定速巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)等。這種系統(tǒng)在國外汽車上應(yīng)用較多，在美國，安裝率已達(dá)到60以上。然而，在我國由于道路條件限制，使用率不高。即使該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，駕駛員也不在意。另外，由于維修技術(shù)不能與汽車技術(shù)同步飛速發(fā)展，許多維修人員尚對該系統(tǒng)認(rèn)識不足，以致于在維修過程中無意間對該系統(tǒng)造成干擾或損壞，無法科學(xué)分析故障現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷故障根源。 定速巡航系統(tǒng)主要由控制開關(guān)、控制組件（巡航電腦）伺服器（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）組成。定速巡航系統(tǒng)的工作原理，簡單地說就是由巡航控制組件讀取車速傳感器發(fā)來的脈沖信號與設(shè)定的速度進(jìn)行

4、比較，從而來調(diào)整節(jié)氣門開度的增大或減小，以使車輛始終保持所設(shè)定的速度。比如，車輛上坡時(shí)速度下降，車速傳感器發(fā)來的脈沖信號下降，控制組件將發(fā)指令給伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)打開相應(yīng)角度的節(jié)氣門來保持車速。相反，下坡時(shí)將減小節(jié)氣門的開度。汽車防撞系統(tǒng)，是防止汽車發(fā)生碰撞的一種智能裝置。它能夠自動發(fā)現(xiàn)可能與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人、或其他障礙物體，發(fā)出警報(bào)或同時(shí)采取制動或規(guī)避等措施，以避免碰撞的發(fā)生。汽車防撞系統(tǒng)包括三個(gè)部分：（1）信號采集系統(tǒng)：采用雷達(dá)、激光、聲納等技術(shù)自動測出本車速度、前車速度以及兩車之間的距離；（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)芯片對兩車距離以及兩車的瞬時(shí)相對速度進(jìn)行處理后，判斷兩車的安全距離，如果

5、兩車車距小于安全距離，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就會發(fā)出指令；（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：負(fù)責(zé)實(shí)施數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)來的指令，發(fā)出警報(bào)，提醒司機(jī)剎車，如司機(jī)沒有執(zhí)行指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將采取措施，比如關(guān)閉車窗、調(diào)整座椅位置、鎖死方向盤、自動剎車等；道路標(biāo)志識別系統(tǒng)，它是裝在車內(nèi)后視鏡上的攝像頭會捕捉道路兩旁的限速標(biāo)志牌，得到的數(shù)據(jù)會和導(dǎo)航地圖相匹配，結(jié)果會出現(xiàn)在儀表盤中。如果是遇到“濕滑路段”或者“6點(diǎn)22點(diǎn)禁行”這樣的標(biāo)志牌，車載電腦還會激活車上的時(shí)鐘或是雨量感應(yīng)器。他是寶馬公司研發(fā)的新型系統(tǒng)。實(shí)時(shí)運(yùn)動GPS，標(biāo)準(zhǔn)GPS系統(tǒng)的精度只能達(dá)到幾米，而Cycab裝備了的特殊GPS系統(tǒng)“實(shí)時(shí)運(yùn)動GPS”系統(tǒng)，其精度可達(dá)到1厘米。以上系

6、統(tǒng)都是無人駕駛系統(tǒng)所需要的基本系統(tǒng)之一。目前各個(gè)國家對無人駕駛都有一些研究。由法國公司INRIA花費(fèi)十年心血研制而成的Cycab。這款無人駕駛汽車?yán)眉す鈧鞲衅鞅荛_前進(jìn)道路上的障礙物，甚至可以通過手機(jī)控制駕駛Cycab，并且裝有雙鏡頭攝像頭可按照路標(biāo)行駛。每一輛Cycab通過互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行通信，這意味著這些無人駕駛汽車之間能夠信息共享，這樣多輛Cycab能夠組成車隊(duì)，以很小的間隔順序行駛。Cycab也能從網(wǎng)上獲取實(shí)時(shí)交通信息，防止交通阻塞的發(fā)生。在行駛過程中，Cycab還會自動發(fā)出警告，提醒過往行人注意。 英國版本的無人駕駛汽車被命名為ULTras，是由英國先進(jìn)交通系統(tǒng)公司和布里斯托爾大學(xué)聯(lián)合研

7、制的。乘客使用智能卡在汽車上的觸摸屏選擇好目的地。只需等待十秒鐘，ULTras就會帶乘客前往目的地。一路上ULTras會自動適時(shí)選擇剎車、加快速度，并且可以應(yīng)對交通高峰和出現(xiàn)障礙物等情況。它會一路暢通地把乘客送到目的地。乘客到了之后，只需把車子停在那里自行離開就好了。這種無人駕駛汽車要么停在原地，要么就被控制中心調(diào)度到其他需要用車的地方?？刂浦行谋ＷC每一輛無人駕駛汽車沿著一條路線行駛，確保它們之間不會發(fā)生撞車。2009年5月，16個(gè)國家的代表在英國倫敦希斯羅機(jī)場親眼目睹了許多輛無人駕駛汽車ULTras自動駛離、抵達(dá)車站的景象。美國通用的名為EN-V的無人駕駛汽車，從外形到內(nèi)在都顛覆了傳統(tǒng)的汽車

8、概念。它的車身極小，長寬高都在1.5米左右，單排雙座。由于身材小巧，它的自重只有600公斤，可以最大限度地節(jié)省能源。這款車上沒有擋位，也沒有方向盤，全靠座位前側(cè)一塊書本大小的觸摸屏來實(shí)現(xiàn)駕駛操作。如果車主犯懶，啟動“自動駕駛”程序，這車就會神奇地自己轉(zhuǎn)彎、加減速、停泊。這款車集成了當(dāng)今汽車行業(yè)的三項(xiàng)尖端技術(shù)：通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，確定自己的位置和目的地；通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，采集周圍的路況、車況及行人信息，使汽車比駕駛者本人更加清楚路面情況；通過自動控制技術(shù)，使汽車根據(jù)路況實(shí)現(xiàn)自動加速和轉(zhuǎn)彎。三項(xiàng)技術(shù)的綜合運(yùn)用，不僅使EN-V實(shí)現(xiàn)了無人駕駛，還使其可以有效避免撞擊，從而與車禍絕緣。此外，EN-V

9、還是一款零排放汽車，以電力作為能源。據(jù)稱，它充電一次可行駛40公里，最高時(shí)速40公里。我國對無人駕駛也有很不錯(cuò)的研究成果。在第二屆中國吉林東北亞投資貿(mào)易博覽會開幕當(dāng)天，紅旗HQ3無人駕駛轎車以每小時(shí)60公里的速度演示于展場。紅旗HQ3無人駕駛轎車的研制成功，標(biāo)志著我國自主品牌轎車在以自主駕駛系統(tǒng)為核心的汽車主動安全控制上的重大突破。紅旗HQ3無人駕駛轎車不僅環(huán)境識別速度快，適應(yīng)性強(qiáng)，能實(shí)時(shí)處理岔道，斑馬線和虛線；對車體姿態(tài)變動，自然光照變化及樹木，路橋陰影都具有較強(qiáng)的自適應(yīng)力。而且擁有較強(qiáng)的命令執(zhí)行系統(tǒng)，能夠忠實(shí)地執(zhí)行“大腦”發(fā)出的各種控制指令，在高速公路上，最高時(shí)速已達(dá)150公里。目前，該系

10、統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了小型化并和原車很好地融為一體。除前風(fēng)擋玻璃后安裝的兩個(gè)攝像機(jī)外，在車廂內(nèi)根本看不到自主駕駛系統(tǒng)的其他任何部件，保持了車廂的原來風(fēng)格。目前，無人駕駛技術(shù)并不是成熟的技術(shù)，還無法廣泛應(yīng)用于普通生活當(dāng)中。因?yàn)闊o人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)不成熟。無人駕駛汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個(gè)方面：車輛定位和車輛控制技術(shù)。這兩方面相輔相成共同構(gòu)成無人駕駛汽車的基礎(chǔ)。車輛定位技術(shù)是無人駕駛汽車行駛的基礎(chǔ)。目前常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺導(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)。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)沙或大雪埋沒路面也一樣有效，而且便于維護(hù)。另外，通過變換磁極朝

11、向進(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)施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運(yùn)營線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。視覺導(dǎo)航就不存在這個(gè)問題。視覺導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是車載計(jì)算機(jī)可以在試驗(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度過低或路面上的白色標(biāo)線不清晰時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會失效。但由于視覺導(dǎo)航對基礎(chǔ)設(shè)施的要求很低，被公認(rèn)為是最有前景的定位方法。車輛控制技術(shù)是無人駕駛汽車的核心

12、，主要包括速度控制和方向控制等幾個(gè)部分。無人駕駛其實(shí)就是用電子技術(shù)控制汽車進(jìn)行的仿人駕駛。通過對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。無人駕駛汽車的研究，可以歸納為3個(gè)方面：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(gè)方面相互重疊，只是技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)不同。在高速公路環(huán)境，無人駕駛技術(shù)研究重點(diǎn)在于道路標(biāo)志識別、車輛識別、道路標(biāo)志線識別，保證汽車在高速運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)汽車進(jìn)入高速公路后實(shí)現(xiàn)完全自動駕駛。在城市環(huán)境，與高速環(huán)境不同，無人駕駛技術(shù)重點(diǎn)在于對障礙物的識別，例如行人，以及各種交通工具，道路障礙等。還有對交通信號燈的識別。同樣道路標(biāo)識以及標(biāo)志線的識別也是需要的。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)緩解城市交通壓力，保證交通通暢。但是在此環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無人駕駛技術(shù)較困難，因?yàn)槌鞘薪煌ōh(huán)境復(fù)雜多變。單靠電子信號處理是不夠的。如將來能研發(fā)出智能電腦可能解決此問題。在特殊環(huán)境，例如軍事。是目前一些對無人駕駛技術(shù)研究有重大成果的國家都注重的方面。在此方面，無人駕駛的可靠性和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性是首要研究目標(biāo)。另外，成本問題也是一個(gè)重要問題，無人駕駛飛機(jī)已經(jīng)研發(fā)出來，其成本非常高，目