智能車輛體系結(jié)構(gòu)_汽車與自動駕駛系統(tǒng)

1、課程名稱課程名稱http:/1汽車與自動駕駛系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 世界智能車輛的研究與發(fā)展世界智能車輛的研究與發(fā)展 第三節(jié)第三節(jié) 智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng)智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制 第五節(jié)第五節(jié) 智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航第六節(jié)第六節(jié) 小結(jié)小結(jié)課程名稱課程名稱http:/211.1 概 述 11.1.1 汽車自動駕駛概念汽車自動駕駛概念 是指借助車載設(shè)備及路側(cè)、路表的電子設(shè)備來檢測周圍是指借助車載設(shè)備及路側(cè)、路表的電子設(shè)備來檢測周圍行駛環(huán)境的變化情況，進(jìn)

2、行部分或完全的自動駕駛控制行駛環(huán)境的變化情況，進(jìn)行部分或完全的自動駕駛控制的系統(tǒng)，目的是提高行車安全和道路通行能力。的系統(tǒng)，目的是提高行車安全和道路通行能力。 該系統(tǒng)的本質(zhì)就是將車輛該系統(tǒng)的本質(zhì)就是將車輛道路系統(tǒng)中的現(xiàn)代化的通道路系統(tǒng)中的現(xiàn)代化的通信技術(shù)、控制技術(shù)和交通信息理論加以集成，提供一個(gè)信技術(shù)、控制技術(shù)和交通信息理論加以集成，提供一個(gè)良好的駕駛環(huán)境，在特定條件下，車輛將在自動控制下良好的駕駛環(huán)境，在特定條件下，車輛將在自動控制下安全行駛。安全行駛。 從當(dāng)前的發(fā)展看，可以分為兩個(gè)層次：從當(dāng)前的發(fā)展看，可以分為兩個(gè)層次：是車輛輔助安全駕駛系統(tǒng)，或者是先進(jìn)的車輛控制技術(shù)；是車輛輔助安全駕駛系

3、統(tǒng)，或者是先進(jìn)的車輛控制技術(shù)；是自動駕駛系統(tǒng)，或者稱為智能汽車，智能汽車在智能是自動駕駛系統(tǒng)，或者稱為智能汽車，智能汽車在智能公路上使用才能發(fā)揮出全部功能，如果在普通公路上使公路上使用才能發(fā)揮出全部功能，如果在普通公路上使用，它僅僅是一輛裝備了輔助安全駕駛系統(tǒng)的汽車。用，它僅僅是一輛裝備了輔助安全駕駛系統(tǒng)的汽車。 課程名稱課程名稱http:/311.1 概 述11.1.2 車輛自動駕駛系統(tǒng)主要目的車輛自動駕駛系統(tǒng)主要目的防止部分交通事故的發(fā)生；防止部分交通事故的發(fā)生；提高道路利用率；提高道路利用率；提高駕駛員方便性；提高駕駛員方便性；減輕駕駛員負(fù)擔(dān)；減輕駕駛員負(fù)擔(dān)；實(shí)現(xiàn)車輛的安全高效行駛實(shí)現(xiàn)車

4、輛的安全高效行駛課程名稱課程名稱http:/411.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展 11.2.1 智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展 它的研究始于它的研究始于20世紀(jì)世紀(jì)50年代初美國年代初美國 Barrett Electronics公公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS）1974年，瑞典的年，瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配工廠與轎車裝配工廠與SchiinderDigitron公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的AGVS，并由多臺該

5、種，并由多臺該種AGVS組成了汽車裝配線，從而取組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。20世紀(jì)世紀(jì)80年代，伴隨著與機(jī)器人技術(shù)密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)。年代，伴隨著與機(jī)器人技術(shù)密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)。電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，國外掀起了智能機(jī)器人研電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，國外掀起了智能機(jī)器人研究熱潮，其中各種具有廣闊應(yīng)用前景和軍事價(jià)值的移動究熱潮，其中各種具有廣闊應(yīng)用前景和軍事價(jià)值的移動式機(jī)器人受到西方各國的普遍關(guān)注式機(jī)器人受到西方各國的普遍關(guān)注課程名稱課程名稱http:/511.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.2 智能車輛的研究方向智能車輛

6、的研究方向 目前智能車輛的研究方向主要有以下幾個(gè)方面：目前智能車輛的研究方向主要有以下幾個(gè)方面：駕駛員行為分析（駕駛員行為分析（Driver Behavior Analysis） 環(huán)境感知（環(huán)境感知（Environmental Perception） 極端情況下的自主駕駛（極端情況下的自主駕駛（Autonomous Driving on Extreme Courses） 規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航（規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航（Autonomous Navigation on Normal Environment） 車輛運(yùn)動控制系統(tǒng)（車輛運(yùn)動控制系統(tǒng)（Vehicle Motion Control Syste

7、ms） 主動安全系統(tǒng)（主動安全系統(tǒng)（Active Safety Systems） 交通監(jiān)控、車輛導(dǎo)航及協(xié)作（交通監(jiān)控、車輛導(dǎo)航及協(xié)作（Traffic Monitoring, Vehicle Navigation and Coordination） 課程名稱課程名稱http:/611.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.2 智能車輛的研究方向智能車輛的研究方向車輛交互通信（車輛交互通信（Inter-vehicle Communications） 軍事應(yīng)用（軍事應(yīng)用（Military Applications） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（System Architectures） 先進(jìn)的安全車輛（先進(jìn)

8、的安全車輛（Advanced Safety Vehicles） 課程名稱課程名稱http:/711.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.3 智能車輛的研究范圍智能車輛的研究范圍 計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺 傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合 智能控制在智能車輛上的應(yīng)用智能控制在智能車輛上的應(yīng)用 課程名稱課程名稱http:/811.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.4 智能車輛體系結(jié)構(gòu)智能車輛體系結(jié)構(gòu) 智能車輛集多種傳感數(shù)據(jù)融合、視覺信息處理、環(huán)境建智能車輛集多種傳感數(shù)據(jù)融合、視覺信息處理、環(huán)境建模、導(dǎo)航、避障等功能于一體。為完成如此復(fù)雜、如此模、導(dǎo)航、避障等功能于一體。為完成如此復(fù)雜、如此眾多的功能

9、，歷史上曾有幾種體系結(jié)構(gòu)，如水平型結(jié)構(gòu)、眾多的功能，歷史上曾有幾種體系結(jié)構(gòu)，如水平型結(jié)構(gòu)、垂直型結(jié)構(gòu)和綜合型結(jié)構(gòu)。垂直型結(jié)構(gòu)和綜合型結(jié)構(gòu)。 課程名稱課程名稱http:/911.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.4 智能車輛體系結(jié)構(gòu)智能車輛體系結(jié)構(gòu) 課程名稱課程名稱http:/1011.2 世界智能車輛的研究與發(fā)展11.2.5 智能車輛技術(shù)的應(yīng)用智能車輛技術(shù)的應(yīng)用 在日本，眾多的汽車廠商也在進(jìn)行類似的開發(fā)工作，日在日本，眾多的汽車廠商也在進(jìn)行類似的開發(fā)工作，日本政府也制定了完整的開發(fā)和實(shí)施計(jì)劃，提出了智能道本政府也制定了完整的開發(fā)和實(shí)施計(jì)劃，提出了智能道路的概念。路的概念。2000年年11月

10、在日本的筑波，來自日本各大汽月在日本的筑波，來自日本各大汽車廠家和美國的試驗(yàn)車輛完成了實(shí)證試驗(yàn)，這些試驗(yàn)車車廠家和美國的試驗(yàn)車輛完成了實(shí)證試驗(yàn)，這些試驗(yàn)車輛不但可以在路段上自動駕駛，而且在路口可以探測其輛不但可以在路段上自動駕駛，而且在路口可以探測其它方向的車輛和過街的行人，并采取相應(yīng)的措施。它方向的車輛和過街的行人，并采取相應(yīng)的措施。2001年以后，日本開始在各地進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，年以后，日本開始在各地進(jìn)行實(shí)證試驗(yàn)，2003年計(jì)劃在年計(jì)劃在第二東名、名神公路先行引進(jìn)使用，第二東名、名神公路先行引進(jìn)使用，2015年左右在全國年左右在全國主要干線道路實(shí)現(xiàn)智能道路。主要干線道路實(shí)現(xiàn)智能道路。課程名稱課

11、程名稱http:/1111.3 智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng) 11.3.1 引言引言 智能車輛的研究始于智能車輛的研究始于20世紀(jì)世紀(jì)50年代美國開發(fā)的地下埋線年代美國開發(fā)的地下埋線感應(yīng)式自動引導(dǎo)車輛，雖然其引導(dǎo)技術(shù)已十分成熟，但感應(yīng)式自動引導(dǎo)車輛，雖然其引導(dǎo)技術(shù)已十分成熟，但該種思路很難應(yīng)用于戶外環(huán)境。該種思路很難應(yīng)用于戶外環(huán)境。20世紀(jì)世紀(jì)80年代以來，人年代以來，人們一直在研究其他引導(dǎo)技術(shù)，先后研究過光學(xué)導(dǎo)航、視們一直在研究其他引導(dǎo)技術(shù)，先后研究過光學(xué)導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、超聲導(dǎo)航、紅外線導(dǎo)航等，其中視覺導(dǎo)航因其覺導(dǎo)航、超聲導(dǎo)航、紅外線導(dǎo)航等，其中視覺導(dǎo)航因其發(fā)展?jié)摿薮笪藝鴥?nèi)外眾多的研

12、究者發(fā)展?jié)摿薮笪藝鴥?nèi)外眾多的研究者 。課程名稱課程名稱http:/1211.3 智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng)11.3.2 車輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)車輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo) 智能車輛的組織和控制結(jié)構(gòu)可粗略分為以下三類基本模智能車輛的組織和控制結(jié)構(gòu)可粗略分為以下三類基本模塊。塊。感知模塊：獲取并處理現(xiàn)場的環(huán)境信息。感知模塊：獲取并處理現(xiàn)場的環(huán)境信息。規(guī)劃模塊：分解任務(wù)序列進(jìn)行規(guī)劃與決策。規(guī)劃模塊：分解任務(wù)序列進(jìn)行規(guī)劃與決策。執(zhí)行模塊：驅(qū)動車體執(zhí)行任務(wù)操作執(zhí)行模塊：驅(qū)動車體執(zhí)行任務(wù)操作 課程名稱課程名稱http:/1311.3 智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng)11.3.2 車輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)車

13、輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo) 2001年，吉林大學(xué)智能車輛課題組研制開發(fā)了年，吉林大學(xué)智能車輛課題組研制開發(fā)了JLUIV-試驗(yàn)車試驗(yàn)車13，它是課題組在低速智能車輛研究領(lǐng)域面向柔，它是課題組在低速智能車輛研究領(lǐng)域面向柔性生產(chǎn)組織和戶內(nèi)外物流自動化運(yùn)輸開發(fā)的實(shí)用型自動性生產(chǎn)組織和戶內(nèi)外物流自動化運(yùn)輸開發(fā)的實(shí)用型自動引導(dǎo)車輛（引導(dǎo)車輛（Automated Guided Vehicle）。）。JUTIV-型視型視覺導(dǎo)航智能車輛的功能主要有：覺導(dǎo)航智能車輛的功能主要有： 基于條帶狀路標(biāo)的計(jì)算機(jī)視覺自主導(dǎo)航基于條帶狀路標(biāo)的計(jì)算機(jī)視覺自主導(dǎo)航自動識別數(shù)字編碼的多停靠工位和多分支路徑自動識別數(shù)字編碼的多?？抗の缓投?/p>

14、分支路徑自動識別加速、減速、直角轉(zhuǎn)彎、停車等車輛運(yùn)動狀態(tài)自動識別加速、減速、直角轉(zhuǎn)彎、停車等車輛運(yùn)動狀態(tài)標(biāo)識符標(biāo)識符智能識別障礙物智能識別障礙物課程名稱課程名稱http:/1411.3 智能車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與微機(jī)測控系統(tǒng)11.3.2 車輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)車輛體系結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo) 課程名稱課程名稱http:/1511.4 基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制11.4.1 計(jì)算機(jī)視覺導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)計(jì)算機(jī)視覺導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn) 相關(guān)傳感器系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且使控制器的設(shè)計(jì)更加相關(guān)傳感器系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且使控制器的設(shè)計(jì)更加靈活方便靈活方便 視覺導(dǎo)航能更容易地提供車輛行車環(huán)境的障礙物信息，視覺導(dǎo)航能更容易地提供車輛行車

15、環(huán)境的障礙物信息，從而使車輛避障更加容易從而使車輛避障更加容易 課程名稱課程名稱http:/1611.4 基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制11.4.2 條帶狀路標(biāo)檢測算法條帶狀路標(biāo)檢測算法 圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理 ：像質(zhì)改善，如圖像銳化、平滑、復(fù)原、校正等；像質(zhì)改善，如圖像銳化、平滑、復(fù)原、校正等；圖像分析，如邊緣與線的檢測、區(qū)域分割、形狀特征測圖像分析，如邊緣與線的檢測、區(qū)域分割、形狀特征測量等；量等；圖像重建，如投影圖像重建、利用對象生成立體圖像、圖像重建，如投影圖像重建、利用對象生成立體圖像、全息圖生成等全息圖生成等 圖像平滑：圖像平滑： 圖像平滑屬低通濾波圖像處理，其目的是保留圖像空間

16、圖像平滑屬低通濾波圖像處理，其目的是保留圖像空間頻率的低頻部分，減少圖像的高頻部分。低通濾波可以頻率的低頻部分，減少圖像的高頻部分。低通濾波可以降低圖像中的視覺噪聲，同時(shí)去除圖像中的高頻成分后，降低圖像中的視覺噪聲，同時(shí)去除圖像中的高頻成分后，圖像中那些不明顯的低頻部分就更容易顯現(xiàn)了。圖像中那些不明顯的低頻部分就更容易顯現(xiàn)了。 課程名稱課程名稱http:/1711.4 基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制11.4.3 模糊邏輯控制模糊邏輯控制 模糊邏輯控制的突出特點(diǎn)在于：模糊邏輯控制的突出特點(diǎn)在于：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要

17、提供現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識及操作數(shù)據(jù)；要提供現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識及操作數(shù)據(jù)；控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，是英語解決常規(guī)控制難以解決的控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，是英語解決常規(guī)控制難以解決的非線性、時(shí)變及滯后系統(tǒng)非線性、時(shí)變及滯后系統(tǒng) 模糊邏輯控制系統(tǒng)的基本組成部分：模糊邏輯控制系統(tǒng)的基本組成部分： 模糊邏輯控制系統(tǒng)由模糊規(guī)則庫、模糊推理機(jī)、模糊產(chǎn)模糊邏輯控制系統(tǒng)由模糊規(guī)則庫、模糊推理機(jī)、模糊產(chǎn)生器、模糊消除器四部分組成生器、模糊消除器四部分組成 。 課程名稱課程名稱http:/1811.4 基于視覺導(dǎo)航的智能車輛模糊邏輯控制11.4.3 模糊邏輯控制模糊邏輯控制 模糊消除可以采用不同的方法模糊消除可以采用不

18、同的方法 ：重心法重心法 最大錄屬度法最大錄屬度法 系數(shù)加權(quán)平均法系數(shù)加權(quán)平均法 錄屬度限幅元素平均法錄屬度限幅元素平均法 課程名稱課程名稱http:/1911.5 智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航11.5.1 CMU的的Navlab5系統(tǒng)系統(tǒng) CMU的地面智能車研究并未因火星探測計(jì)劃等其他項(xiàng)目的地面智能車研究并未因火星探測計(jì)劃等其他項(xiàng)目的影響而擱置。繼的影響而擱置。繼1986年改裝年改裝Navlab1,1990年改裝年改裝Navlab2之后，他們又于之后，他們又于1995年建立了全新的智能車實(shí)驗(yàn)?zāi)杲⒘巳碌闹悄苘噷?shí)驗(yàn)床床Navlab5。這是一輛。這是一輛1990年問世的年問世的Pontiac運(yùn)

19、動跑車運(yùn)動跑車（Pontiac Trans Sport），由美國著名），由美國著名 Delco Electronics公司捐資贊助。公司捐資贊助。CMU與與Assist Ware技術(shù)公司合作在技術(shù)公司合作在Navlab5上開發(fā)了上開發(fā)了PANS（Portable Advanced Navigation Support）便攜式高級導(dǎo)航支撐平臺，以及快速自適便攜式高級導(dǎo)航支撐平臺，以及快速自適應(yīng)車體定位處理器應(yīng)車體定位處理器RALPH視覺系統(tǒng)。視覺系統(tǒng)。課程名稱課程名稱http:/2011.5 智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航11.5.2 VaMoRs-P系統(tǒng)系統(tǒng) 智能車輛自主導(dǎo)航的另一個(gè)具有代表性的

20、研制工作由位智能車輛自主導(dǎo)航的另一個(gè)具有代表性的研制工作由位于慕尼黑的德國聯(lián)邦國防大學(xué)進(jìn)行。其合作伙伴為德國于慕尼黑的德國聯(lián)邦國防大學(xué)進(jìn)行。其合作伙伴為德國奔馳汽車公司。他們從奔馳汽車公司。他們從20世紀(jì)世紀(jì)80年代初期開始此項(xiàng)研究，年代初期開始此項(xiàng)研究，以先后研制開發(fā)出以先后研制開發(fā)出VaMoRs和和VaMoRs-P（或（或VaMP）兩）兩種實(shí)驗(yàn)車。種實(shí)驗(yàn)車。VaMoRs由一輛奔馳由一輛奔馳508D型型5t面包車改裝而成。面包車改裝而成。1987年年VaMoRs自主車曾在一段尚未通車的高速公路上創(chuàng)自主車曾在一段尚未通車的高速公路上創(chuàng)下自主駕駛下自主駕駛96km/h的的20世紀(jì)世紀(jì)80年代最高

21、速度。年代最高速度。VaMoRs-P或或VaMP為自主移動性和計(jì)算機(jī)視覺實(shí)驗(yàn)車為自主移動性和計(jì)算機(jī)視覺實(shí)驗(yàn)車客用小客用小汽車。它由一輛豪華型奔馳汽車。它由一輛豪華型奔馳500（Mercedes 500 SEL）改）改裝而成裝而成 。課程名稱課程名稱http:/2111.5 智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航11.5.3 Peugeot 系統(tǒng)系統(tǒng) 法國帕斯卡大學(xué)自動化與電子材料實(shí)驗(yàn)室與法國法國帕斯卡大學(xué)自動化與電子材料實(shí)驗(yàn)室與法國D.R.A.S雪鐵龍（雪鐵龍（Citroen）技術(shù)中心合作，聯(lián)合研制出一個(gè)功能）技術(shù)中心合作，聯(lián)合研制出一個(gè)功能簡單卻頗具特色的輔助導(dǎo)航簡單卻頗具特色的輔助導(dǎo)航Peugeot

22、試驗(yàn)車。該研究由試驗(yàn)車。該研究由P.S.A標(biāo)志（標(biāo)志（Peugeot）雪鐵龍汽車公司提供資助。該試驗(yàn)）雪鐵龍汽車公司提供資助。該試驗(yàn)車的一個(gè)突出特點(diǎn)是硬件配置輕型化，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算車的一個(gè)突出特點(diǎn)是硬件配置輕型化，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)算處理部分都已集成在一塊數(shù)字信號處理卡上，因此對試處理部分都已集成在一塊數(shù)字信號處理卡上，因此對試驗(yàn)車幾乎無需作任何改裝。驗(yàn)車幾乎無需作任何改裝。Peugeot試驗(yàn)車已經(jīng)在高速公試驗(yàn)車已經(jīng)在高速公路上進(jìn)行了幾百公里不同路況的行車試驗(yàn)，其系統(tǒng)具有路上進(jìn)行了幾百公里不同路況的行車試驗(yàn)，其系統(tǒng)具有良好的適應(yīng)性良好的適應(yīng)性 。課程名稱課程名稱http:/2211.5 智能車輛的自主駕駛與輔助導(dǎo)航11.5.4 視覺處理系統(tǒng)的特點(diǎn)分析視覺處理系