無人駕駛技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀5頁

1、無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及展望摘要：作為未來汽車的發(fā)展方向，無人駕駛汽車已經(jīng)得到社會各方面的關(guān)注。本文介紹了國內(nèi)外無人駕駛汽車的發(fā)展歷程，對當(dāng)前無人駕駛汽車的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了分析，最后針對物聯(lián)網(wǎng)對無人駕駛汽車發(fā)展的影響做出了推斷。關(guān)鍵詞：無人駕駛汽車、現(xiàn)狀、趨勢0 引言自汽車發(fā)明以來，汽車工業(yè)就不斷促進(jìn)著人類的創(chuàng)新與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著汽車產(chǎn)量與保有量的提高，人們的出行變得方便快捷，而由此帶來的交通擁堵與交通事故也成為了人類社會文明的一大阻礙。隨著計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，越來越多的自動控制技術(shù)被應(yīng)用在汽車上，無人駕駛汽車也成為了汽車產(chǎn)業(yè)的一大變革。無人駕駛汽車也被稱為自動駕駛汽車或輪式移動機(jī)器人。它

2、在沒有人類輸入的情況下，通過車載傳感器感知周圍環(huán)境，并根據(jù)所獲取的信息，依靠車內(nèi)以計算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀實現(xiàn)駕駛1。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(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。1 國外無人駕駛發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)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。早在20世紀(jì)80年代，美國就提出自主地面車輛 (ALV)計劃，這是一輛8輪車，能在校園的環(huán)境中自主駕駛，但車速不高。美國其它一些著名大學(xué)，如卡耐基梅隆大學(xué)

3、、麻省理工學(xué)院等都先后于20世紀(jì)80年代開始研究無人駕駛車輛。然而，由于技術(shù)上的局限和預(yù)期目標(biāo)過于復(fù)雜，到20世紀(jì)80年代末90年代初，各國都將研究重點逐步轉(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目上。1995年，一輛由美國卡耐基梅隆大學(xué)研制的無人駕駛汽車 Navlab2 V完成了橫穿美國東西部的無人駕駛試驗。在全長5000 km的美國州際高速公路上，整個實驗96%以上的路程是車輛自主駕駛的，車速達(dá)5060 km /h。盡管這次實驗中的 Navlab2V僅僅完成方向控制，而不進(jìn)行速度控制 (油門及檔位由車上的參試人員控制)，但這次實驗已經(jīng)讓世人看到了科技的神奇力量。豐田汽車公司在2

4、000年開發(fā)出無人駕駛公共汽車。這套公共汽車自動駕駛系統(tǒng)主要由道路誘導(dǎo)、車隊行駛、追尾防止和運行管理等方面組成。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2。2005年，美國國防部“大挑戰(zhàn)”比賽上，最終由美國斯坦福大學(xué)工程師們改裝的一輛大眾途銳多功能車經(jīng)過 7個半小時的長途跋涉完成了全程障礙賽，第一個到達(dá)了終點。在賽道上，無人駕駛汽車需要穿越沙漠、通過黑暗的隧道、越過泥濘的河床并需要在崎嶇險峻的山道上行使，整個行程無人駕駛汽車需要繞過無數(shù)個障礙。2011年，美國內(nèi)華達(dá)州通過允許無人駕駛汽車上路的法律后，谷歌成為世界上第一個獲得無人駕駛汽車授權(quán)的公司

5、。2013 年， 英國政府撥款150 萬英鎊， 用來在倫敦以北的小城米爾頓 凱恩斯的道路上，進(jìn)行無人駕駛汽車實地試驗 這些別稱為豆莢的自動駕駛汽車行駛速度為19 km/h， 它們將在專用道路上搭載乘客前往市區(qū)各地。英國政府希望在2015年前先投入20 輛有駕駛員管理的豆莢運營，并在2017年投入百輛無人駕駛的豆莢2013年底，美國密歇根大學(xué)批準(zhǔn)了一項600萬美元的安全駕駛項目，建造用于測試自動駕駛汽車的設(shè)施。該大學(xué)與汽車行業(yè)及政府部門通力合作，計劃在2021年向該州安娜堡市交付無人駕駛車車隊，車隊里所有的無人駕駛汽車都將聯(lián)網(wǎng)。2 國內(nèi)無人駕駛現(xiàn)狀我國在無人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國外稍晚。國防科

6、技大學(xué) 20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行該項技術(shù)研究。1989年，我國首輛智能小車在國防科技大學(xué)誕生，這輛小車長 100 cm、寬 60 cm、重175 kg，有3個輪子，前輪是一個導(dǎo)向輪，后邊有兩個驅(qū)動輪。它包含了自動駕駛儀、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、 覺及傳感器系統(tǒng)、 定位定向系統(tǒng)、路徑規(guī)劃及運動控制系統(tǒng)，還有無線電通信、車體結(jié)構(gòu)及配電系統(tǒng)。1992年，國防科技大學(xué)研制成功了我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。由計算機(jī)及其配套的檢測傳感器和液壓控制系統(tǒng)組成的汽車計算機(jī)自動駕駛系統(tǒng)，被安裝在一輛國產(chǎn)的面包車上，使該車既保持了原有的人工駕駛性能，又能夠用計算機(jī)控制進(jìn)行自動駕駛行車。2000年6月，國防科技大學(xué)研

7、制的第 4代無人駕駛汽車試驗成功，最高時速達(dá) 76 km，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)基金委員會舉辦的發(fā)布會上獲悉，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。3 無人駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)無人駕駛汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個方面：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

8、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，荷蘭阿姆斯特丹國際機(jī)場和鹿特丹的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)實施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運營線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備3。視覺導(dǎo)航就不存在這個問題。視覺導(dǎo)航的優(yōu)點是車載計算機(jī)可以在試驗樣車偏離目標(biāo)車道前，事先知道并預(yù)防其發(fā)生

9、，同時當(dāng)在高速公路使用時，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，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，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(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，根據(jù)預(yù)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)絡(luò)PID等。除以上兩個方面，無人駕駛汽車作為

10、智能交通系統(tǒng)的一部分，還需要一些其它相關(guān)技術(shù)的支持，如車輛調(diào)度系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)等，最終得以實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的高效、安全。4 車聯(lián)網(wǎng)對無人駕駛汽車發(fā)展的影響對于無人駕駛汽車來說，車輛對環(huán)境信息的識別將直接影響車輛的對行駛狀態(tài)的判斷及控制。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將促進(jìn)無人駕駛汽車發(fā)展的步伐。4.1 車輛與道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換將無線數(shù)字傳輸模塊植入到當(dāng)前的道路交通信號系統(tǒng)中，數(shù)字模塊可向路經(jīng)的汽車發(fā)放數(shù)字化交通燈信息、指示信息、路況信息，并接受聯(lián)網(wǎng)汽車的信息查詢及導(dǎo)航請求，然后可將有關(guān)信息反饋給相關(guān)聯(lián)網(wǎng)汽車。將無線數(shù)字傳輸模塊植入到聯(lián)網(wǎng)汽車中去，令聯(lián)網(wǎng)汽車可接收來自交通信號系統(tǒng)的數(shù)字化

11、信息，并將信息于聯(lián)網(wǎng)汽車內(nèi)顯示，同時還將信息與車內(nèi)的自動駕駛系統(tǒng)相連接!作為汽車自動駕駛的控制信號。聯(lián)網(wǎng)汽車的顯示終端同時作為城市道路交通導(dǎo)航系統(tǒng)來使用，在這個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，衛(wèi)星導(dǎo)航將不再需要，導(dǎo)航信息將直接來自具有更快、更新、更全面導(dǎo)航功能的數(shù)字化交通系統(tǒng)4。聯(lián)網(wǎng)汽車的數(shù)字傳輸模塊包含有聯(lián)網(wǎng)汽車的身份代碼信息，即“數(shù)字車牌”信息，這是車聯(lián)網(wǎng)對汽車進(jìn)行通信、監(jiān)測、收費及管理的依據(jù)。4.2車輛與車輛之間的信息交換將無線數(shù)字傳輸模塊植入到聯(lián)網(wǎng)汽車中去，數(shù)字模塊可以向周邊聯(lián)網(wǎng)汽車提供數(shù)字化燈號信息及狀態(tài)信息，并且數(shù)字化信息與其傳統(tǒng)燈號信息是同步發(fā)送的。聯(lián)網(wǎng)汽車中的無線數(shù)字傳輸模塊可同步接收來自其他聯(lián)

12、網(wǎng)汽車的數(shù)字化信息并在汽車內(nèi)進(jìn)行顯示，同時將信息與車內(nèi)的自動駕駛系統(tǒng)相連，為聯(lián)網(wǎng)汽車的安全行駛提供依據(jù)根據(jù)接收到的由其他聯(lián)網(wǎng)汽車發(fā)送的數(shù)字信息，聯(lián)網(wǎng)汽車便會知道周邊聯(lián)網(wǎng)汽車的狀況，包括位置、距離、相對速度及加速度等，并在緊急剎車情況下，可令隨后的聯(lián)網(wǎng)汽車同步減速，有效防止汽車追尾事故的發(fā)生。5 結(jié)語無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類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(xué)習(xí)、會總結(jié)、會提高技能，集微電腦、微電機(jī)、綠色環(huán)保動力系統(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)域和場合作替代。無人駕駛汽車尤其適合從事旅游、應(yīng)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(bǔ)有人駕駛汽車的不足。無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