智能車輛發(fā)展現(xiàn)狀及研究背景目的意義

1、智能車輛發(fā)展現(xiàn)狀及研究背景目的意義智能車輛發(fā)展現(xiàn)狀及研究背景目的意義1智能車輛的發(fā)展與現(xiàn)狀12研究智能車輛的目的和意義41智能車輛的發(fā)展與現(xiàn)狀智能車輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是眾多高新技術(shù)綜合集成的載體，是一種通用性的術(shù)語，指全部或部分完成一項或多項駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。廣義上講，智能車輛屬于室外移動智能機器人的一種。當(dāng)車輛平臺通過機器視覺或其它手段獲取外部環(huán)境信息，分析并理解外部場景，并對危險狀態(tài)做出警告或控制車輛的縱向或橫向運動避開風(fēng)險時，可認為該車輛具有智能性。智能車輛是一個新型的交叉學(xué)科領(lǐng)域，它的許多新思想、解決方案得益于其他領(lǐng)域的啟發(fā)和技術(shù)支持，如機器人、人工智能、計算機科學(xué)與

2、系統(tǒng)、通信、控制與自動化、信號處理等理論，如它的一些機構(gòu)、設(shè)備，如紅外、雷達、聲納等則來自軍事領(lǐng)域。智能車輛(IntelligentVehicle,IV)技術(shù)的研究，可以追溯到20世紀50年代初美國Electronics公司研究開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛(Automated1GuidedVehicle,AGV)從嚴格意義上說，這是一臺移動機器人。從50年代后半期到60年代前半期，以美國為首，德國、英國以及日本等國家就展開自動駕駛和車輛導(dǎo)航技術(shù)的研究。時至今日，世界各國對智能車輛技術(shù)的研究開發(fā)表現(xiàn)出空前的熱情，為此投入了大量的人力、物力，智能車輛技術(shù)也相繼取得了突破性進展，如德國的VaMo

3、Rs-彥輛系統(tǒng)、美國的NavLab系統(tǒng)、意大利的ARG舔統(tǒng)，我國的吉林大學(xué)JUTIV系列、國防科技大學(xué)的CITAVT系列等。從1986年至U1995年，美國CarnegieMellonUniversity在著名DelcoElectronics公司捐資贊助下相繼研制了Navlab系列智能車。其中Navlab5由1990年問世P0lltac運動跑車改造而成，車上裝有傳感器：電視攝像機、聲納、激光測距儀、紅外攝像機以及毫米波雷達等?？勺R別和跟蹤S行曲線和道路行車線，并通過控制轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)自主駕駛。該車的平均速度為88.5k/h,首次進行了橫穿美國大陸的長途駕駛試驗。1995年，NavLab進行了從匹茲堡

4、到圣迭戈全程3000英里的公路實驗，95,以上是自動駕駛。美國國防部最新研制的智能車輛Dem舔列，目的是用于危險地段的軍事偵察。Dem必用的關(guān)鍵技術(shù)有：感知系統(tǒng)、計算機處理器、導(dǎo)航系統(tǒng)、路徑規(guī)劃、車輛控制、立體視覺、地形理解以及傳感器等技術(shù)。Demo-AE于1993年結(jié)束完成，該車視覺頭上裝有三臺攝像機，控制部分分手動和自動檔。在公路上以50km/h的速度行使時兩檔轉(zhuǎn)換自如。該車通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行路徑跟蹤和避障。Demo,他于1994年夏季進行實驗，裝有地圖管理系統(tǒng)和先進的公路和越野導(dǎo)航感知系統(tǒng)。Demo-II于1995年夏季進行演示四輛車的聯(lián)合行動，它集成CCD激光、雷達、超聲、紅外、微波等傳

5、感器。之后，進行了ETDemo改進的技術(shù)演習(xí))演示，開發(fā)偵察、監(jiān)視及目標搜索算法。日本豐田公司(TOYOTA)199升研制的智能車改自豐田轎車，后視鏡左側(cè)安裝了2/3英寸CCC®頭，普通高速公路上的實驗車速為60km/h。德國的UBM(UniverstitatderBundestwehrMunchen)大學(xué)Dickmans教授的智能車輛研究小組在德國奔馳公司(Benz)贊助下一直致力于動態(tài)機器視覺領(lǐng)域的研究。從80年代初期開始，研制了VamoR手口VamoRs-FW種實當(dāng)車。VamoR曲奔馳508D型面包車改裝而成，裝有4個彩色CCD勾成雙目視覺系統(tǒng)，1987年在高速公路上的實驗車速

6、達96km/h,VaMoRs-陰奔馳500(Mecedes500SEL)改裝而成，計算機系統(tǒng)由基于Transputer的并行處理單元和兩臺PC-486組成?；赥ransputer的處理單元由大約60個Transputer構(gòu)成，其中:16位的T-222用于圖像特征抽取、信息通訊和I/O操作，32位的T-805分別用于物體識別、運動狀態(tài)估計、行為決策。其視覺系統(tǒng)為由4個小型彩色CCDg像機構(gòu)成的兩組主動式雙目視覺系統(tǒng)，一組安裝在本車前部后視鏡附近的平臺上，另一組固定在本車右部擋風(fēng)板的上方。在高速公路上跟蹤車道白線、避障和自動超車。1995年最高車速為130km/h。1996年發(fā)展了新一代的視覺系

7、統(tǒng)：EMS-Vision(Expectation-BasedMulti-focalSaccadicVisionSystem),該視覺系統(tǒng)能滿足以下四個要求：隨著車速的變化，自動調(diào)節(jié)攝像機的焦距；可以感知周圍較寬的范圍內(nèi)的物體；適應(yīng)不平路徑的顛簸環(huán)境；能獲得立體視覺的解釋信息。另外該小組在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制了變焦距主動汽車眼，MarVEye。德國大眾公司最新研究的智能車輛系統(tǒng)，系統(tǒng)裝有雷達、機器視覺，激光掃描等傳感器。系統(tǒng)利用傳感器之間的數(shù)據(jù)互補及冗余得到車輛所需要的可靠、穩(wěn)定的全方位信息。Carvelle系統(tǒng)是有德國研究和技術(shù)部門與大眾汽車公司合作應(yīng)用了高速公路環(huán)境中的視覺導(dǎo)航技術(shù)研制而成，其傳

8、感器和計算機系統(tǒng)以視覺為主。兩臺攝像機中，裝有遠距離探測鏡頭用來障礙物，裝有廣角鏡頭的用來檢測車道。計算機系統(tǒng)為Transputer構(gòu)成的并行處理單元組成，完成圖像處理、Karlman動態(tài)濾波、車輛控制等功能。系統(tǒng)從識別一幀圖像到完成控制過程的周期為70ms典型高速公路上的最高車速為120km/h。法國帕斯卡大學(xué)與D.R.A.S雪鐵龍技術(shù)中心合作研究的Peugeot智能車，設(shè)計了一個判別引導(dǎo)線是否漏檢或丟失的檢測過程。它的實驗用車是一輛標志型小汽車，具全部計算機系統(tǒng)為一塊DS嚇，傳感器包括攝像機和速度傳感器。該系統(tǒng)的突出特點硬件配置輕型化。據(jù)介紹，整個系統(tǒng)的運算處理部分已經(jīng)集成在一塊基于TMS

9、320C50勺數(shù)字處理卡上，因而對實驗車幾乎無需任何改裝。在高速公路上做了幾百公里不同路況的行程實驗，車速達130km/ho以上只是簡單介紹幾個比較著名的智能車輛系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的成果。比如，三菱ASV多孔系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳感器包括：CCD攝像機、激光雷達、無源光束傳感器等。德國大眾公司的智能車將雷達、計算機視覺、激光掃描器集成到一個系統(tǒng)之中，利用傳感器之間數(shù)據(jù)互補和冗余得到可靠穩(wěn)定的車輛行使所需的信息。另外，還有德國慕尼黑聯(lián)邦大學(xué)、意大利帕爾馬大學(xué)、韓國大學(xué)等等都在積極從事智能車輛的研究工作，并已經(jīng)有巨大的成果。我國智能車輛的研究始于20世紀80年代末。當(dāng)時國家的863

10、計劃自動化領(lǐng)域智能機器人主題確定立項進行遙控駕駛的智能移動平臺的研制；幾乎同時國家部委也在規(guī)劃“八五”預(yù)研項目中的地面智能機器人技術(shù)研究，并確定研制自主式的無人駕駛平臺演示驗證系統(tǒng)。取得突破性進展的是“八五”期間研制成功的我國第一輛樣車ATB-1(AutonomousTestBed-1)。該車由國內(nèi)多所重點大學(xué)聯(lián)合研制，在1996年演示中，該車自主行駛的最高速度超過20km/h。在“八五”的基礎(chǔ)上，我國又連續(xù)在“九五”、“十五”期間研制了自主地面車ATB-2、ATB-&在2001年ATB-2的場地演示中，其自主行駛的最高速度為74.5km/h,正常行駛速度為30.6km/h,越野環(huán)境下

11、白天行駛的最高速度為24km/h,夜間行駛最高速度15km/h0目前，開展這方面研究工作的單位主要包括一些大學(xué)和科研機構(gòu)，如國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、西安交通大學(xué)、重慶大學(xué)等。近幾年來，具有代表性的典型系統(tǒng)包括：由國內(nèi)多家大學(xué)參與的“十五”期間的第三代自主地面車輛ATB-3;國防科技大學(xué)研制的新一代地面無人駕駛車輛CITAVT-IV及其與中國一汽合作研制的“紅旗”自主轎車；清華大學(xué)研制的THMR-W智能車輛；吉林大學(xué)的Cybercar智能車輛；重慶大學(xué)的CQAC-I型智能車輛等。這一時期國內(nèi)研究工作的主要方向是智能車輛的應(yīng)用環(huán)境由簡單場景向非結(jié)構(gòu)化、復(fù)雜場景的轉(zhuǎn)變，以及全天候條件下的實

12、用化技術(shù)，基于多源信息融合的系統(tǒng)魯棒性研究等。智能車輛系統(tǒng)研究涉及的有：安全監(jiān)控、智能防撞、輔助駕駛、自動駕駛、行為規(guī)劃與決策、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、綜合集成等主要研究方向。如果從駕駛員對車輛的控制程度及自主程度來分，上述各研究方向也可比較概括的劃分為以下三個大的研究方向：監(jiān)控、警告系統(tǒng)：此部分研究前方碰撞警告、盲點警告、行車道偏離警告、換道警告、十字路口防撞警告、行人檢測、倒車警告等方面的問題。半自動車輛控制系統(tǒng)：與上一部分相比，此部分具有更高級的車輛自動化。如當(dāng)駕駛員對警告來不及反應(yīng)時，系統(tǒng)接管車輛的控制，通過控制車輛的轉(zhuǎn)向、制動、扭矩等使處理恢復(fù)到安全狀態(tài)。自動車輛控制系統(tǒng)：此部分具有完全的車輛

13、自動化，研究包括車輛自適應(yīng)巡航、車道保持、低速等距行使、排隊行使等方面的問題。2研究智能車輛的目的和意義20世紀后半葉以來，濃縮著人類文明的汽車工業(yè)得到了迅速發(fā)展。作為現(xiàn)代主要交通工具的汽車，以其特有的優(yōu)越性為現(xiàn)代社會的發(fā)展和人類生活條件的改善做出了巨大貢獻，其發(fā)展速度越來越快。一方面表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷增加，汽車制造業(yè)已成為全球一個重要的產(chǎn)業(yè)；另一方面還表現(xiàn)在汽車設(shè)計和制造技術(shù)不斷提高，成為一個技術(shù)水平越來越高的技術(shù)密集型和資金密集型相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)。隨著車輛的普及和保有量的日益增加，不可避免地帶來了交通事故、交通擁擠、環(huán)境污染、能源浪費等諸多問題。無論是發(fā)展中國家進行的汽車化過程，還是目前發(fā)達國家面

14、臨的汽車化發(fā)展，提高車輛安全性能、減少道路交通事故一直是人們普遍關(guān)注的社會問題和科學(xué)技術(shù)進步所面臨的重要課題之一。人類夢想是推動世界向前發(fā)展的不竭動力和源泉，智能機器人和智能車輛是世紀人類最偉大的發(fā)明之一，在短短的50年內(nèi)發(fā)生了日新月異的變化。隨著計算機和控制技術(shù)的發(fā)展，智能移動平臺在軍事、民用和科學(xué)研究等諸多方面得到了廣泛的應(yīng)用，工作環(huán)境也從單純的室內(nèi)環(huán)境變成了各種復(fù)雜環(huán)境，包括地面、水下、空中甚至外太空等。在軍事上，智能機器人可以代替人類在危險場所(如戰(zhàn)場、化學(xué)污染和核污染場所、北極等)按照設(shè)計者的意圖自動行駛至目的地，并代替人類完成偵察、排雷等軍事任務(wù)。在民用方面，不僅可以作為自動或輔助

15、駕駛系統(tǒng)以減少交通事故，還可以作為智能輪椅幫助殘疾人士。在科學(xué)研究方面，智能機器人還可代替人在高危環(huán)境甚至外星上從事探索和勘探工作：美國的火星機器車對于探測火星，以及火星以外的茫茫宇宙具有不可替代的作用；中國政府于2000年11月發(fā)表的中國航天白皮書中提到，在未來的十年中，”開展以月球探測為主的深空探測的預(yù)先研究”，或者說2010年實現(xiàn)登月是一個明確的目標，因此空間移動機器車將是其中重要的組成部分，對于人類探測月球，開發(fā)和利用月球起到巨大的推動作用。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，道路的通行能力、交通的安全性、能源的損耗、環(huán)境的污染等問題越來越突出。利用現(xiàn)代計算機及信息技術(shù)來提高道路交通的安全和效

16、率已成為國內(nèi)外研究的熱點。20世紀80年代以后開展起來的關(guān)于智能交通系統(tǒng)(ITS)的研究，被認為是解決各種交通問題的一個很好的途徑。智能交通系統(tǒng)是將先進的信息技術(shù)、通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)以及計算機處理系統(tǒng)有效的應(yīng)用于整個運輸管理體系，使人、車、路協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而建立一個全方位發(fā)揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統(tǒng)。智能車輛作為ITS發(fā)展的重要組成部分，其中的先進車輛控制系統(tǒng)AVCS(AdvancedVehicleControlSystem)自動高速公路系統(tǒng)AHS(AutomatedHighwaySystem)先進的駕駛員信息系統(tǒng)ADIS(AdvancedDriverInformat

17、ionSystem)都是緊緊圍繞智能車輛進行的，它的成功與否對整個系統(tǒng)有著很大的作用。我國科技部于2002年正式啟動了十五科技攻關(guān)計劃重大項目：智能交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)和示范工程，其中一個重要的內(nèi)容就是進行車輛安全和輔助駕駛的研究。隨著人類社會信息化、智能化的不斷進步，智能車輛應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，已經(jīng)成為衡量一個國家社會文明和科技進步的重要標志之一。作為一個新型的交叉學(xué)科領(lǐng)域，智能車輛的研究涉及圖像實時處理、模式識別、人工智能、自動控制、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航等多個學(xué)科的理論與技術(shù)，集成了信息科學(xué)與人工智能技術(shù)的最新成果，具有廣泛的學(xué)科發(fā)展和理論價值，是國家科研水平綜合實力的集中體現(xiàn)，其研究成果必將促進相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展。智能車輛廣闊的應(yīng)用前景，吸引著越來越多的研究機構(gòu)和汽車廠商的興趣。汽車工