機械設計之無人駕駛汽車的發(fā)展史

./汽車的未來小組成員：胡書明〔組長〔1608100312、何克錦〔1608100311何雄〔1608100310、雨〔1608100309專業(yè)班級：車輛工程103班目錄無人駕駛汽車的簡介無人駕駛汽車的發(fā)展狀況第一節(jié)：國外發(fā)展狀況第二節(jié)：國發(fā)展狀況無人駕駛汽車采用的技術第一節(jié)：關鍵技術第二節(jié)：目前技術第三節(jié)：將采用的技術無人駕駛汽車的自動泊車系統(tǒng)無人駕駛汽車的發(fā)展前景第一節(jié)：發(fā)展方向第二節(jié)；道德爭議無人駕駛汽車即將來臨第一節(jié)：英國版：外形就像飛船第二節(jié)：法國版：采用巡航導彈技術第三節(jié)：德國版：外形像普通轎車第四節(jié)：美國版：谷歌無人駕駛汽車第一章：無人駕駛汽車的簡介無人駕駛汽車是一種智能汽車,也可以稱之為輪式移動機器人,主要依靠車的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。無人駕駛汽車集自動控制、體系結構、人工智能、視覺計算等眾多技術于一體,是計算機科學、模式識別和智能控制技術高度發(fā)展的產(chǎn)物,也是衡量一個國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標志,在國防和國民經(jīng)濟領域具有廣闊的應用前景。無人駕駛汽車從根本上改變了傳統(tǒng)的"人—車—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。從20世紀70年代開始,美國、英國、德國等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究,目前在可行性和實用化方面都取得了突破性的進展。我國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究,國防科技大學在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。20XX,首輛城市無人駕駛汽車在交通大學研制成功,該車有望于兩年之率先在世紀公園進行示運營,并在20XX世博會上一展身手。到時游客只需在公園的入口處按下一個按鈕,一輛沒有司機的四座敞篷汽車就會從遠處開過來緩緩停下,然后搭載著乘客前往他們想去的景點。國首款無人駕駛汽車無人駕駛汽車的發(fā)展狀況：國外發(fā)展狀況１９２１年８月５日,第一輛無人駕駛、由無線電操縱的汽車在美國試驗成功。發(fā)達國家從二十世紀七十年代開始進行無人駕駛汽車研究,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。早在二十世紀八十年代,美國就提出自主地面車輛〔ALV計劃,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。由于技術上的局限和預期目標過于復雜,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。1999年,一輛由美國卡耐基梅隆大學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。在全長5000km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50~60km/h。20XX,豐田汽車公司開發(fā)出無人駕駛公共汽車。這套公共汽車自動駕駛系統(tǒng)主要由道路誘導、車隊行駛、追尾防止和運行管理等主面組成。安裝在車輛底盤前部的磁氣傳感器將根據(jù)埋設在道路中間的永久性磁石進行導向,控制車輛行駛方向。20XX,德國漢堡一家公司應用先進的激光傳感技術把一輛普通轎車改裝而成,可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛汽車。這輛無人駕駛智能汽車名為"路克斯"〔Lux,它可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛。Lux這款無人駕駛汽車,車安裝了無人駕駛設備,包括激光攝像機、全球定位儀和智能計算機。第二節(jié)：國發(fā)展狀況中國在無人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國外稍晚。國防科技大學從二十世紀八十年代開始進行該項技術研究。從20世紀80年代末開始,在賀漢根教授帶領下,20XX研制成功時速達76公里的無人車。1989年,中國首輛智能小車在國防科技大學誕生。1992年,國防科技大學研制成功了中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。20XX6月,國防科技大學研制的第四代無人駕駛汽車試驗成功,最高時速達76km,創(chuàng)下國最高紀錄。20XX,研制成功我國首臺高速無人駕駛轎車,最高時速可達170公里。20XX,研制的新一代無人駕駛紅旗HQ3,則在可靠性和小型化方面取得突破。此次紅旗HQ3無人車實驗成功創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復雜交通狀況下自主駕駛的新紀錄,這標志著我國在該領域已經(jīng)達到世界先進水平。20XX,國防科技大學機電工程與自動化學院和中國第一汽車集團公司聯(lián)合研發(fā)的紅旗旗艦無人駕駛轎車,其總體技術性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。我國自主研制的無人車——由國防科技大學自主研制的紅旗HQ3無人車,20XX7月14日首次完成了從到286公里的高速全程無人駕駛實驗,創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復雜交通狀況下自主駕駛的新紀錄,標志著我國無人車在復雜環(huán)境識別、智能行為決策和控制等方面實現(xiàn)了新的技術突破,達到世界先進水平。紅旗HQ3無人車由國防科技大學自主研制,本月中旬它從京珠高速公路梓沖收費站出發(fā),歷時3小時22分鐘到達,總距離286公里。實驗中,無人車自主超車67次,途遇復雜天氣,部分路段有霧,在還遭逢降雨。紅旗HQ3全程由計算機系統(tǒng)控制車輛行駛速度和方向,系統(tǒng)設定的最高時速為110公里。在實驗過程中,實測的全程自主駕駛平均時速為87公里。國防科技大學方面透露,該車在特殊情況下進行人工干預的距離僅為2.24公里,僅占自主駕駛總里程的0.78%。無人駕駛汽車采用的技術第一節(jié)：關鍵技術無人駕駛汽車開發(fā)的關鍵技術主要有兩個方面：車輛定位和車輛控制技術。這兩方面相輔相成共同構成無人駕駛汽車的基礎?！?車輛定位技術,目前〔截止20XX車輛定位常用的技術包括磁導航和視覺導航等?！?車輛控制技術,目前〔截止20XX常用的方法是經(jīng)典的智能PD算法,例如模湖PD、神經(jīng)網(wǎng)絡PD等。除以上兩個方面,無人駕駛汽車作為智能交通系統(tǒng)的一部分,還需要一些其它相關技術的支持,如車輛調(diào)度系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)等,最終得以實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的高效、安全。：目前技術1、防抱死制動系統(tǒng)。防抱死制動系統(tǒng)其實就算無人駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以監(jiān)控輪胎情況,了解輪胎何時即將鎖死,并及時做出反應。而且反應時機比駕駛員把握得更加準確。防抱死制動系統(tǒng)是引領汽車工業(yè)朝無人駕駛方向發(fā)展的早期技術之一。2、另一種無人駕駛系統(tǒng)是牽引或穩(wěn)定控制系統(tǒng)。牽引和穩(wěn)定控制系統(tǒng)與防抱死制動系統(tǒng)不同的是,這些系統(tǒng)非常復雜,各作防止車系統(tǒng)會協(xié)調(diào)工輛失控。第三節(jié)：將采用的技術1、雷達高端汽車已經(jīng)配備雷達,可跟蹤附近物體。比如梅賽德斯的DistronicPlus是一種事故避免系統(tǒng),在保險杠旁安裝有傳感裝置,當檢測到東西出現(xiàn)在汽車盲點時發(fā)出警告。2、車道保持安裝在擋風玻璃上的照相機可識別車道標志線。如果汽車意外離開自己的車道,方向盤會通過短暫振動提醒駕駛者。3、激光雷達Google采用Velodyne公司的車頂光探測和測距系統(tǒng),包括64束激光,以每分鐘900轉的速度向上發(fā)射,形成點云,賦予汽車360度視野。4、紅外照相機梅賽德斯的夜視輔助系統(tǒng)采用兩盞頭燈向前方道路發(fā)射不可見的紅外光。安裝在擋風玻璃上的照相機監(jiān)測紅外信號,將標注出危險區(qū)域的圖像顯示到儀表盤上。5、立體視覺梅賽德斯一款概念車用兩臺安裝在擋風玻璃上的照相機構成前方道路的實時3D圖像,發(fā)現(xiàn)潛在危險,比如行人、自行車,并預計其走向。6、GPS/慣性測量自動汽車必須知道自己開往何處。Google結合Applanix的定位系統(tǒng)、Google地圖和GPS判斷汽車方位。[2]7、車輪計速安裝在輪子上的傳感器通過轉速測量汽車行駛的速度。第四章無人駕駛汽車的自動泊車系統(tǒng)車輛損壞的原因,多半不是重大交通事故,而是在泊車時發(fā)生的小磕小碰。泊車可能是危險性最低的駕駛操作了,但我們?nèi)匀粫咽虑楦愕靡粓F糟。雖然有些汽車制造商給車輛加裝了后視攝像頭和可以測定周圍物體距離遠近的傳感器——甚至還有可以顯示汽車四周情況的車載電腦——有的人仍然會一路磕磕碰碰地進入停車位。由于雷克薩斯LS460L采用了高級泊車導航系統(tǒng),該車的駕駛員不會再有類似的煩惱。該系統(tǒng)通過車身周圍的傳感器來將車輛導向停車位〔也就是說駕駛者完全不需要手動操作。當然,該系統(tǒng)還無法做到像《星際迷航》里那樣先進。在導航開始前,駕駛者需要找到停車地點,把汽車開到該地點旁邊,并使用車載導航顯示屏告訴汽車該往哪兒走。停車位需要比車身長2米〔LS的車身較長。自動泊車系統(tǒng)是無人駕駛技術的一大成就。通過該系統(tǒng),車輛可以向駕駛員那樣觀察周圍環(huán)境,及時做出反應并安全地從A點行駛到B點。雖然這項技術還不能讓人完全放手,讓汽車自動載您回家,但畢竟是朝著這個方向邁出了第一步。第五章無人駕駛汽車的發(fā)展前景第一節(jié)：無人駕駛汽車--發(fā)展方向無人駕駛汽車的研究方向,可以歸納為三個方面：〔1高速公路環(huán)璋下的無人加駛系統(tǒng)；〔2城市環(huán)璋下的無人駕駛系統(tǒng)；〔3特殊環(huán)璋下的無人駕駛系統(tǒng)。第二節(jié)：無人駕駛汽車的道德爭議現(xiàn)在您可能會認為所有這些無人駕駛技術都近在咫尺,我們已經(jīng)準備好要踏入一個無人駕駛的"理想時代"。有些人同意這種想法。通用汽車和卡基梅隆大學〔CarnegieMellonUniversity的研究者正在合作開發(fā)無人駕駛車,并希望在2018年前投入市場。車輛無人駕駛技術的優(yōu)點是使出行更安全〔因為去除了人為失誤因素、緩解交通壓力、并減少環(huán)境污染。而另一些人則覺得這種想法不可信。老實說——人們喜歡駕車！有時候,駕駛會讓人感到輕松寫意,而且要讓人們愿意托付性命,無人駕駛技術還得解決許多問題。駕駛員失誤也有其反面優(yōu)勢,那就是人類的判斷能力。無人駕駛技術永遠是將保護車輛和車人員作為第一要務。而一個駕駛員則可能寧愿犧牲自己的車來保護他人。例如,您駕駛時前方有輛車突然打滑,而您已經(jīng)來不及停車。此時,在您的左邊有一輛大卡車,右邊則是一群等著過馬路的孩子。大多數(shù)司機會選擇撞向大卡車,以避免撞到行人。而無人駕駛車輛無法識別孩子們——它只會簡單地看到這條道路阻力較少,而將車轉而沖向這邊。這是個極端的例子,但是類似的問題有待解決,只有這樣我們才能安心告訴車該往哪兒走,然后輕松享受無人駕駛之旅。第六章無人駕駛汽車即將來臨第一節(jié)：英國版：外形就像飛船最近,一些人在英國倫敦希斯羅機場親眼目睹了許多輛無人駕駛汽車"優(yōu)爾特拉"<ULTra>自動駛離、抵達車站的奇妙場景。一輛輛車子魚貫而出,幾乎毫無噪音,一切都顯得井然有序。這種汽車由英國的先進交通系統(tǒng)公司和布里斯托爾大學聯(lián)合研制,并將于20XX投放希斯羅機場作為出租車運送旅客。這種汽車可能會讓阻塞交通、汽油味難聞、擁擠不堪的公共汽車變成一種過時的交通工具。這種超前的獨立艙沒有駕駛員、也沒有喋喋不休的談話聲伴隨你的旅途,只有一個裝在墻上的按鈕．按鈕旁邊寫著"開始"。該無人駕駛汽車有4個座位,形狀似氣泡,看起來就像一艘外星人飛船：這種汽車依靠電池產(chǎn)生動力,而且乘客可以通過觸摸屏來選擇他們的目的地?它們的時速可達40千米,而且會自動沿著其狹長的道路系統(tǒng)行使。一旦乘客選擇好了目的地,控制系統(tǒng)會記錄下要求,并向艙車發(fā)送一條信息。隨后艙車會遵循一條電子傳感路徑前進。在旅程期間,如果需要的話,乘客可以按下一個按鈕和控制人員通話。第二節(jié)：法國版：采用巡航導彈技術法國INRIA公司花費十年心血研制出"賽卡博"<Cycab>無人駕駛汽車,外形看起來像未來的高爾夫球車。該車使用類似于給巡航導彈制導的全球定位技術,通過觸摸屏設定路線,"賽卡博"就能把你帶到想要去的地方了。只不過給"賽卡博"帶路的全球定位系統(tǒng)要比普通的全球定位系統(tǒng)功能強大許多。普通GPS系統(tǒng)的精度只能達到幾米,而"賽卡博"卻裝備了名為"實時運動GPS"的特殊GPS系統(tǒng),其精良高達1厘米。這款無人駕駛汽車裝有充當"眼睛"的激光傳感器．能夠避開前進道路上的障礙物,還裝有雙鏡頭的攝像頭,來按照路標行駛,人們甚至可以通過手機控嗣駕駛汽車,每一輛無人駕駛汽車都能通過互聯(lián)網(wǎng)來進行通信,這意味著這種無人駕駛汽車之間能夠做到信息共享,這樣多輛無人駕駛汽車能夠組成車隊,以很小的間隔順序行駛。該車也能通過交通網(wǎng)絡獲取實對交通信息,防止交通阻塞的發(fā)生在行駛過程中,該車還會自動發(fā)出警告,提醒過往行人注意。第三節(jié)：德國版：外形像普通轎車在德國漢堡一家公司應用先進的激光傳感技術把無人駕駛汽車變成了現(xiàn)實：這輛無人駕駛智能汽車名為"路可斯"<Lux>,由普通轎車改裝而成,可以在錯綜復雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛。這歸功于車安裝的無人駕駛設備,包括激光攝像機、全球定位儀和智能計算機。在行駛過程中,車安裝的全球定位儀將隨時獲取汽車所在準確方位。隱藏在前燈和尾燈附近的激光攝像機隨時探測汽車周圍180米的道路狀況,并通過全球定位儀路面導航系統(tǒng)構建三維道路模型。此外,它還能識別各種交通標志,保證汽車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛。安裝在汽車后備箱的計算機將匯總、分析兩組數(shù)據(jù),并根據(jù)結果向汽車傳達相應的行駛命令。激光掃描器能夠探測路標并提醒是否有車離開車道。在激光掃描器的幫助下,無人汽車便可以實現(xiàn)自行駕駛：如果前方突然出現(xiàn)汽車,它會自動剎車：如果路面暢通無阻,它會選擇加速；如果有行人進入車道,它也能緊急剎車。此外,它也會自行繞過?？康钠渌囕v。第四節(jié)：美國版：谷歌無人駕駛汽車作為谷歌試圖開發(fā)一款能夠基本取代駕駛員控制車輛的人工智能軟件的大膽嘗試,代號"GoogleFleet"的7輛試驗車,已經(jīng)累計完成了1000公里的完全自主行駛。整套GoogleFleet自動駕駛設備包括一臺放置在車頂?shù)募す鉁y距儀,能夠及時精確地繪制出周邊200米之的3D地形圖并上傳至