無人駕駛汽車的構(gòu)造原理

1、無人駕駛汽車的構(gòu)造原理現(xiàn)代科技學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化1003班張建2010614270311內(nèi)容摘要：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 要依靠車內(nèi)以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。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無人駕駛汽車集自動控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計算等眾多技術(shù)于一體，是計算機科學(xué)、模式識別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物,也是衡量一個國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標(biāo)志，在國防和國民經(jīng)濟領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：無人駕駛

2、汽車技術(shù)原理無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀：發(fā)達國家從20世紀(jì)70年代開始進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。無人駕駛技術(shù)在我國經(jīng)過20 多年的發(fā)展，雖然投入很少，但取得了很好的成績。在人才方面，我國幾個五年計劃的國家預(yù)研項目和國家自然科學(xué)基金的支持項目，培養(yǎng)了一大批從事無人駕駛技術(shù)的研究人才。隨著國外在這項新技術(shù)研發(fā)步伐的加快，我國也已啟動了這項國家級的重大研究計劃“視聽覺信息的認(rèn)知計算”項目。無人駕駛汽車的技術(shù)原理：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

3、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。另外，通過變換磁極朝進行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔?，諸如位置、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，變更運營線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。視覺導(dǎo)航就不存在這個問題。視覺導(dǎo)航的優(yōu)點是車載計算機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，同時

4、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)控制汽車進行的仿人駕駛。通過對駕駛 員的駕駛行為進行分析可知，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。防抱死制動系統(tǒng)其實就算無人駕駛系統(tǒng)。

5、雖然防抱死制動器需要駕駛員 來操作但該系統(tǒng)仍可作為無人駕駛系統(tǒng)系列的一個代表，因為防抱死制動系 統(tǒng)的部分功能在過去需要駕駛員手動實現(xiàn)。不具備防抱死系統(tǒng)的汽車緊急剎 車時，輪胎會被鎖死，導(dǎo)致汽車失控側(cè)滑。駕駛沒有防抱死系統(tǒng)的汽車時， 駕駛員要反復(fù)踩踏制動踏板來防止輪胎鎖死。而現(xiàn)在的防抱死系統(tǒng)可以代替 駕駛員完成這一操作 并且比手動操作效果更好。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(yīng)。而且反應(yīng)時機比駕駛員把握 得更加準(zhǔn)確。防抱死制動系統(tǒng)是引領(lǐng)汽車工業(yè)朝無人駕駛方向發(fā)展的早期技 術(shù)之一。另一種無人駕駛系統(tǒng)是牽引或穩(wěn)定控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不太引人注目， 通常只有專業(yè)駕駛員才會意識

6、到它們發(fā)揮的作用。牽引和穩(wěn)定控制系統(tǒng)比任 何駕駛員的反應(yīng)都靈敏。與防抱死制動系統(tǒng)不同的是，這些系統(tǒng)非常復(fù)雜， 各系統(tǒng)會協(xié)調(diào)工作防止車輛失控。當(dāng)汽車即將失控側(cè)滑或翻車時，穩(wěn)定和牽引控制系統(tǒng)可以探測到險 情，并及時啟動防止事故發(fā)生。這些系統(tǒng)不斷讀取汽車的行駛方向、速度以及輪胎與地面的接觸狀態(tài)。當(dāng)探測到汽車將要失控并有可能導(dǎo)致翻車時，穩(wěn)定或牽引控制系統(tǒng)將進行干預(yù)。這些系統(tǒng)與駕駛員不同，它們可以對各輪胎單獨實施制動，增大或減少動力輸出，相比同時對四個輪胎進行操作，這樣做通常效果更好。當(dāng)這些系統(tǒng)正常運行時，可以做出準(zhǔn)確反應(yīng)。相對來說，駕駛員經(jīng)常會在緊急情況下操作失當(dāng)，調(diào)整過度。無人駕駛汽車的發(fā)展前景：無

7、人駕駛汽車的研究主要是高速公路環(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個方面相互重疊，只是技術(shù)的側(cè)重點不同。1. 高速公路環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)這類系統(tǒng)將使用在環(huán)境限定為具有良好標(biāo)志的結(jié)構(gòu)化高速公路上，主要完成道路標(biāo)志線跟蹤、車輛識別等功能。這些研究把精力集中在簡單結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的高速自動駕駛上，其目標(biāo)是實現(xiàn)進入高速公路之后的全自動駕駛。盡管這樣的應(yīng)用定位有一定的局限性，但它的確解決了現(xiàn)代社會中最為常見、危險、也是最為枯燥的駕駛環(huán)節(jié)的駕 駛?cè)蝿?wù)。2. 城市環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)與高速環(huán)境研究相比，城市環(huán)境下的無人駕駛由于速度較慢，因此更安全可靠，應(yīng)用前景更好。短期內(nèi)，可作為

8、城市大容量公共交通（如地鐵等 ） 的一種補充，解決城市區(qū)域交通問題，例如大型活動場所、公園、校園、工業(yè)園、機場等。但是，城市環(huán)境也更為復(fù)雜，對感知和控制算法提出了更高的要求。城市環(huán)境中的無人自動駕駛將成為下一階段研究重點。例如，美國國防部“大挑戰(zhàn)”比賽2007 年將采用城市環(huán)境。目前這類環(huán)境的應(yīng)用已經(jīng)進入到小范圍推廣階段，但其大范圍應(yīng)用目前仍存在一定困難，例如可靠性問題、多車調(diào)度和協(xié)調(diào)問題、與其它交通參與者的交互問題、成本問題、商業(yè)模型等。3. 特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)無人駕駛汽車研究走在前列的國家，一直都很重視其在軍事和其他一些特殊條件下的應(yīng)用。但其關(guān)鍵技術(shù)和基于高速公路和城市環(huán)境的車輛是一

9、致的，只是在性能要求上的側(cè)重點不一樣。例如，車輛的可靠性、對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性是在特殊環(huán)境下考慮的首要問題，也是在未來推廣應(yīng)用要重點解決的問題。總結(jié)：無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類在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、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-可編輯修改-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。隨著高科技的發(fā)展，我國無人駕駛車輛技術(shù)將會不斷發(fā)展，其功能也將更完