智能自動駕駛車輛

智能自動駕駛車輛組員：夏敏思 潘海寧 周峰指導(dǎo)老師：劉曉軍

目錄2023/1/302第一節(jié)概述第二節(jié)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)第四節(jié)Google實(shí)例

第五節(jié)展望參考文獻(xiàn)第一節(jié)概述2023/1/303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)。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安全行駛。第一節(jié)概述2023/1/304車輛自動駕駛系統(tǒng)主要目的防止部分交通事故的發(fā)生提高道路利用率提高駕駛員方便性減輕駕駛員負(fù)擔(dān)實(shí)現(xiàn)車輛的安全高效行駛第二節(jié)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀2023/1/3051969年，美軍便在對越南的戰(zhàn)爭中，將無人駕駛汽車用于運(yùn)輸軍事物資。20世紀(jì)80年代，美國提出了地面自主車輛計(jì)劃(ALV)的科研項(xiàng)目，并成功研制了一輛能夠在校園中自主行駛的8輪車，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)限制車速不高。1995年，美國卡耐基梅隆大學(xué)研制了一輛無人駕駛汽車，名為“Navlab-V”，隨后進(jìn)行橫穿美國東部和西部的試驗(yàn)，該無人車自主行駛了96%以上的路程。但在這次試驗(yàn)中該車只對方向（即舵機(jī)）進(jìn)行自主控制。2005年，在美國舉辦的“大挑戰(zhàn)”比賽上，斯坦福大學(xué)推出了一輛改裝自大眾途銳的多功能汽車，該車成功通過了沙漠、隧道、河床和山道等多種道路，取得勝利。第二節(jié)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀2023/1/3062010年上海世博會期間，意大利帕爾瑪大學(xué)的無人駕駛電動汽車由意大利抵達(dá)上海。Google公司也于2010年推出自己的無人駕駛車GoogleFleet1，并已經(jīng)成功試驗(yàn)行駛了22萬5千多公里。第二節(jié)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀2023/1/307實(shí)驗(yàn)車型研發(fā)單位核心技術(shù)Navlab系列智能車美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)視覺系統(tǒng)XLAB智能車Google公司環(huán)境三維建模、影像地圖技術(shù)ARGO實(shí)驗(yàn)車意大利帕爾瑪大學(xué)低成本傳感器系統(tǒng)VAMP實(shí)驗(yàn)車德國慕尼黑國防大學(xué)與奔馳公司合作環(huán)境識別系統(tǒng)Caravelle實(shí)驗(yàn)車德國研究與技術(shù)部門與大眾公司合作多傳感器信息融合技術(shù)國外研究現(xiàn)狀第二節(jié)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀2023/1/308實(shí)驗(yàn)車型設(shè)計(jì)單位技術(shù)特點(diǎn)CITAVI系列自動駕駛汽車國防科技大學(xué)基于視覺導(dǎo)航，最高時(shí)速達(dá)75.6km/hJUTIV智能車吉林大學(xué)智能車輛體系結(jié)構(gòu)，傳感器信息的獲取與處理，路徑識別與規(guī)劃ALVLAB智能車浙江大學(xué)具有跟蹤道路、避障、越野及岔路選擇等功能，支持臨場遙控駕駛THMR-V智能車清華大學(xué)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的車道線自動跟蹤，復(fù)雜環(huán)境下的道路避障夸父一號智能車西安交通大學(xué)采用增強(qiáng)Gabor檢測的方法檢測車輛CyberTiggo自動駕駛汽車上海交通大學(xué)嵌入式視覺感知，基于環(huán)視的自動泊車系統(tǒng)，基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多車協(xié)作國內(nèi)研究現(xiàn)狀第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/309安全預(yù)警系統(tǒng)0102防撞系統(tǒng)03車道保持系統(tǒng)環(huán)保系統(tǒng)08緊急報(bào)警系統(tǒng)0605巡視控制系統(tǒng)自助導(dǎo)航系統(tǒng)0704視野擴(kuò)展系統(tǒng)第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30101.安全預(yù)警系統(tǒng)

車輛安裝的車載設(shè)備，包括安裝在車身各個(gè)部位的傳感器、激光雷達(dá)、紅外雷達(dá)、盲點(diǎn)探測器、超聲波傳感器、電波雷達(dá)等設(shè)施具有事故檢測功能，由計(jì)算機(jī)控制，在超車、倒車、變換車道、雨霧天氣等容易發(fā)生事故的情況下，隨時(shí)以聲音、圖像等方式向駕駛員提供車輛周圍及車輛本身的必要信息，并可以以自動或半自動的進(jìn)行車輛控制，從而有效的防止事故發(fā)生。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30111.安全預(yù)警系統(tǒng)車載設(shè)備還可以對駕駛員和車輛進(jìn)行隨時(shí)檢測監(jiān)控，在必要的時(shí)候能發(fā)出警報(bào)信息，預(yù)防事故的發(fā)生。例如，監(jiān)測到駕駛員注意力不集中或者開始打瞌睡的時(shí)候，就提醒駕駛員注意，并采取相應(yīng)措施。例如，在駕駛員飲酒過度的情況下鎖住發(fā)動機(jī)等等。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30122.防撞系統(tǒng)縱向防撞系統(tǒng)：通過安裝在車輛前后的雷達(dá)探測器或者激光傳感器等分別探測前后潛在的碰撞隱患或即將發(fā)生的碰撞事件，為駕駛員提供及時(shí)地回避操作指令，并自動控制車輛的加速，以保持適當(dāng)?shù)能囕v間距，防止車輛與車輛、車輛與其它障礙物之間的正面或者追尾碰撞。比如，日產(chǎn)公司研制的防撞雷達(dá)，當(dāng)汽車與前面的車輛接近太快的時(shí)候會提醒駕駛員。此外還有探測限速牌、自動緊急剎車等。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30132.防撞系統(tǒng)橫向防撞系統(tǒng)：利用車輛左右兩側(cè)的傳感器探測車輛兩旁的情況，從而為欲改變車道和駛離道路的車輛提供適當(dāng)?shù)膫?cè)向安全間距，防止或減少車輛碰撞。交叉口防撞系統(tǒng)：交叉口是事故多發(fā)地點(diǎn)。該系統(tǒng)當(dāng)車輛駛近交叉口時(shí)，判斷車輛是否有危險(xiǎn)，據(jù)此控制車速，保證行車安全。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30142.防撞系統(tǒng)馬自達(dá)安全車距模型是一種自動控制的防追尾系統(tǒng)。它的功能是：在車輛正常行駛狀態(tài)下，系統(tǒng)關(guān)閉；當(dāng)檢測到兩車之間車距小于閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)；在發(fā)出警報(bào)后，若駕駛員沒有采取行動則系統(tǒng)啟動自動制動裝置，其數(shù)學(xué)模型如下：其中：v是本車車速，v0兩車相對車速,α1本車剎車減速度,α2前車剎車減速度,t1急速時(shí)間，t2剎車時(shí)間，d0允許兩車之間距離。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30153.車道保持系統(tǒng)該系統(tǒng)的作用主要是防止車輛偏移，其目的是當(dāng)駕駛員疏忽時(shí)，保持車輛仍在控制下行駛。它采用警告系統(tǒng)告知駕駛員正在偏移，必要時(shí)，啟動自動控制裝置，自動控制轉(zhuǎn)向。裝有車道保持系統(tǒng)的汽車，可以自動的沿道路行駛，而不用駕駛員操作。當(dāng)汽車行駛中偏離了車道，如果駕駛員沒有及時(shí)作出反應(yīng)，系統(tǒng)會自動使汽車回到原來車道。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30164.視野擴(kuò)展系統(tǒng)

該系統(tǒng)也稱為視覺強(qiáng)化系統(tǒng)。車輛裝有檢測設(shè)備、屏幕顯示設(shè)備及計(jì)算機(jī)處理設(shè)備，加強(qiáng)黃昏、黑夜、雨霧天氣的視覺可知性，提高行車安全。美國通用公司研制的夜視系統(tǒng)如同電視機(jī)一樣，顯示屏的亮度可調(diào)，并且與是否開前照燈無關(guān)，迎面行駛的車輛也不會使系統(tǒng)失明。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30175.巡視控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是在車道保持系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了雷達(dá)。雷達(dá)不斷測量本車與前車的距離，并計(jì)算出兩車的相對速度傳給車上的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)操縱節(jié)氣門和控制裝置，從而與前車自動保持安全距離，這樣，汽車就可以以較小的間距在車道上行駛。第三節(jié)基本功能子系統(tǒng)2023/1/30186.緊急報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是在事故情況下縮短事故響應(yīng)時(shí)間，提高事故處理效率。使用GPS、GIS技術(shù)、GSM通訊技術(shù)，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，自動發(fā)出包括車輛位置的無線電信號。7.自助導(dǎo)航系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用GPS、GIS、GSM等技術(shù)，給駕駛員提供最佳行駛路線，避開交通擁堵路段。8.環(huán)保系統(tǒng)

該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)測控制燃油、排放等情況，以取得最佳環(huán)保效果。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3019技術(shù)準(zhǔn)備

隨著汽車巡航系統(tǒng)（CrusieControlSystem，簡稱CCS，可使汽車工作在發(fā)動機(jī)有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，減輕駕駛員的駕駛操縱勞動強(qiáng)度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置）和自動泊車入位系統(tǒng)ParkAssistVision，簡稱PAV，利用攝像機(jī)和超聲波傳感器使車輛自動停入與行車道垂直的標(biāo)準(zhǔn)車位）已經(jīng)越來越普及，從這些簡單的小型自動化跳躍到汽車全自動無人駕駛，不是什么難事。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/30202012年4月，谷歌高調(diào)宣布其傳說中的自動駕駛汽車已經(jīng)開了20萬公里并已經(jīng)申請和獲得了多項(xiàng)相關(guān)專利。一旦它商品化，不僅像我們這些仍在駕照考試中掙扎的人會獲得全面解放，原本與車無緣的盲人、醉鬼也能享受福利！第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3021激光雷達(dá)

車頂?shù)摹八啊笔亲詣玉{駛汽車的激光雷達(dá)，它能對半徑60米的周圍環(huán)境進(jìn)行掃描，并將結(jié)果以3D地圖的方式呈現(xiàn)出來，給予計(jì)算機(jī)最初步的判斷依據(jù)。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3022前置攝像頭

谷歌在汽車的后視鏡附近安置了一個(gè)攝像頭，用于識別交通信號燈，并在車載電腦的輔助下辨別移動的物體，比如前方車輛、自行車或是行人。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3023左后輪傳感器

很多人第一眼會覺得這個(gè)像是方向控制設(shè)備，而事實(shí)上這是自動駕駛汽車的位置傳感器，它通過測定汽車的橫向移動來幫助電腦給汽車定位，確定它在馬路上的正確位置。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3024前后雷達(dá)

谷歌在無人駕車汽車上分別安裝了4個(gè)雷達(dá)傳感器（前方3個(gè)，后方1個(gè)），用于測量汽車與前（和前置攝像頭一同配合測量）后左右各個(gè)物體間的距離。第四節(jié)Google實(shí)例2023/1/3025主控電腦

自動駕駛汽車最重要的主控電腦被安排在后車廂，這里除了用于運(yùn)算的電腦外，還有拓普康（拓普康是日本一家負(fù)責(zé)工業(yè)測距和醫(yī)療器械的廠商）的測距信息綜合器，這套核心裝備將負(fù)責(zé)汽車的行駛路線、方式的判斷和執(zhí)行。第五節(jié)展望2023/1/3026無人駕駛汽車的研究,可以歸納為3個(gè)方面:高速公路環(huán)境城市環(huán)境特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)。

就具體研究內(nèi)容而言,3個(gè)方面相互重疊,只是技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)不同。第五節(jié)展望2023/1/3027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(shí)現(xiàn)進(jìn)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(xiǎn)、也是最為枯燥的駕駛環(huán)節(jié)的駕駛?cè)蝿?wù)。第五節(jié)展望2023/1/3028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),可作為城市大容量公共交通(如地鐵等)的一種補(bǔ)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(jī)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(diǎn)。目前這類環(huán)境的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)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。第五節(jié)展望2023/1/3029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)境的車輛是一致的,只是在性能要求上的側(cè)重點(diǎn)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(diǎn)解決的問題。參考文獻(xiàn)2023/1/3030[1]宋振偉.基于FPGA的車輛自動駕駛系統(tǒng)的研究與仿真設(shè)計(jì)[D].哈爾濱：

哈爾濱理工大學(xué)，2014.[2]呂峰.無人駕駛智能車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2014.[3]汪明磊.智能車輛自主導(dǎo)航中避障路徑規(guī)劃與跟蹤控制研究[D].合肥：合肥工業(yè)