智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展及前景

智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展及前景摘要：智能車輛技術(shù)是一個新興的學(xué)科領(lǐng)域。從八十年代中后期開始，世界上主要的發(fā)達(dá)國家對智能車輛開展了一系列卓有成效的研發(fā)工作。我國在智能車的研究起步比較晚，與發(fā)達(dá)國家有一定的差距。本文簡要敘述了智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展以及對智能車輛的前景預(yù)測。一：智能車輛的概念智能車輛因其從輪式移動機(jī)器人的研究中汲取了大量的營養(yǎng)，許多研究者將智能車輛與輪式移動機(jī)器人等同。所以，智能車輛(IntelligentVehicle，IV)又稱為輪式移動機(jī)器人(wheelMobileRobot)，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中地運(yùn)用，計算機(jī)、現(xiàn)代傳感、導(dǎo)航、防撞、信息融合、通訊、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車輛致力于提高汽車的安全性、舒適性和提供優(yōu)良的人車交互界面，是目前各國重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)中一個重要組成部分，也是世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動力。智能車輛技術(shù)是一個新興的學(xué)科領(lǐng)域，它融合了機(jī)器人技術(shù)，人工智能技術(shù)，計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，通信與信號處理技術(shù)，自動化與控制技術(shù)以及機(jī)器視覺技術(shù)等。智能車輛的許多新思想、解決方案得益于其他技術(shù)鄰域的進(jìn)步和支持。目前的智能車輛技術(shù)的發(fā)展有兩個方向：其一是用于室內(nèi)的環(huán)境，智能車輛具備自主導(dǎo)航的能力，車輛體積小，速度相對不高，當(dāng)遇到突發(fā)事件時，可根據(jù)實際情況做出決策，改變自身位置以跟蹤檢測出的道路行走；其二是用于室外的環(huán)境，智能車輛高速行駛，利用各種傳感器檢測環(huán)境的信息，以判斷車輛的行駛情況，這時要求計算機(jī)具有很強(qiáng)的處理能力，傳感器也要有很高的靈敏度。二：智能車輛的產(chǎn)生智能車輛的研究始于20世紀(jì)50年代初美國BarrettElectronics公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS）。1974年，瑞典的VolvoKalmar轎車裝配工廠與Schiinder－Digitron公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的AGVS，并由多臺該種AGVS組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。由于Kalmar工廠采用AGVS獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，許多西歐國家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配作業(yè)中成為一種流行的運(yùn)輸手段。20世紀(jì)80年代，伴隨著與機(jī)器人技術(shù)密切相關(guān)的計算機(jī)。電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，國外掀起了智能機(jī)器人研究熱潮，其中各種具有廣闊應(yīng)用前景和軍事價值的移動式機(jī)器人受到西方各國的普遍關(guān)注。從八十年代中后期開始，世界上主要的發(fā)達(dá)國家對智能車輛開展了一系列卓有成效的研發(fā)工作。智能車輛在軍事、民用和科學(xué)研究等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，也越來越引起各國政府和大公司的注意。在智能車輛中，道路識別技術(shù)是其視覺預(yù)警和導(dǎo)航系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵技術(shù)，也是智能車輛視覺技術(shù)發(fā)展水平的一個重要標(biāo)志。在1994年，第一屆的世界智能交通系統(tǒng)大會(IntelligentTransportationSystems，ITS)在法國巴黎召開，標(biāo)志著智能交通技術(shù)走向了快速發(fā)展的階段，2007年，第14屆世界ITS大會在中國北京順利召開。三：智能車輛的發(fā)展及現(xiàn)狀1.美國智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀美國在智能車輛的研究進(jìn)展比較快，從20世紀(jì)80年代開始，美國在DARPA預(yù)研項目資助下研制了第一臺自動導(dǎo)航車輛---AutonomousLandVehiclesl41。目前美國的主要智能車輛研究有美國軍方研制的DEM0Ⅲ智能車輛14】、卡耐基．梅隆大學(xué)(CarnegieMellon廣西大學(xué)碩士掌位論文機(jī)器視捌陶董汽車前方車道識別中的應(yīng)用研究University，CMU)機(jī)器人研究中心研究開發(fā)的的NavLab系列is】和福羅里達(dá)大學(xué)(UniversityofFlorida，UF)研制的Kelvin智能車輛161。DEMOIII智能車融合了包括攝像機(jī)、激光、雷達(dá)、超聲波、紅外線等多傳感器技術(shù)，能夠在不同環(huán)境條件下自動調(diào)整車速以適應(yīng)多種環(huán)境，還能在三百英寸的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)人以避障。NavLab智能車采用SonyDXC一151A彩色攝像機(jī)，用于進(jìn)行道路和障礙物檢測，并通過控制轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)自動駕駛，NavLab進(jìn)行了長達(dá)3000英里的公路實驗，其中95％由自動駕駛完成，平均速度可達(dá)85km／h。Kelvin智能車采用了2個攝像機(jī)，適用于相對比較平緩的地區(qū)，非常輕便，且可以獲得相對較高的速度。2.歐洲智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀歐洲的智能車研究主要有德國慕尼黑聯(lián)邦國防大學(xué)與德國奔馳汽車公司研制的智能車、德國的研究技術(shù)部門與大眾汽車公司合作研制了Carvelle智能車、法國帕斯卡大學(xué)(BlaisePascalUniversity)與雪鐵龍合作研制的Peugeot智能車以及意大利的帕爾瑪大學(xué)(UniversityofParma)研制的ARGO系列智能車等。VaMoRs．P智能車通過四個小型攝像機(jī)構(gòu)成的兩組雙目視覺系統(tǒng)，在高速公路上進(jìn)行了大量的跟蹤車道白線、避障和自動超車實驗，最高車速可達(dá)130km／h。Carvelle智能車?yán)脙蓚€攝像機(jī)來探測障礙物和檢測車道，從識別一幀圖像到完成控制過程的時間只需70毫秒，該車的最高車速為120km／h。Peugeot智能車的運(yùn)算處理部分已經(jīng)集成在一塊基于TMS320C50的數(shù)字處理卡上，硬件配置輕便，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(dá)130km／h。ARGO智能車集成了機(jī)器視覺和多傳感器的融合技術(shù)，進(jìn)行了一次2000多公里的非規(guī)范化道路的測試，穿越了平原、山地、高架橋、隧道、獲得了良好的效果。3.亞洲智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀亞洲的智能車輛的研究主要有日本、韓國、新加坡等，其中日本的豐田公司(TOYOTA)在1993年研制的智能車在普通高速公路上的實驗車速為60km／h；日本的日產(chǎn)公司在2001年生產(chǎn)了具有預(yù)警系統(tǒng)的汽車；三菱公司也開發(fā)過具有類似離線預(yù)警系統(tǒng)功能的Galant智能車。此外，韓國、新加坡的大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)也均進(jìn)行了相關(guān)工作的大量研究。在1994年，第一屆的世界智能交通系統(tǒng)大會(IntelligentTransportationSystems，ITS)在法國巴黎召開，標(biāo)志著智能交通技術(shù)走向了快速發(fā)展的階段，2007年，第14屆世界ITS大會在中國北京順利召開。4.我國智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀我國在智能車的研究起步比較晚，與發(fā)達(dá)國家有一定的差距，目前在國內(nèi)智能車輛領(lǐng)域里研究的主要有：清華大學(xué)的THMR．V智能車、國防科技大學(xué)的CITAVT-IV智能車，吉林大學(xué)的智能車等。THMR-V智能車融合攝像機(jī)視覺系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和激光雷達(dá)測障系統(tǒng)等多傳感器技術(shù)，結(jié)合計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對智能車進(jìn)行方向控制、油門控制、剎車控制和車體控制，THMR-V智能車在速度上已接近國際先進(jìn)水平，平均速度為lOOkm／h，最高速度可達(dá)150km／h。CITAVT-W智能車主要研究在非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下車輛遙控和自主駕駛技術(shù)，在繞城公路上進(jìn)行了自主實驗時車速最高達(dá)廣西大掌碩士學(xué)位論文機(jī)器視覺在汽車前方車道識別中的應(yīng)用研究到了75．6km／h，已經(jīng)接近CITAVT-IV智能車的速度極限。JUTIV．4智能車?yán)脭z像機(jī)和多傳感器信息的融合技術(shù)，研究在非結(jié)構(gòu)道路環(huán)境下的車距安全保持技術(shù)、道路識別與跟蹤技術(shù)和換道超車技術(shù)，其無人駕駛視覺導(dǎo)航設(shè)計速度50km／h以上，總體研究開發(fā)具有世界先進(jìn)水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位?？偟膩碚f，我國的智能車輛與國外的研究還有很大差距，盡管在速度上已經(jīng)具備世界先進(jìn)水平，但對于多傳感器的融合技術(shù)和多目視覺的研究還有待提高。我國還有很多研究機(jī)構(gòu)和大專院校進(jìn)行相關(guān)的研究，如浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等。我國的智能車研究基本上還處于試驗研究階段，目前還沒有產(chǎn)品投入市場。四：智能車輛的前景預(yù)測未來智能車輛的研究方向主要在以下幾個方面更加完善：(1)駕駛員行為分析近期的研究主要在于監(jiān)控和分析駕駛員狀態(tài)、設(shè)計先進(jìn)車輛和良好的用戶信息交互界面。以便學(xué)習(xí)、控制甚至是模擬駕駛員行為。高級的駕輔助系統(tǒng)應(yīng)該能確保駕駛員反應(yīng)恰當(dāng)而且安全。在該研究領(lǐng)域的不同方法中，監(jiān)視駕駛員頭部位置已經(jīng)成為研究重點(diǎn)。這能幫助探測和推理駕駛員的疲勞等級(特別是結(jié)合駕駛員眼睛凝視方向。并應(yīng)用靈活的安全氣囊。澳大利亞L．F1etcher等提出了一種推斷駕駛員疲勞程度的方法。研究道路場景的單調(diào)性與駕駛員疲勞強(qiáng)度的關(guān)系。該項研究依據(jù)心理學(xué)特征，定義單調(diào)性為一個駕駛員疲勞的外部因素，利用駕駛員頭部姿態(tài)、眼睛凝視跟蹤以及道路單～性分析組成一個性能良好的駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)。法國的一些研究機(jī)構(gòu)研制出一種能夠監(jiān)測司機(jī)注意力下降的系統(tǒng)，并可以通過聲音或光信號提醒司機(jī)。該系統(tǒng)首先用多種傳感器提供關(guān)于方向盤的活動情況、腳踏板上的壓力情況、車速。并在汽車司機(jī)座前方安裝一個紅外線探測儀，用來檢測駕駛員眼皮的眨動。如果駕駛員感到疲勞打瞌睡，眼皮的眨動就會變慢，這時候紅外線監(jiān)測器便會發(fā)出尖銳的警告聲，將司機(jī)從瞌睡中驚醒。法國雷諾已經(jīng)將這項研究成果應(yīng)用到了汽車上。(2)環(huán)境感知主要是運(yùn)用傳感器融合等技術(shù)，來獲得車輛行駛環(huán)境的有用信息，車流信息、車道狀況信息、周邊車輛的速度信息、行車標(biāo)志信息等。(3)極端情況下的自主駕駛主要研究在某些極端情況下，如駕駛員的反應(yīng)極限、車輛失控等情況下的車輛自主駕駛。(4)車輛運(yùn)動控制系統(tǒng)一研究車輛控制的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)建模、車體控制等問題。(5)主動安全系統(tǒng)和被動安全相對比，主動安全系統(tǒng)主要是以防為主，如研究各種情況下的避障、防撞安全保障系統(tǒng)等。(6)交通監(jiān)控、車輛導(dǎo)航及協(xié)作主要研究交通流誘導(dǎo)等問題。(7)車輛交互通信研究車輛之間有效的信息交流問題，主要是各種車輛聞的無線通信問題。(8)軍事應(yīng)用研究智能車輛系統(tǒng)在軍事上的應(yīng)用。(9)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究智能車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組織問題。(10)先進(jìn)的安全車輛研究更安全、具有更高智能化特征的車輛系統(tǒng)。上述方面覆蓋了智能車輛系統(tǒng)研究所涉及的安全監(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方式及自主程度來分，上述究方向也可比較概括的劃分為以下三個大的研究方向：1)監(jiān)控、警告系統(tǒng)。此部分研究前方碰撞警告、盲點(diǎn)警告、行車道偏離警告、換道警告、十字路口防掩警告、行人檢測、倒車警告等方面的問題。2)半自主式車輛控制系統(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、扭距等使車輛回復(fù)到安全狀態(tài)。3)自乇車輛控制系統(tǒng)。此部分具有完全的車輛自動化，研究