机械设计之无人驾驶汽车的发展史

1、无人驾驶汽车的发展史 汽 车 的 未 来 小组成员： 1608100311) 胡书明(组长)(1608100312)、何克锦 何雄(1608100310 )、雨( 1608100309) 专业班级：车辆工程 103班 目录 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 无人驾驶汽车的简介 无人驾驶汽车的发展状况 第一节：国外发展状况 第二节：国发展状况 无人驾驶汽车采用的技术 第一节：关键技术 第二节：目前技术 第三节：将采用的技术 无人驾驶汽车的自动泊车系统 无人驾驶汽车的发展前景 第一节：发展方向 第二节；道德争议 无人驾驶汽车即将来临 第一节：英国版：外形就像飞船 第二节：法国版：采用

2、巡航导弹技术 第三节：德国版：外形像普通轿车 第四节：美国版：谷歌无人驾驶汽车 第一章：无人驾驶汽车的简介 无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动 机器人，主要依靠车的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实 现无人驾驶。无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智 能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别 和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实 力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有 广阔的应用前景。无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人 车一路”闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统 中 请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性。 从20世纪70

3、年代开始，美国、 英国、德国等发达国家开 始进行无人驾驶汽车的研究，目前在可行性和实用化方面都 取得了突破性的进展。我国从 20世纪80年代开始进行无人驾 驶汽车的研究，国防科技大学 在1992年成功研制出我国第一 辆真正意义上的无人驾驶汽车。2005年，首辆城市无人驾驶 汽车在交通大学研制成功，该车有望于两年之率先在世纪公 园进行示运营，并在2010年世博会上一展身手。到时游客只 需在公园的入口处按下一个按钮，一辆没有司机的四座敞篷 汽车就会从远处开过来缓缓停下，然后搭载 着乘客前往他们想去的景点。 国首款无人驾驶汽车 第二章无人驾驶汽车的发展状况 第一节：国外发展状况 19 2 1年8月5

4、日，第一辆无人驾驶、由无线电操纵 的汽车在美国试验成功。发达国家从二十世纪七十年代开始 进行无人驾驶汽车研究， 在可行性和实用性方面， 美国和德国走在前列。美 国是世界上研究无人驾驶 车辆最早、水平最高的国 家之一。 早在二十世纪八十年代， 美国就提出自主地面车辆 (ALV)计划，这是一辆八轮车，能在校园的环境中自主驾 驶，但车速不高。由于技术上的局限和预期目标过于复杂， 到二十世八十年代末九十年代初，各国都将研究重逐步转移 到问题相 对简单的高速公路上的民用车辆的辅助驾驶项目上。 1999年，一辆由美国 卡耐基梅隆大学 研制的无人驾驶汽车 N avlab-V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试

5、验。在全长5 000km的美国州际高速公路上， 整个实验96%上的路程是车 辆自主驾驶的，车速达 5060km/h。 2000年，丰田汽车公司开发出无人驾驶公共汽车。这套公共 汽车自动驾驶系统主要由道路诱导、车队行驶、追尾防止和 运行管理等主面组成。安装在车辆底盘前部的磁气传感器将 根据埋设在道路中间的永久性磁石进行导向，控制车辆行驶 方向。 2007年，德国汉堡一家公司应用先进的激光传感技术把一辆 普通轿车改装而成，可以在错综复杂的城市公路系统中无人 驾驶汽车。这辆无人驾驶智能汽车名为“路克斯”（Lux）， 它可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶。 Lux这款无人驾驶汽车，车安装了无人驾驶

6、设备，包括激光 摄像机、全球定位仪和智能计算机。 第二节：国发展状况 中国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚。国防科技大 学从二十世纪八十年代开始进行该项技术研究。 从20世纪80年代末开始，在贺汉根教授带领下，2001年研制 成功时速达76公里的无人车。 1989年，中国首辆智能小车在国防科技大学诞生 1992年，国防科技大学研制成功了中国第一辆真正意义上的 无人驾驶汽车。 2000年6月，国防科技大学研制的第四代无人驾驶汽车试验 成功，最高时速达76km,创下国最高纪录。 2003年，研制成功我国首台高速无人驾驶轿车，最高时速可 达170公里。 2006年，研制的新一代无人驾驶红旗HQ3

7、则在可靠性和小 型化方面取得突破。此次红旗HQ无人车实验成功创造了我 国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录， 这标志着我国在该领域已经达到世界先进水平。 2007年，国防科技大学机电工程与自动化学院和中国第一汽 车集团公司 联合研发的红旗旗舰无人驾驶轿车，其总体技术 性能和指标已经达到世界先进水平。 我国自主研制的无人车 由国防科技大学自主研制 的红旗HQ无人车，2011年7月14日首次完成了从到286公里 的高速全程无人驾驶实验，创造了我国自主研制的无人车在 复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着我国无人车在复 杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突 破，达到世界

8、先进水平。红旗HQ无人车由国防科技大学自 主研制，本月中旬它从京珠高速公路梓冲 收费站出发，历时3小时22分钟到达，总距离286公里。 实验中，无人车自主超车 67次，途遇复杂天气，部分路段有 雾，在还遭逢降雨。红旗 HQ全程由计算机系统控制车辆行 驶速度和方向，系统设定的最高时速为110公里。在实验过 程中，实测的全程自主驾驶平均时速为87公里。国防科技大 学方面透露，该车在特殊情况下进行人工干预的距离仅为2. 24公里，仅占自主驾驶总里程的 0.78%。 第三章无人驾驶汽车采用的技术 第一节：关键技术 无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面：车辆定 位和车辆控制技术。这两方面相辅相成共同

9、构成无人驾驶汽 车的基础。 （1）车辆定位技术，目前（截止2007年）车辆定位常用的 技术包括磁导航和视觉导航等。 （2）车辆控制技术，目前（截止2007年）常用的方法是经 典的智能PD算法，例如模湖 PD神经网络PD等。 除以上两个方面，无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部 分，还需要一些其它相关技术的支持，如车辆调度系统、通 讯系统和人机交互系统等，最终得以实现整个交通系统的高 效、安全。 第二节：目前技术 防抱死制动系统 1、防抱死制动系统。防抱死制动系统其实就算无人驾驶系 统。该系统可以监 控轮胎情况，了解 轮胎何时即将锁 死，并及时做出反 应。而且反应时机 比驾驶员把握得 更加准确。防

10、抱死 制动系统是引领 汽车工业朝无人 驾驶方向发展的早期技术之一。 2、另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统。牵引和稳 定控制系统与防抱死制动系统不同的是，这些系统非常复 杂，各作防止车系统会协调工辆失控。 第三节：将采用的技术 1、 雷达高端汽车已经配备 雷达，可跟踪附近物体。比如 梅 赛德斯的D istronic Plus是一种事故避免系统，在保险杠 旁安装有传感装置，当检测到东西出现在汽车盲点时发出警 告。 2、车道保持安装在挡风玻璃上的照相机可识别车道标志线。 如果汽车意外离开自己的车道，方向盘会通过短暂振动提醒 驾驶者。 3、激光雷达Google采用V elodyne公司的车顶光探

11、测和测 距系统，包括64束激光，以每分钟900转的速度向上发射， 形成点云，赋予汽车360度视野。 4、红外照相机 梅赛德斯的夜视辅助系统采用两盏头灯向前 方道路发射不可见的红外光。安装在挡风玻璃上的照相机监 测红外信号，将标注出危险区域的图像显示到仪表盘上。 5、立体视觉梅赛德斯一款概念车用两台安装在挡风玻璃上 的照相机构成前方道路的实时3D图像，发现潜在危险，比如 行人、自行车，并预计其走向。 6、 GPS惯性测量自动汽车必须知道自己开往何处。Google 结合Applanix的定位系统、Google地图和GPS判断汽车方 位。 7、车轮计速安装在轮子上的传感器通过转速测量汽车行驶 的速度

12、。 第四章无人驾驶汽车的自动泊车系统 车辆损坏的原因，多半不是 重大交通事故，而是在泊车 时发生的小磕小碰。泊车可能是危险性最低的驾驶操作了， 但我们仍然会 把事情搞得一 团糟。虽然有 些汽车制造商 给车辆加装了 后视摄像头和 可以测定周围 物体距离远近 的传感器 甚至还有可以显示汽车四周情况的车载电脑 有的人仍然会一路磕磕碰碰地进入停车位。由于雷克萨 斯LS 460L采用了高级泊车导航系统，该车的驾驶员不会再 有类似的烦恼。该系统通过车身周围的传感器来将车辆导向 停车位（也就是说驾驶者完全不需要手动操作）。当然，该 系统还无法做到像星际迷航里那样先进。在导航开始前， 驾驶者需要找到停车地点，

13、把汽车开到该地点旁边，并使用 车载导航显示屏告诉汽车该往哪儿走。停车位需要比车身长 2米（LS的车身较长）。自动泊车系统是无人驾驶技术的一大 成就。通过该系统，车辆可以向驾驶员那样观察周围环境， 及时做出反应并安全地从 A点行驶到B点。虽然这项技术还 不能让人完全放手，让汽车自动载您回家，但毕竟是朝着这 个方向迈出了第一步。 第五章无人驾驶汽车的发展前景 第一节：无人驾驶汽车-发展方向 无人驾驶汽车的研究方向，可以归纳为三个方面： （1）高速公路环璋下的无人加驶系统； （2）城市环璋下的无人驾驶系统； （3）特殊环璋下的无人驾驶系统。 第二节：无人驾驶汽车的道德争议 现在您可能会认为所有这些无

14、人驾驶技术都近在咫尺， 我们已经准备好要踏入一个无人驾驶的“理想时代”。有些 人同意这种想法。通用汽车和卡基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的研究者正在合作开发无人驾驶车， 并希望在2018年前投入市场。车辆无人驾驶技术的优点是 使出行更安全（因为去除了人为失误因素）、缓解交通压力、 并减少环境污染。而另一些人则觉得这种想法不可信。老实 说一一人们喜欢驾车！有时候，驾驶会让人感到轻松写意， 而且要让人们愿意托付性命，无人驾驶技术还得解决许多问 题。驾驶员失误也有其反面优势，那就是人类的判断能力。 无人驾驶技术永远是将保护车辆和车人员作为第一要务。而驾驶员则可能宁

15、愿牺牲自己的车来保护他人。例如，您驾驶 时前方有辆车突然打滑，而您已经来不及停车。此时，在您 的左边有一辆大卡车，右边则是一群等着过马路的孩子。大 多数司机会选择撞向大卡车，以避免撞到行人。而无人驾驶 车辆无法识别孩子们一一它只会简单地看到这条道路阻力 较少，而将车转而冲向这边。这是个极端的例子，但是类似 的问题有待解决，只有这样我们才能安心告诉车该往哪儿 走，然后轻松享受无人驾驶之旅。 第六章无人驾驶汽车即将来临 第一节：英国版：外形就像飞船 最近，一些人在 英国伦敦希斯罗机场亲眼目睹了许多辆 无人驾驶汽车“优尔特 拉”（ULTra）自动驶离、抵 达车站的奇妙场景。一辆 辆车子鱼贯而出，几乎

16、毫 无噪音，一切都显得井然 有序。这种汽车由英国的 先进交通系统公司和 布里斯托尔大学 联合研制，并将于2010 年投放希斯罗机场作为出租车运送旅客。这种汽车可能会让 阻塞交通、汽油味难闻、拥挤不堪的公共汽车变成一种过时 的交通工具。这种超前的独立舱没有驾驶员、也没有喋喋不 休的谈话声伴随你的旅途，只有一个装在墙上的按钮.按钮 旁边写着“开始”。该无人驾驶汽车有4个座位，形状似气泡， 看起来就像一艘外星人飞船：这种汽车依靠电池产生动力， 而且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的地？它们的时速 可达40千米，而且会自动沿着其狭长的道路系统行使。一旦 乘客选择好了目的地，控制系统会记录下要求，并向舱

17、车发 送一条信息。随后舱车会遵循一条电子传感路径前进。在旅 程期间，如果需要的话，乘客可以按下一个按钮和控制人员 通话。 第二节：法国版：采用巡航导弹技术 法国INRIA公司花费十年心血研制出“赛卡博”（Cycab） 无人驾驶汽车，外形看起来像未来的高尔夫球车。该车使用 雄人常验汽辛只有三哗桂曲 匕列下奇刖楚冷门、仟惦a门） 类似于给巡航导弹制导的全球定 位技术，通过触摸屏设定路线， 的地方了。只不过给“赛卡博”带 “赛卡博”就能把你带到想要去 路的全球定位系统 要比普通的全 球定位系统功能强大许多。普通 GPS系统的 精度只能达到几米，而“赛卡博”却装备了名为“实时运动 GPS的特殊GPS系

18、统，其精良高达1厘米。这款无人驾驶汽 车装有充当“眼睛”的激光传感器.能够避开前进道路上的 障碍物，还装有双镜头的摄像头，来按照路标行驶，人们甚 至可以通过手机控嗣驾驶汽车，每一辆无人驾驶汽车都能通 过互联网来进行通信，这意味着这种无人驾驶汽车之间能够 做到信息共享，这样多辆无人驾驶汽车能够组成车队，以很 小的间隔顺序行驶。该车也能通过交通网络获取实对交通信 息，防止交通阻塞的发生在行驶过程中，该车还会自动发出 警告，提醒过往行人注意。 第三节：德国版：外形像普通轿车 无人鸳驶汽车詆nx亦储藏 企 在德国汉堡一家公司应用先进的激光传感技术把无人 驾驶汽车变成了现实：这辆无人驾 驶智能汽车名为“

19、路可斯” （Lux）, 由普通轿车改装而成，可以在错综 复杂的城市公路系统中无人驾驶。 这归功于车安装的无人驾驶设备， 包括激光摄像机、全球定位仪和智 能计算机。在行驶过程中，车安 装的全球定位仪将随时获取汽车所在准确方位。隐藏在前灯 和尾灯附近的激光摄像机随时探测汽车周围180米的道路状 况，并通过全球定位仪路面导航系统构建三维道路模型。此 外，它还能识别各种交通标志，保证汽车在遵守交通规则的 前提下安全行驶。安装在汽车后备箱的计算机将汇总、分析 两组数据，并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。激光扫 描器能够探测路标并提醒是否有车离开车道。在激光扫描器 的帮助下，无人汽车便可以实现自行驾驶：如果前方突然出 现汽车，它会自动刹车：如果路面畅通无阻，它会选择加速； 如果有行人进入车道，它也能紧急刹车。此外，它也会自行 绕过停靠的其他车辆。 第四节：美国版：谷歌无人驾驶汽车 作为谷歌试图开发一款能够基本取代驾驶员控制车辆 的人工智能软件的大胆尝试，代号“ Google Fleet ”的 7辆 试验车，已经累计完成了 1000公里的完全自主行驶。 整套Google Fleet自动驾驶设备包括一台放置在车顶的激 光测距仪，能够及时精确地绘制出周边200米之的3D地形图 并上传至车载电脑中枢。在挡风镜旁边，技术人员安放了一 个视频摄像头用以侦测交通信号灯，以及行人、自行车骑