无人驾驶汽车关键技术研究

无人驾驶汽车的关键技术研究摘要：对无人驾驶汽车及其关键技术进行了研究。概括性描述了无人驾驶汽车的定义、意义及国内外研究现状，论述了无人驾驶汽车中应用到的环境感知、障碍规避、路径规划、车辆控制等关键技术，详细论述了自动避障系统的数据采集、数据处理、数据执行模块从而阐明了其工作原理及工作过程，对无人驾驶汽车的未来做出了合理展望。关键词：无人驾驶汽车；自动测距；自动避障KeyTechnologyResearchofDriver-lessCarAbstract：Abstract:Thedriver-lesscaranditskeytechnologiesarestudied.Generaldescriptionofthedefinitsignificanceandresearchstatusathomeandabroadofunmannedvehicles,discussestheapplicationofkeytechnologyinunmannedvehicleslikeenvironmentalawareness,obstacleavoidance,pathplanningandvehiclecontrol.Theautomaticcollisionavoidancesystemofdataacquisition,dataprocessing,dataexecutionmodulearediscussedindetailwhichclarifyitsworkingprincipleandworkingprocess,inadditiontomakeareasonablefuprospectsoftheunmannedvehicle.Keywords：driver-lesscar;automaticlocation;automaticobstacleavoidance1引言随着社会的进步，汽车工业的不断发展，如今越来越多的普通家庭都拥有了汽车，这使得全世界汽车保有量飞速增加。汽车一方面让我们的出行变得更加方便快捷，另一方面却也给我们的生活带来了诸多不利，汽车造成的交通事故、交通堵塞给人类带来了极大的生命与财产损失。在这样的背景之下无人驾驶汽车横空出世，无人驾驶汽车集成了大量最顶尖的科学技术，使汽车能够做到完全的无人驾驶，并保证绝对的行车安全，无人驾驶汽车一定会在不久的将来得到广泛的普及。2无人驾驶汽车概述2.1无人驾驶汽车定义国际标准化组织ISO、美国汽车工程师学会SAE、中国国标GB等国内外权威机构均未给出无人驾驶汽车的确切定义。通过中外学者对无人驾驶汽车认识的总结可以大致得出无人驾驶汽车的定义，无人驾驶汽车是在传统汽车基础之上发展起来的，通过给车辆装备智能软件和多种感应设备，包括车载传感器、雷达、GPS以及摄像头等，实现车辆的自主安全驾驶，安全高效地到达目的地并达到完全消除交通事故的目标，是集自动控制技术、传感技术、人工智能技术、视觉计算等众多技术于一体的新型智能汽车，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。2.2无人驾驶汽车意义研究表明，有70%的交通事故是由于人们自己的原因照成的，汽车智能化、自动化程度越高人类参与驾驶的程度越少，汽车就越安全。近些年来发展起来的各种先进技术如ABS防抱死系统、TCS牵引力控制系统、倒车雷达系统、自适应巡航系统等，这些技术一方面使人们对汽车的操控越来越简化，同时也使汽车变得越来越安全。无人驾驶汽车从根本上解决了这一问题，无人驾驶汽车车顶上装有俯视摄像头——汽车的“眼”[3]，它能自动识别路面上的白黄线及交通标识，从而准确判断行车方向与汽车所处方位。汽车前方安装有激光测距仪及雷达，它时刻扫描着车周围环境，比如汽车前、后方车辆的位置与行车状况，路上行人、障碍物等，这就像汽车有了嗅觉灵敏的“鼻”。另外，图3-3改进后汽车刹车原理示意图3.3路径规划路径规划是无人驾驶汽车必要的关键组成部分，它为感知系统及车辆控制起着承上启下作用，接收感知系统数据，规划。路径规划的目标是在复杂道路环境中，基于一定的准则（时间最优、能量最优等）在行车环境中规划出一条安全可靠、的从起始位置到目标位置的无碰撞路径。路径规划包括全局路径规划以及局部路径规划。全局路径规划是在已知晓全局地图的情况下，根据一定的规则和当前环境信息，确定可行及相对最优的全局路径。全局路径是宏观上的规划，主要用于周围环境已知情况，而且其规划的路径在后期根据局部信息需要实时更新。局部路径是在宏观的指导下，进行微观上的规划更加准确、更加可靠。目前路径规划主要用到的算法包括栅格法、人工势场法、可视图法、随机搜索树法(RRT)、人工智能算法等。3.4车辆控制车辆的路径跟踪控制技术是无人驾驶汽车中的核心与关键技术之一[7]，一般可分为速度控制和方向控制，因为车辆自身建模的困难和环境的多变造成车辆控制比较困难。目前常用的车辆控制方法主要采用模糊推理、模糊PID、PID算法、神经网络或者将众多算法结合的控制技术。无人驾驶车辆的运动控制实际上就是通过调节车辆运动的速度和方向，使无人车沿着期望的路径运动，由于无人驾驶车辆一般工作在未知的、动态的复杂环境中，所以无人驾驶是一个非常完善的技术研究平台，运动控制是无人驾驶车辆系统研究中极其关键的问题之一，因为一切都需要无人驾驶车辆的精确行驶来保证上层的目标。4无人驾驶汽车的发展及展望虽然目前要实现无人驾驶汽车产业化仍然存在种种种问题，无人驾驶汽车实质上就是建立在汽车的主动安全及智能化技术逐步升级基础之上的，只要市场对于这些技术有持续的需求，就能推动传统汽车向完全无人化演进。因此，相当多的国家和各大企业对其前景表示乐观。如今，已开发出来的无人驾驶技术包括自适应巡航控制、路标识别、车道保持、智能刹车等，这些都还仅仅只属于汽车主动安全系统范畴，要推动无人驾驶汽车的发展还需开发更为先进的传感器技术。另外，车—车、车—基础设施通信系统也将推动无人驾驶汽车的发展。美国IEEE预测[10]，到2040年全球上路的汽车总量中，75%将会是无人驾驶汽车。市场研究公司IHS则预测，2025年全球无人驾驶汽车销量将达到23万辆，2035年将达到1180万辆，届时无人驾驶汽车保有量将达到5400万辆。其中，2035年4级完全无人驾驶汽车每年销量可达到480万辆，到2035年，北美在无人驾驶汽车市场上的份额将达到29%中国为24%，西欧为20%未来，人类交通系统或将发生翻天覆地的变化。美国NavigantResearch近期发表的一份报告预测，完全无人驾驶车辆年销售量将由2020年的低于8000辆，在2035年增加至9540万辆。换句话说，2020年自动驾驶车辆在全球汽车市场的渗透率约仅0.01%，但在2035年可提升至75%。但无人驾驶技术现阶段的发展重点还是辅助驾驶，以提高人工驾驶的安全性，要真正实现完全无人驾驶商业化运行可能还需20年。产业专家对于无人驾驶汽车市场的看法及预测意见尚存分歧；分析师对于2030~2035年之间的自动驾驶车辆数量预测，从2000、3000到9000万辆都有。不同的预测取决于他们所预期的无人驾驶汽车市场在发展之前将面临的法律以及商业障碍的差异。5结语无人驾驶汽车是未来汽车发展的方向，人类在不久的将来会用上智能型无人驾驶汽车。那是一种将探测、识别、判断、决策、优化、优选、执行、反馈、纠控功能融为一体，集微电脑、微电机、绿色环保动力系统、新型结构材料等顶尖科技成果为一体的智慧型汽车。总体来看，我国无人驾驶汽车的发展还需要多方面共同努力。汽车供应商对于各种车辆驾驶辅助功能的研究是无人驾驶汽车技术不断向前发展的源动力；网络信息技术与安全的发展是无人驾驶汽车技术进一步飞跃的保证；政策与法律的制定与实施，又是无人驾驶汽车真正上路的前提。

参考文献乔维高,徐学进.无人驾驶汽车的发展现状及方向[J].上海汽车,2007,07:40-43.杨帆.无人驾驶汽车的发展现状和展望[J].上海汽车,2014,03:35-40.端木庆玲,阮界望,马钧.无人驾驶汽车的先进技术与发展[J].农业装备与车辆工程,2014,03:30-33.龚毅.一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D].南京理工大学,2014.宋洁.无人驾驶智能车路径引导的研究[D].西安工业大学,2013.辛煜.无人驾驶车辆运动障碍物检测、预测和避撞方法研究[D].中国科学技术大学,2014.王培.无人驾驶智能车的导航系统研究[D].西安工业大