无人驾驶汽车综述

辽宁工业大学题目： 无人驾驶汽车综述院（系）：汽车与交通工程学院专业班级： 车辆工程103学号： 学生姓名： 指导教师： 无人驾驶汽车综述摘要：无人驾驶汽车又称自主驾驶汽车，也可以称之为轮式移动机器人，它属于一种智能汽车，主要依靠车内以计算机为主的智能驾驶系统来实现无人驾驶。无人驾驶是汽车发展史上的又一次革命性进步。科技巨头谷歌公司引发了这一场没有硝烟的战争，传统汽车巨头纷纷加入其中，争取无人驾驶时代的龙头地位。关键字：无人驾驶汽车，智能驾驶，行车原理一、 无人驾驶汽车概念无人驾驶汽车作为一种新兴的高科技产品，并没有严格的定义。清华大学汽车系副研究员王建强将无人驾驶汽车定义为“通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车”。二、 无人驾驶汽车的原理无人驾驶汽车利用车载传感器以及GPS系统来感知车辆周围环境，并将获得的道路、车辆位置和障碍物信息，传送到计算机系统，后者随即作出判断，控制车辆的行驶状态。无人驾驶系统载有激光扫描仪、声波定位仪、红外线传感器、罗盘和微波雷达等多种传感器，上述各种图像、声音、力等传感器就像人的感觉器官，随时感知车辆周围环境的变化。车载计算机系统就像人的大脑可以接收各种由传感器获得的信息，经由软件处理分析，迅速给出正确的判断，并向执行机构发送指令。执行机构可以代替人的手脚去执行由计算机传来的操作指令。GPS系统可以准确提供车辆所在的位置以及详细的地图信息，从而使车辆在遵守交通规则的前提下能够可靠地在道路上自主行驶，安全到达指定地点。所以，无人驾驶系统完全可以模拟传统的人工驾驶汽车，从理论上讲是可行的。由于不同的国家和公司所掌握的尖端技术有所差别，其生产的无人驾驶汽车其原理也有所不同：法国的无人驾驶汽车原理：法国人将自己的巡航导弹制导的全球定位技术应用到无人驾驶汽车中，通过触摸屏设定路线，通过全球定位系统引路，只不过给该汽车带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，而该汽车却装备了名为“实时运动GPS”的特殊GPS系统，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。近日，法国Induct公司推出Navia品牌汽车，称这是全球首款商用的无人驾驶汽车。德国的无人驾驶汽车：德国人在车内安装的包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机在内的无人驾驶系统。在行驶过程中，车内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米内的道路状况，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。安装在汽车后备箱内的计算机将汇总、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。奔驰公司最新应用到奔驰S500汽车的无人驾驶系统就是在此基础上研发而来。美国的无人驾驶汽车：谷歌研发的无人驾驶系统在全球处于领先地位。谷歌无人驾驶系统通过摄像机、雷达传感器和激光测距仪来“看到”其他车辆，并使用详细的地图（我们通过手动驾驶车辆收集而来）来进行导航。同时，几乎所有汽车业巨头都同意谷歌的这一观点：下一代的汽车将不会纠结于马力和力矩，而是聚焦在诸如“雷达测距”、“通信延迟”或是“成像像素”这些要素上。尽管原理上有所差别，但无人驾驶汽车都是集自动控制、人工智能等众多先进技术于一体，是计算机技术、传感器技术和智能控制技术高度结合的产物。三、无人驾驶汽车的优缺点无人驾驶汽车的优点：在应用上，无人驾驶汽车在民用和军事领域均有广阔的应用前景。在民用方面首先，无人驾驶汽车解放了人类，不喜欢驾驶的人们不需要花大量人力物力考驾驶证，也不必为驾驶汽车而身心疲惫。这一点对有驾驶难度的货车尤为重要，物流成本也将随之降低。其次，无人驾驶将提高行车安全，计算机系统相比人能够做出更快更精确的驾驶控制。而且诸如酒驾，疲劳驾驶等不良驾驶现象将逐步消失。根据世界卫生组织的数据，每年全球因道路交通事故死亡的人数超过120万。谷歌认为，他们的技术可以减少这一数字，甚至使其下降一半。再次，无人驾驶汽车会严格遵守交通秩序，也能选择车流压力较小的道路行驶，这对缓解交通拥堵很有益处。在军事方面，无人驾驶汽车可以作为一个无人作战平台，承担恶劣环境下地面侦查、环境分析、对敌攻击等任务。在汽车设计上，无人驾驶技术发展可以与互联网技术、新能源技术相结合，最终实现安全、节能、环保的设计目标。技术成熟以后，具体设计中可以取消方向盘，制动器等人工操纵装置，改善了车内空间。虽然无人驾驶汽车正在研发试验阶段，但是很多相关技术已经应用到汽车生产之中。比如自动泊车系统，车道偏离预警系统，自适应巡航系统，汽车盲点系统等等。奔驰的自动巡航控制系统便是一种事故预防系统，它的后保险杠上有一个装置，当它在汽车的盲点内检测到物体时，便会发出警报。奔驰的另一款轿车在挡风玻璃上装载摄像头，它可以通过分析路面和边界线的差别来识别车道标记。如果汽车不小心离开了车道，方向盘会轻微震动来提醒驾驶者。根据奔驰公司发布的材料，未来的梅赛德斯无人驾驶汽车会在挡风玻璃上装载两个摄像头以实时生成前方路面的三维图像，检测诸如行人之类的潜在危险，并且预测他们的行动。无人驾驶汽车优点突出，当然，它也有缺点：首先，无人驾驶汽车造价昂贵，普通消费者难以接受。目前，谷歌无人驾驶系统装备电脑与诸多传感探测器的汽车造价高达30万美元。虽然随着技术的成熟，研发成本及设备造价的降低，无人驾驶汽车价格也会下降，但是这个过程会有多快？其次，消费者心理上接受无人驾驶汽车也需要一个过程。毕竟将自己或者全家人的生命健康交给一个计算机系统，大多数人会有担忧。而且，一旦无人驾驶汽车意外发生车祸，将引发人们对无人驾驶技术的抵制，汽车公司会面临巨大困境。第一个难点是准确感知车辆周围环境。车辆周围环境包括道路状况、交通标志、行人行为、其他车辆、警察手势等等众多内容。尤其在恶劣天气、高速行驶等极端条件下去感知更是难上加难。尽管车上装的传感器有激光扫描仪、有毫米波雷达、视觉摄像头等先进的传感器，但是要全面准确感知有效的光线（图像、灯光等）、声音等信息仍然有很大的难度。第二个难点是计算机处理系统的设计。首先计算机要识别各种由传感器传来的信息，这就要求计算机中软件能够对图像、声音信息进行准确的建模分析。比如对行人行为进行预判，对其他车辆灯光、喇叭信息进行分析等等。车辆行驶中，传感器所接收的信息的数量繁多、复杂多变的，计算机要准确识别有用信息，这种情况下增加软件设计的难度。其次，计算机要迅速地处理大量信息，这对计算机的运算能力以及与传感器、执行器内部通信能力提出了很高的要求。以谷歌无人驾驶系统为例，在无人汽车行驶过程中，车载电脑会从谷歌的数据中心下载相关的信息，本地则通过感应装置一一一个标准的GPS模块，加上一枚安装在车顶的激光测距仪阵列，以及车身两侧的雷达获取信息，把它们和下载到的路线结合处理，决定当前的驾驶行为。安装在车顶扰流板上的激光测距仪阵列，是整套感应系统的核心装置。它可以生成最近50英尺内所有物体的三维图像，并与上次手工驾驶的测量进行比较，从而能对移动中的物体作出正确的判断，然后作出附加的指令输入。激光测距仪获取的数据与GPS数据会在车载电脑里汇总整合，并对汽车航迹进行实时修正，这样能大大地提高线路精度，将导航系统的误差缩小到厘米级。在道路标志不健全的路上行驶时，会面临更加复杂的驾驶难题。综上分析，完整地设计出计算机系统的工作量是难以想象的。第三个难点是保证无人驾驶汽车极高的可靠性。我们知道飞机为了达到一定的可靠性，有时候装有两套甚至更多的动力系统。无人驾驶汽车的可靠性要求并不低于飞机。一方面，无人驾驶汽车的运行是基于对电脑系统的高度依赖，一旦车载电脑系统受到病毒侵入或者远程控制，后果不堪设想。轻则发生交通事故，重则是整个交通系统的瘫痪。有人认为这可能正是无人驾驶汽车的最致命弱点。另一方面，无人驾驶系统增加了众多的零部件，一般来讲零件越多，可靠性会随之降低。如何提高传感器、执行器以及内部通信元件的可靠性也是无人驾驶系统面临的一个难题。等向谷歌无人驾驶系统发起挑战，大有赶超之势。国外：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。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Navlab-V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。在全长5000km的美国州际高速公路上，整个实验96%以上的路程是车辆自主驾驶的，车速达50〜60km/h。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，车内安装了无人驾驶设备，包括激光摄像机、全球定位仪和智能计算机。2012年，谷歌宣布其公司的十余辆无人驾驶汽车已经在电脑的控制下安全行驶了30万英里（约48万公里）。5月8日，美国内华达州机动车辆管理部门（DMV）为谷歌的自动驾驶车颁发了首例驾驶许可证，这意味着谷歌自动驾驶车将很快在内达华州上路。内华达政府相关人士表示：无人驾驶汽车上路测试的前提是，确保总有人能够在方向盘后进行控制，另外还有一人能够观察驾驶系统。2013年，奔驰S500智能驾驶车辆全程采用自动驾驶的技术，通过了城市与郊区各种复杂路况的考验，时速达到120公里/小时。目前，奔驰实现无人驾驶的全部核心技术都已应用于全新S级轿车上。全新奔驰S级轿车乃至新一代E级车已经能够在一定程度上实现自主驾驶，戴姆勒集团计划在2020年之前成为全球第一个发表自动驾驶技术的车企。相比有大约十年的差距。1989年，中国首辆智能小车在国防科技大学诞生。1992年，国防科技大学成功研制了中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。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。2012年10月，由军事交通学院研制的无人驾驶智能汽车完美地完成了京津高速公路测试项目。从北京台湖收费站到天津东丽收费站，百公里的距离，高速公路上复杂的行车条件，完全由电脑智能操作驾驶，最高时速达105公里，历时85分钟，其中超车共33次。2013年11月，由北京理工大学与比亚迪汽车联合研发的速锐无人驾驶汽车参加第五届“中国智能车未来挑战赛”。该车采用完全线性控制，全程无人为十预驾驶，最终获得冠军。目前，国内多家自主品牌汽车比亚迪、长安汽车等都在与高校合作，积极探索无人驾驶技术。当奔驰将自己的无人驾驶技术应用到新S级，可想而知，无人驾驶汽车时代已经离我们越来越近。随着越来越多的前沿技术应用到无人驾驶系统研发之中，无人驾驶汽车将迎来一个黄金发展时期。比如，建立在大数据技术基础上的人工智能就为无人驾驶汽车中计算机处理系统设计提供一种新的方案。美国电气与电子工程师协会（IEEE）预计，2040年美国路上行驶的汽车有四分之三都是无人驾驶汽车。无人驾驶汽车并不是汽车发展的终点，我相信汽车会朝着更加智能的方向继续发展。想象这样一个场景：早上你还在睡梦中，汽车打来电话，告诉你该起床了，根据实时的汽车流量数据，建议你提前10分钟发。可是你太累了，要再睡半个小时，于是汽车为你改签了下一次航班，并且通知了你的客户。你终于起床了，进入车里，洗漱、享受早餐、阅读早报，这时，汽车提示你，机场马上到了，请准备下车...参考文献：YuwenHu,JianweiGong,YanJiang,HybridMap-BasedNavigationMethodforUnmannedGroundVehicleinUrbanScenario,InRemotesensing,2013DavidE.Kaufman&RobertL.Smith,FastestPathsinTimeDependentNetworksforIntelligentVehicleHighwaySystemsApplication,InIV