1、智能汽車自主駕駛控制系統(tǒng)姓名：楊久州文獻(xiàn)綜述班級(jí)：機(jī)電一班學(xué)號(hào)：20137631、八、刖言20世紀(jì)末以來，隨著世界智能交通系統(tǒng)(ITS)和無人化武器裝備系統(tǒng)的發(fā) 展，共同對(duì)新一代智能交通工具提出了迫切的需求。智能車輛技術(shù)迅速成為具有前瞻性的高新技術(shù)研究課題，受到了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前，智能交通系統(tǒng)(ITS)作為一個(gè)能夠較好地解決世界性的交通擁堵、大量的燃油消耗和污 染問題的先進(jìn)體系吸引了大量學(xué)者的關(guān)注。一般來說，ITS由智能車輛、運(yùn)營車輛管理系統(tǒng)、旅行信息系統(tǒng)和交通監(jiān)控系統(tǒng)組成，智能車輛作為其核心部分，扮演著至關(guān)重要的角色。沒有高度發(fā)達(dá)的智能車輛技術(shù)，就不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的 智能交通

2、系統(tǒng)。智能車輛(IntelligentAutomotive)，又稱自主車輛(Autonomous Vehicle)或無人地面車輛(UGV),集成了車輛技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、自動(dòng)控制技術(shù)、 機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科強(qiáng)交叉科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展水平反映了一個(gè)國 家的工業(yè)實(shí)力。在近十年間，智能車輛技術(shù)的研究吸引了世界范圍內(nèi)大量高校、 企業(yè)以及相關(guān)科學(xué)家的關(guān)注，各國政府和軍事部門也對(duì)其表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣，智能車輛技術(shù)因此在短期內(nèi)得到了飛躍性的發(fā)展。1. 智能汽車自主駕駛技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀汽車自主駕駛技術(shù)研究是從兩個(gè)不同研究領(lǐng)域發(fā)展起來的。從1%0年開始,為了改善汽車的操控性能,美國Ohio大學(xué)的一些研

3、究工作者 開始進(jìn)行汽車側(cè)向跟蹤控制和縱向跟蹤控制研究，該項(xiàng)研究持續(xù)了二十多年，取得了一系列研究成果。另一方面,二十世紀(jì)六十年代美國stanfoul研究所在進(jìn)行人工智能研究中,開 發(fā)了 Shakey移動(dòng)機(jī)器人，作為人工智能研究工作的試驗(yàn)平臺(tái)。1973 1981年間 由Hans.Moravec在Stanford研究所領(lǐng)導(dǎo)的stanford。art工程則第一次實(shí)現(xiàn)了自 主駕駛。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以后，軍方和一些大型汽車公司對(duì)自主駕駛技術(shù)表現(xiàn) 出了濃厚的興趣。美國軍方先后組織了多項(xiàng)車輛自主駕駛的研究項(xiàng)目，其中包括DARPA勺ALV項(xiàng)目QARPA勺DEMo 一 H計(jì)劃、DEMo 一 111計(jì)劃等。這一

4、系列 的研究都試圖將自主駕駛技術(shù)使用到軍事上去，以提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。其它包括英 國、法國、德國等在內(nèi)的一些國家也都在進(jìn)行自主駕駛技術(shù)在軍事使用領(lǐng)域的相關(guān)研究。大型汽車公司則更加注重汽車自主駕駛研究，以期提高汽車性能。然而直到二十世紀(jì)九十年代前期，有關(guān)研究主要由大學(xué)聯(lián)合有關(guān)公司進(jìn)行。其中 比較成功的有：(I)德國慕尼黑國防軍大學(xué)所進(jìn)行的 vaMoRs和vaMP自主駕駛汽車研究。美國卡耐基一梅隆大學(xué)的Navlab系列自主駕駛汽車研究。 美國加州理工大學(xué)的PAI,H研究群體。 意大利帕爾瑪大學(xué)的ARGC自主車樣車。其它包括法國、日本等都在開展自主駕駛汽車的研究工作。國內(nèi)關(guān)于自主駕駛汽車的研究，是二十世

5、紀(jì)八十年代末期開始的，已取得了 令人鼓舞的研究成果。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)1991年研制的汽車自主駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低速自主駕駛。 2000年，以BJ2020為平臺(tái)的自主駕駛汽車實(shí)現(xiàn)了 75.6km/h的高速公路車道跟蹤 實(shí)驗(yàn)。2003年，由國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國第一汽車集團(tuán)公司聯(lián)合開發(fā)的紅旗車 自主駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 17Okm/h的高速公路車道跟蹤駕駛，并具有了超車功能。該 成果標(biāo)志著中國汽車自主駕駛技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。清華大學(xué)智能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室也在進(jìn)行汽車自主駕駛技術(shù)研究。據(jù)報(bào)道,2003年其研制的THMF一 V智能車進(jìn)行了最高時(shí)速達(dá)到150km/h的白線跟蹤實(shí)驗(yàn)。其它 包括吉林大學(xué)在內(nèi)的一些研究

6、機(jī)構(gòu)，也都在進(jìn)行汽車自主駕駛技術(shù)的研究。2. 智能汽車自主駕駛關(guān)鍵技術(shù)和分析2.1智能駕駛控制系統(tǒng)自主開發(fā)平臺(tái)的改裝智能駕駛控制系統(tǒng)功能開發(fā)平臺(tái)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、制動(dòng)系統(tǒng)集成控制， 實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)跟隨、制動(dòng)停車、安全車距保持等功能。具體要求為：發(fā)動(dòng)機(jī)能響應(yīng)增扭或降扭指令；制動(dòng)系統(tǒng)能響應(yīng)制動(dòng)指令；環(huán) 境感知數(shù)據(jù)如相對(duì)距離、相對(duì)速度等信息由雷達(dá)或攝像頭實(shí)時(shí)采集；駕駛員可設(shè)置信息、危險(xiǎn)工況報(bào)警信息等在液晶儀表上實(shí)時(shí)顯示，為實(shí)驗(yàn)員及駕駛員提供好 的交互界面；駕駛員可進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，如設(shè)置系統(tǒng)開/關(guān)、巡航速度增減；系統(tǒng)在測(cè)試或標(biāo)定過程中，一些重要的參數(shù)必須實(shí)時(shí)記錄，且具有方便的測(cè)試接口。2.2自主駕駛系

7、統(tǒng)的兩大功能模塊及相互關(guān)系通常將自主駕駛系統(tǒng)分為兩大功能模塊：環(huán)境感知和駕駛控制。其中：(1) 環(huán)境感知利用有關(guān)的環(huán)境傳感器和定位定向傳感器來確定車輛和道路、障礙的相互關(guān)系,以及車輛相對(duì)于全局導(dǎo)航坐標(biāo)系的位置、速度、方向等信息。這些信息是駕 駛控制系統(tǒng)進(jìn)行決策控制的基礎(chǔ)。一般常用的環(huán)境傳感器包括：磁軌、可見光攝像機(jī)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、里程儀等。選用 合適的傳感器，并對(duì)感知的信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得可以用來對(duì)自主車進(jìn)行導(dǎo)航的 環(huán)境信息，是自主車環(huán)境感知的研究重點(diǎn)。用機(jī)器視覺的方法對(duì)攝像機(jī)采集的圖 像進(jìn)行分析處理，以獲得車輛導(dǎo)航信息是目前比較常用的一種環(huán)境感知方法。(2

8、) 駕駛控制作為自主駕駛系統(tǒng)兩大功能模塊中的一個(gè)，駕駛控制模塊應(yīng)能完成自主駕駛 任務(wù)中除環(huán)境感知之外的所有功能，包括任務(wù)規(guī)劃、行為決策、車輛操作等。這 些任務(wù)從時(shí)間跨度、空間廣度，以及所要利用信息的種類和范圍等方面往往是不 同的。例如：每次產(chǎn)生的車輛操縱命令只會(huì)在產(chǎn)生一個(gè)新操縱命令之前的幾十毫 秒內(nèi)影響車輛運(yùn)動(dòng)，而一個(gè)換道機(jī)動(dòng)的決策則會(huì)影響到車在未來幾秒甚至幾十秒 內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，并使車輛產(chǎn)生一個(gè)明顯的側(cè)向位移。顯然這兩大功能部分是相互區(qū)別又相互聯(lián)系的，環(huán)境感知信息是駕駛控制系 統(tǒng)決策控制的基礎(chǔ)，而在必要時(shí)候駕駛控制系統(tǒng)可向環(huán)境感知系統(tǒng)的感知過程提 供有價(jià)值的參考信息。具體到兩大功能模塊自身，其又有

9、各自的研究重點(diǎn)。對(duì)于環(huán)境感知系統(tǒng)的研究來說，研究的重點(diǎn)包括：新型高性能環(huán)境傳感器的研究 和開發(fā),新的環(huán)境理解算法研究等。而駕駛控制要對(duì)環(huán)境感知系統(tǒng)提供的大量環(huán)境信息進(jìn)行合理的取舍和融合，同時(shí)實(shí)時(shí)地進(jìn)行環(huán)境態(tài)勢(shì)估計(jì)、行為決策、路徑規(guī)劃、車輛運(yùn)動(dòng)控制等一系列需要大 量的知識(shí)和智能的工作。因此可以將其關(guān)鍵技術(shù)概括為以下幾項(xiàng)：(1) 有自診斷、自學(xué)習(xí)功能及容錯(cuò)能力的駕駛控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究SaridiS 的分層遞階智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是構(gòu)建汽車自主駕駛控制系統(tǒng)的理論 指導(dǎo),各層次的功能劃分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、以及層次之間的協(xié)調(diào)都是汽車自主駕駛系 統(tǒng)所要研究的主要問題。(2) 車輛行為決策及路徑規(guī)劃研究駕駛控制系統(tǒng)需要

10、在不確定性的道路環(huán)境中根據(jù)環(huán)境感知系統(tǒng)和本體感知 系統(tǒng)提供的環(huán)境信息、任務(wù)所要達(dá)到的目標(biāo)及其它相關(guān)信息確定自身的行為方式 進(jìn)一步規(guī)劃自主車的速度、位置等期望運(yùn)動(dòng)軌跡。這一過程中需要進(jìn)行一系列的 推理、計(jì)算，對(duì)這一問題的研究將是自主車自主能力提高的關(guān)鍵。將人工智能、 計(jì)算智能中的有關(guān)理論用來解決這一問題是自主車研究的重點(diǎn)。(3) 車輛縱向控制及側(cè)向控制研究車輛縱向控制包括控制車輛按照預(yù)定的速度巡航，和前方車輛保持一定的距 離等;側(cè)向控制則是控制車輛跟蹤預(yù)定的路徑軌跡。由于自主車系統(tǒng)本身的強(qiáng)非 線性特性，如何設(shè)計(jì)控制器，以實(shí)現(xiàn)高精度的縱向和側(cè)向控制是自主車研究所必 須解決的重點(diǎn)問題。3. 總結(jié)汽車

11、自主駕駛技術(shù)有著廣闊的使用前景。無論是乘用車、商用車 ，還是公共 車輛都將從汽車自主駕駛技術(shù)及其相關(guān)衍生技術(shù)的使用中獲益。 隨著這些技術(shù)在 汽車中的使用，汽車的安全性、舒適性、快捷性及其造成的環(huán)境污染等問題都將獲得巨大的改善。另外，自主駕駛技術(shù)的采用將會(huì)提高公路運(yùn)輸吞吐量，緩解交通緊張狀況，其所衍生的一系列汽車主動(dòng)安全技術(shù)也都將提高汽車駕駛的安全性。但汽車自主駕駛技術(shù)要走向?qū)嵱茫€有大量的研究工作需要進(jìn)行。單從駕駛 控制系統(tǒng)的研究來說，待進(jìn)行的工作至少包括：a）駕駛控制系統(tǒng)分析和綜合方法的進(jìn)一步完善；b）針對(duì)不同行駛環(huán)境的駕駛控制算法研究；c）駕駛控制系統(tǒng)機(jī)器在線自主學(xué)習(xí)問題的研究；d）駕駛控

12、制系統(tǒng)的適應(yīng)性和容錯(cuò)性問題研究。相信在不久的將來，在廣大研究員的共同努力下，智能汽車自主駕駛控制系 統(tǒng)會(huì)被最終開發(fā)出來并且被運(yùn)用于人們的日常生活中。參考文獻(xiàn)【1】孫振平自主駕駛汽車智能控制系統(tǒng)，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院二00四年三月【2】 廖爽，許勇，王善超.智能汽車自動(dòng)駕駛的控制方法研究，計(jì)算機(jī)測(cè) 量和控制：2014.22（ 8）【3】白傑，邊寧，劉永宏，劉繼峰，陳贛，周劍光，方馳.車輛智能駕駛控制系統(tǒng)和技術(shù)平臺(tái)的自主開發(fā)，汽車安全和節(jié)能學(xué)報(bào),2013年，第4卷第2期【4】 張琨.智能汽車自主循跡控制策略研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)2013年9月【5】王晨.無人駕駛智能車控制和規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，上海交通大學(xué) 機(jī)械和動(dòng)力工程學(xué)院2009年12月【6】肖焱曦.