无人驾驶汽车论文

无人驾驶汽车

摘要：无人驾驶汽车通过传感器装置和计算机来实现无人驾驶，这一技术正渐渐地在生活中的到应用，并在生活中发挥着巨大的作用，有着广泛的发展前景。

2009年11月，在国外某社交网站上的一段视频，引起广泛关注。视频的上传者本·蔡特林在美国旧金山和帕洛阿尔托之间的280号高速公路行驶时，发现旁边有一辆“怪异”的丰田普锐斯轿车，在它的车顶，装着一个类似于扰流板的装置，蔡特林最初以为这是用来测试风速的，其实这就是谷歌所研发的无人驾驶汽车系统，在当时，这还是一个秘密进行中的项目。

关键字：无人驾驶汽车，智能，传感器，导航，安全

一、无人驾驶汽车概念

什么是无人驾驶汽车？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”。　同时它也可以称之为轮式移动机器人，其核心在于位于其内的计算机系统。

二、无人驾驶汽车的原理

它是利用智能软件和车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，随即作出反应判断，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。比如，车体多个部位装有激光感应器，用于确定车身与障碍物的距离；有效地避开障碍物。车载电脑可以经由后视镜附近的摄像头识别交通信号、交通标志并分析路况。无人驾驶车的运动控制包括感知、动作、行为3个部分。感知主要是通过车的“眼睛”认知周围环境，实现对环境的精确建模，如结构化环境中的车道线的检测、半结构环境中的边缘检测等；动作是指车的“大脑”在收到感知信息时作出的规划、控制与决策；而行为则是无人驾驶汽车在规划、控制与决策下产生的外在响应，体现了无人车的自主性能。无人驾驶车是集视觉计算、模式识别和控制等众多技术于一体、具有人工智能功能的汽车。它有车载麦克风、声波定位仪、红外线传感器、罗盘、激光扫描仪和微波雷达等多种传感器，这些装置相当于无人驾驶车辆的“眼耳”，用来感知车辆周围环境，并将感知所获得的道路、车辆位置、障碍物信息等，传输给无人驾驶车辆的“大脑”——安装在车辆内部的高性能计算机进行分析和计算，以控制车辆的转向和速度，从而使车辆在遵守交通规则的前提下能够安全、可靠地在道路上自主行驶。

　　当然，不同公司生产的无人驾驶汽车其原理都不太一样。

1法国的无人驾驶汽车原理：该

车使用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，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

德国的无人驾驶汽车：车内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。此外，它也会自行绕过停靠的其他车辆。

谷歌的无人驾驶汽车：谷歌无人驾驶汽车通过摄像机、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。但不论怎样的无人驾驶汽车都集自动控制、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。

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。

　　在目前的高端汽车市场上，大多数车辆都已经装载了车用雷达，它可以用来跟踪附近的物体。例如，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

三、无人驾驶汽车的难点

正如所有革命性产品的最初诞生一样，目前，造价是谷歌汽车最大的困难，装备电脑与诸多传感探测器的汽车造价高达30万美元。

该汽车技术的另外难题主要是看到道路和道路周边的这些环境，相当于人的眼睛一样，影响驾驶的这些环境你要能够感知，能够判断识别，这个比较难。车上装的传感器有激光、有毫米波雷达、视觉摄像头。车外还可以通过一些车和车之间的通讯，车和道路设施的一些通讯也能提供一些信息帮助车辆来判断。

还只有一个难点：电脑的安全性问题。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、车毁人亡，重则是整个交通系统的瘫痪和整个社会的混乱。这种可怕前景，可能正是无人驾驶汽车的最致命弱点。

四、无人驾驶汽车的优缺点

优点：虽然无人驾驶汽车正在试验阶段，但其中的部分技术还是应用到了我们的实际生活中。相信不少学过车的朋友一定会记得在泊车科目上冬练三九、夏练三伏的经历，但即便如此，在最终考试时，许多辛勤的学习者最终还是功亏一篑。而借助汽车雷达数据，车载电脑可计算出车辆正确的操作流程，进而控制方向盘的转动，驾驶者通过控制刹车就可以达到自动泊车的效果。在寸土寸金的城市中，快速准确的泊车，不仅会在最大限度上减少对交通的影响，还会节省道路资源。在市场上的量产车型中，大众CC、斯柯达昊锐、丰田皇冠等，都装配有自动泊车系统。虽然装配有该系统的量产车价格普遍较高，但随着技术的成熟与普及，自动泊车技术会如同倒车雷达一样，在平民车型中得到广泛使用。在汽车技术普及的今天，由于成本的下降，汽车数量与城市规模形成了一对需要平衡的因素，在日渐拥挤的城市，无人驾驶技术无疑会对城市的交通管理和拥堵治理起到一定作用。电影《少数派报告》中所呈现的城市交通系统，在不远的将来可望通过无人驾驶汽车得以实现。

另外，研发无人驾驶汽车的目的只有一个，那就是——安全。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。

再者，谷歌还认为，自动驾驶汽车能够促使更多人共同使用车辆，极大的减少汽车的使用，创造“明天的高速公路火车”。这些“高速公路火车”能减少能源消耗，增加主要道路的运力。在节约时间方面，美国交通运输部估计，每一工作日，人们平均花费52分钟在上下班路上。未来，人们可以以更有效率的方式使用这些时间。

缺点：乘客要保持警惕

相比无人驾驶飞机在天上信马由缰，无人驾驶汽车所遇到的道路状况要复杂得多。

无人驾驶汽车的工作原理，是使用视频摄像头、雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况，并通过一份详尽的地图(通过有人驾驶汽车采集的地图)对前方的道路进行导航。

实际操作中，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。

虽然激光传感器能区分出其他车辆、行人、自行车，以及其他大大小小的固定物体，而且不会发出肉眼可见的光线，但是它仍然需要雷达协助它探测远处的高速移动物体。安装在车前的摄像头可以帮助系统观测道路指示牌和交通灯，并把信息传达给车载电脑进行处理作出相应的动作。

可以想象，这一整套系统的编程会有多么麻烦，比如换道的算法，没有交通灯时的路口会车等等复杂驾驶动作。以后者为例，无人车会先靠右停下来，观察对方行动，如果对方没有动作，它就往前挪一点点，再看对方反应，如果还不动，那它才会开始转向。

据谷歌介绍，无人驾驶汽车上路，目前还得有至少两人“护驾”。一方面，整条路线还是需要先人工驾驶走行一遍，将路况、障碍和行驶时的各种驾驶动作记录下来。与此同时，试车员需要坐在驾驶位上以备在出现突发状况时手控车辆，试车员随时都可以通过踩下刹车，转方向盘或者按下按钮来转换进入手动驾驶模式。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。

重新定义驾驶员概念

通用汽车全球主动安全创新电子系统总监JohnCapp表示，实现半自动驾驶的关键在于车道保持技术，这一技术利用前置摄像头探测道路标线，同时利用GPS地图数据提示前方弯道及其他路况参数。即使半自动驾驶技术成功应用在车辆上，该系统也会受制于一些外部因素，比如天气状况和道路标线的可见度，从而在使用上有一定局限性。当没有可靠的数据可用时，驾驶员就需要自行驾驶。

五、无人驾驶汽车的现状及展望

现在，无人驾驶汽车技术已得到飞速发展，并且在某些地区已经投入到实际应用中。

国外：

无人驾驶汽车 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。

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。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。

中国：

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，创下国内最高纪录。

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，从国家自然科学基金委员会举办的发布会上获悉，中国自主研发的无人驾驶汽车2013年将进行从北京至天津的行驶测试，2015年将测试从北京行驶至深圳。

2012年10月31日至11月1日，来自全国的十余支无人车队将聚集在内蒙古赤峰市翁牛特旗，参加第四届“中国智能车未来挑战赛”。

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。

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。

在目前的高端汽车市场上，大多数车辆都已经装载了车用雷达，它可以用来跟踪附近的物体。例如，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……

当奔驰这样的巨头也开始跟着谷歌起舞，你就知道无人驾驶汽车绝对不是说着玩玩的了。

参考文献：

1.《新营销》

2.《科技日报》

3.《第一财经日报》

4.《环球》杂志 第17期

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/8d8354f35a0216fc700abb68a98271fe910eaf9d.html