《變形金剛》來了。各大院線的銀幕上熱播機(jī)器人汽車，外形超酷、來去自如。! e! x; C2 j3 ^* C( M0 I
無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛。它一般是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。
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, b u( C7 e5 v5 x" {. k4 z 無人駕駛汽車從根本上改變了傳統(tǒng)的"人一車一路"閉環(huán)控制方式，將不可控的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請(qǐng)出去，從而大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性。現(xiàn)代無人駕駛汽車以汽車工業(yè)為基礎(chǔ)，以高科技為依托，遵循由低到高、由少到多、由單方面到多方面、螺旋上升的規(guī)律發(fā)展。其橫向發(fā)展離不開各種用途的實(shí)際需要，而其縱向發(fā)展的生命力在于持續(xù)不斷的技術(shù)創(chuàng)新。1 b- r7 @9 n* ^
發(fā)達(dá)國家從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車研究，目前在可行性和實(shí)用性方面，美國和德國走在前列。美國是世界上研究無人駕駛車輛最早、水平最高的國家之一。早在20世紀(jì)80年代，美國就提出自主地面車輛(ALV)計(jì)劃，這是一輛8輪車，能在校園的環(huán)境中自主駕駛，但車速不高。美國其它一些著名大學(xué)，如卡耐基梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都先后于20世紀(jì)80年代開始研究無人駕駛車輛。然而，由于技術(shù)上的局限和預(yù)期目標(biāo)過于復(fù)雜，到20世紀(jì)80年代末90年代初，各國都將研究重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到問題相對(duì)簡(jiǎn)單的高速公路上的民用車輛的輔助駕駛項(xiàng)目上。1995年，一輛由美國卡耐基梅隆大學(xué)研制的無人駕駛汽車Navlab-V，完成了橫穿美國東西部的無人駕駛試驗(yàn)。在全長(zhǎng)5000km的美國州際高速公路上，整個(gè)實(shí)驗(yàn)96%以上的路程是車輛自主駕駛的，車速達(dá)50--60km/h。盡管這次實(shí)驗(yàn)中的Navlab-V僅僅完成方向控制，而不進(jìn)行速度控制(油門及檔位由車上的參試人員控制)，但這次實(shí)驗(yàn)已經(jīng)讓世人看到了科技的神奇力量。豐田汽車公司在2000年開發(fā)出無人駕駛公共汽車。這套公共汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要由道路誘導(dǎo)、車隊(duì)行駛、追尾防止和運(yùn)行管理等方面組成。安裝在車輛底盤前部的磁氣傳感器將根據(jù)埋設(shè)在道路中間的永久性磁石進(jìn)行導(dǎo)向，控制車輛行駛方向。
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2005年，美國國防部"大挑戰(zhàn)"比賽上，最終由美國斯坦福大學(xué)工程師們改裝的一輛大眾途銳多功能車經(jīng)過7個(gè)半小時(shí)的長(zhǎng)途跋涉完成了全程障礙賽，第一個(gè)到達(dá)了終點(diǎn)。在賽道上，無人駕駛汽車需要穿越沙漠、通過黑暗的隧道、越過泥濘的河床并需要在崎嶇險(xiǎn)峻的山道上行使，整個(gè)行程無人駕駛汽車需要繞過無數(shù)個(gè)障礙。& H3 B) U% c% p- S& L+ A
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在無人駕駛技術(shù)研究方面位于世界前列的德國漢堡Ibeo公司，最近推出了其研制的無人駕駛汽車。這輛無人駕駛智能汽車由德國大眾汽車公司生產(chǎn)的帕薩特2.0改裝而成，外表看來與普通家庭汽車并無差別，但卻可以在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市公路系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)無人駕駛。行駛過程中，車內(nèi)安裝的全球定位儀隨時(shí)獲取汽車所在準(zhǔn)確方位的信息數(shù)據(jù)。隱藏在前燈和尾燈附近的激光掃描儀是汽車的"眼"，它們隨時(shí)"觀察"汽車周圍約183m內(nèi)的道路狀況，構(gòu)建三維道路模型。除此之外，"眼"還能識(shí)別各種交通標(biāo)識(shí)，如速度限制、紅綠燈、車道劃分、停靠點(diǎn)等，保證汽車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛。最后由無人駕駛汽車的"腦"----安裝在汽車后備廂內(nèi)的計(jì)算機(jī)，將兩組數(shù)據(jù)匯合、分析，并根據(jù)結(jié)果向汽車傳達(dá)相應(yīng)的行駛命令。多項(xiàng)先進(jìn)科技確保這款無人駕駛汽車能夠靈活換檔、加速、轉(zhuǎn)彎、剎車甚至倒車。在茫茫車海和人海中，它能巧妙避開建筑、障礙、其他車輛和行人，從容前行。
! f) @1 T( t6 S X Y, Q$ h: l無人駕駛汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有兩個(gè)方面：車輛定位和車輛控制技術(shù)。這兩方面相輔相成共同構(gòu)成無人駕駛汽車的基礎(chǔ)。
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' t& V: ?4 u2 b" i# W 車輛定位技術(shù)是無人駕駛汽車行駛的基礎(chǔ)。目前常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航等。其中，磁導(dǎo)航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導(dǎo)航技術(shù)。例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機(jī)場(chǎng)和鹿特丹的Park Shuttle系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的Cyber C3系統(tǒng)等。磁導(dǎo)航最大的優(yōu)點(diǎn)是不受天氣等自然條件的影響，即使風(fēng)沙或大雪埋沒路面也一樣有效，而且便于維護(hù)。另外，通過變換磁極朝向進(jìn)行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔ⅲT如位置、方向、曲率半徑、下一個(gè)道路出口位置等信息。但是，磁導(dǎo)航方法往往需要在道路上埋設(shè)一定的導(dǎo)航設(shè)備(如磁釘或電線)，系統(tǒng)實(shí)施過程比較繁瑣，且不易維護(hù)，變更運(yùn)營(yíng)線路需重新埋設(shè)導(dǎo)航設(shè)備。視覺導(dǎo)航就不存在這個(gè)問題。視覺導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)是車載計(jì)算機(jī)可以在試驗(yàn)樣車偏離目標(biāo)車道前，事先知道并預(yù)防其發(fā)生，同時(shí)當(dāng)在高速公路使用時(shí)，不需要對(duì)現(xiàn)有的道路結(jié)構(gòu)做變化，并且在混合交通中，也可使用；其缺點(diǎn)為，當(dāng)風(fēng)沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標(biāo)線不清晰時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)失效。但由于視覺導(dǎo)航對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求很低，被公認(rèn)為是最有前景的定位方法。
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車輛控制技術(shù)是無人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個(gè)部分。無人駕駛其實(shí)就是用電子技術(shù)控制汽車進(jìn)行的仿人駕駛。通過對(duì)駕駛員的駕駛行為進(jìn)行分析可知，車輛的控制是一個(gè)典型的預(yù)瞄控制行為，駕駛員找到當(dāng)前道路環(huán)境下的預(yù)瞄點(diǎn)，根據(jù)預(yù)瞄點(diǎn)控制車輛的行為。目前最常用的方法是經(jīng)典的智能PID算法，例如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID等。3 w) p0 I3 R6 a0 W
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除以上兩個(gè)方面，無人駕駛汽車作為智能交通系統(tǒng)的一部分，還需要一些其它相關(guān)技術(shù)的支持，如車輛調(diào)度系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)等，最終得以實(shí)現(xiàn)整個(gè)交通系統(tǒng)的高效、安全。
* ~3 U& S/ I/ G. n4 A4 ~ m無人駕駛汽車的研究，可以歸納為3個(gè)方面：高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)。就具體研究?jī)?nèi)容而言，3個(gè)方面相互重疊，只是技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)不同。, F9 n" V+ T8 i
無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類在不久的將來會(huì)用上智能型無人駕駛汽車。那是一種將探測(cè)、識(shí)別、判斷、決策、優(yōu)化、優(yōu)選、執(zhí)行、反饋、糾控功能融為一體，會(huì)學(xué)習(xí)、會(huì)總結(jié)、會(huì)提高技能，集微電腦、微電機(jī)、綠色環(huán)保動(dòng)力系統(tǒng)、新型結(jié)構(gòu)材料等頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。 |
發(fā)表于 2010-10-26 16:29:53
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