機(jī)械設(shè)計(jì)之無人駕駛汽車的發(fā)展史

./汽車的未來小組成員：胡書明〔組長〔1608100312、何克錦〔1608100311何雄〔1608100310、雨〔1608100309專業(yè)班級(jí)：車輛工程103班目錄無人駕駛汽車的簡介無人駕駛汽車的發(fā)展?fàn)顩r第一節(jié)：國外發(fā)展?fàn)顩r第二節(jié)：國發(fā)展?fàn)顩r無人駕駛汽車采用的技術(shù)第一節(jié)：關(guān)鍵技術(shù)第二節(jié)：目前技術(shù)第三節(jié)：將采用的技術(shù)無人駕駛汽車的自動(dòng)泊車系統(tǒng)無人駕駛汽車的發(fā)展前景第一節(jié)：發(fā)展方向第二節(jié)；道德爭議無人駕駛汽車即將來臨第一節(jié)：英國版：外形就像飛船第二節(jié)：法國版：采用巡航導(dǎo)彈技術(shù)第三節(jié)：德國版：外形像普通轎車第四節(jié)：美國版：谷歌無人駕駛汽車第一章：無人駕駛汽車的簡介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,主要依靠車的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實(shí)現(xiàn)無人駕駛。無人駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體,是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物,也是衡量一個(gè)國家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志,在國防和國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。無人駕駛汽車從根本上改變了傳統(tǒng)的"人—車—路"閉環(huán)控制方式,將不可控的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請出去,從而大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性。從20世紀(jì)70年代開始,美國、英國、德國等發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究,目前在可行性和實(shí)用化方面都取得了突破性的進(jìn)展。我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車的研究,國防科技大學(xué)在1992年成功研制出我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。20XX,首輛城市無人駕駛汽車在交通大學(xué)研制成功,該車有望于兩年之率先在世紀(jì)公園進(jìn)行示運(yùn)營,并在20XX世博會(huì)上一展身手。到時(shí)游客只需在公園的入口處按下一個(gè)按鈕,一輛沒有司機(jī)的四座敞篷汽車就會(huì)從遠(yuǎn)處開過來緩緩?fù)Ｏ?然后搭載著乘客前往他們想去的景點(diǎn)。國首款無人駕駛汽車無人駕駛汽車的發(fā)展?fàn)顩r：國外發(fā)展?fàn)顩r１９２１年８月５日,第一輛無人駕駛、由無線電操縱的汽車在美國試驗(yàn)成功。發(fā)達(dá)國家從二十世紀(jì)七十年代開始進(jìn)行無人駕駛汽車研究,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。早在二十世紀(jì)八十年代,美國就提出自主地面車輛〔ALV計(jì)劃,這是一輛八輪車,能在校園的環(huán)境中自主駕駛,但車速不高。由于技術(shù)上的局限和預(yù)期目標(biāo)過于復(fù)雜,到二十世八十年代末九十年代初,各國都將研究重逐步轉(zhuǎn)移到問題相對(duì)簡單的高速公路上的民用車輛的輔助駕駛項(xiàng)目上。1999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。20XX,豐田汽車公司開發(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)行管理等主面組成。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。20XX,德國漢堡一家公司應(yīng)用先進(jìn)的激光傳感技術(shù)把一輛普通轎車改裝而成,可以在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛汽車。這輛無人駕駛智能汽車名為"路克斯"〔Lux,它可以在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛。Lux這款無人駕駛汽車,車安裝了無人駕駛設(shè)備,包括激光攝像機(jī)、全球定位儀和智能計(jì)算機(jī)。第二節(jié)：國發(fā)展?fàn)顩r中國在無人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國外稍晚。國防科技大學(xué)從二十世紀(jì)八十年代開始進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)研究。從20世紀(jì)80年代末開始,在賀漢根教授帶領(lǐng)下,20XX研制成功時(shí)速達(dá)76公里的無人車。1989年,中國首輛智能小車在國防科技大學(xué)誕生。1992年,國防科技大學(xué)研制成功了中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。20XX6月,國防科技大學(xué)研制的第四代無人駕駛汽車試驗(yàn)成功,最高時(shí)速達(dá)76km,創(chuàng)下國最高紀(jì)錄。20XX,研制成功我國首臺(tái)高速無人駕駛轎車,最高時(shí)速可達(dá)170公里。20XX,研制的新一代無人駕駛紅旗HQ3,則在可靠性和小型化方面取得突破。此次紅旗HQ3無人車實(shí)驗(yàn)成功創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄,這標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。20XX,國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院和中國第一汽車集團(tuán)公司聯(lián)合研發(fā)的紅旗旗艦無人駕駛轎車,其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國自主研制的無人車——由國防科技大學(xué)自主研制的紅旗HQ3無人車,20XX7月14日首次完成了從到286公里的高速全程無人駕駛實(shí)驗(yàn),創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在復(fù)雜交通狀況下自主駕駛的新紀(jì)錄,標(biāo)志著我國無人車在復(fù)雜環(huán)境識(shí)別、智能行為決策和控制等方面實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破,達(dá)到世界先進(jìn)水平。紅旗HQ3無人車由國防科技大學(xué)自主研制,本月中旬它從京珠高速公路梓沖收費(fèi)站出發(fā),歷時(shí)3小時(shí)22分鐘到達(dá),總距離286公里。實(shí)驗(yàn)中,無人車自主超車67次,途遇復(fù)雜天氣,部分路段有霧,在還遭逢降雨。紅旗HQ3全程由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制車輛行駛速度和方向,系統(tǒng)設(shè)定的最高時(shí)速為110公里。在實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)測的全程自主駕駛平均時(shí)速為87公里。國防科技大學(xué)方面透露,該車在特殊情況下進(jìn)行人工干預(yù)的距離僅為2.24公里,僅占自主駕駛總里程的0.78%。無人駕駛汽車采用的技術(shù)第一節(jié)：關(guān)鍵技術(shù)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)。〔1車輛定位技術(shù),目前〔截止20XX車輛定位常用的技術(shù)包括磁導(dǎo)航和視覺導(dǎo)航等?！?車輛控制技術(shù),目前〔截止20XX常用的方法是經(jīng)典的智能PD算法,例如模湖PD、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PD等。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。：目前技術(shù)1、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)其實(shí)就算無人駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以監(jiān)控輪胎情況,了解輪胎何時(shí)即將鎖死,并及時(shí)做出反應(yīng)。而且反應(yīng)時(shí)機(jī)比駕駛員把握得更加準(zhǔn)確。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是引領(lǐng)汽車工業(yè)朝無人駕駛方向發(fā)展的早期技術(shù)之一。2、另一種無人駕駛系統(tǒng)是牽引或穩(wěn)定控制系統(tǒng)。牽引和穩(wěn)定控制系統(tǒng)與防抱死制動(dòng)系統(tǒng)不同的是,這些系統(tǒng)非常復(fù)雜,各作防止車系統(tǒng)會(huì)協(xié)調(diào)工輛失控。第三節(jié)：將采用的技術(shù)1、雷達(dá)高端汽車已經(jīng)配備雷達(dá),可跟蹤附近物體。比如梅賽德斯的DistronicPlus是一種事故避免系統(tǒng),在保險(xiǎn)杠旁安裝有傳感裝置,當(dāng)檢測到東西出現(xiàn)在汽車盲點(diǎn)時(shí)發(fā)出警告。2、車道保持安裝在擋風(fēng)玻璃上的照相機(jī)可識(shí)別車道標(biāo)志線。如果汽車意外離開自己的車道,方向盤會(huì)通過短暫振動(dòng)提醒駕駛者。3、激光雷達(dá)Google采用Velodyne公司的車頂光探測和測距系統(tǒng),包括64束激光,以每分鐘900轉(zhuǎn)的速度向上發(fā)射,形成點(diǎn)云,賦予汽車360度視野。4、紅外照相機(jī)梅賽德斯的夜視輔助系統(tǒng)采用兩盞頭燈向前方道路發(fā)射不可見的紅外光。安裝在擋風(fēng)玻璃上的照相機(jī)監(jiān)測紅外信號(hào),將標(biāo)注出危險(xiǎn)區(qū)域的圖像顯示到儀表盤上。5、立體視覺梅賽德斯一款概念車用兩臺(tái)安裝在擋風(fēng)玻璃上的照相機(jī)構(gòu)成前方道路的實(shí)時(shí)3D圖像,發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn),比如行人、自行車,并預(yù)計(jì)其走向。6、GPS/慣性測量自動(dòng)汽車必須知道自己開往何處。Google結(jié)合Applanix的定位系統(tǒng)、Google地圖和GPS判斷汽車方位。[2]7、車輪計(jì)速安裝在輪子上的傳感器通過轉(zhuǎn)速測量汽車行駛的速度。第四章無人駕駛汽車的自動(dòng)泊車系統(tǒng)車輛損壞的原因,多半不是重大交通事故,而是在泊車時(shí)發(fā)生的小磕小碰。泊車可能是危險(xiǎn)性最低的駕駛操作了,但我們?nèi)匀粫?huì)把事情搞得一團(tuán)糟。雖然有些汽車制造商給車輛加裝了后視攝像頭和可以測定周圍物體距離遠(yuǎn)近的傳感器——甚至還有可以顯示汽車四周情況的車載電腦——有的人仍然會(huì)一路磕磕碰碰地進(jìn)入停車位。由于雷克薩斯LS460L采用了高級(jí)泊車導(dǎo)航系統(tǒng),該車的駕駛員不會(huì)再有類似的煩惱。該系統(tǒng)通過車身周圍的傳感器來將車輛導(dǎo)向停車位〔也就是說駕駛者完全不需要手動(dòng)操作。當(dāng)然,該系統(tǒng)還無法做到像《星際迷航》里那樣先進(jìn)。在導(dǎo)航開始前,駕駛者需要找到停車地點(diǎn),把汽車開到該地點(diǎn)旁邊,并使用車載導(dǎo)航顯示屏告訴汽車該往哪兒走。停車位需要比車身長2米〔LS的車身較長。自動(dòng)泊車系統(tǒng)是無人駕駛技術(shù)的一大成就。通過該系統(tǒng),車輛可以向駕駛員那樣觀察周圍環(huán)境,及時(shí)做出反應(yīng)并安全地從A點(diǎn)行駛到B點(diǎn)。雖然這項(xiàng)技術(shù)還不能讓人完全放手,讓汽車自動(dòng)載您回家,但畢竟是朝著這個(gè)方向邁出了第一步。第五章無人駕駛汽車的發(fā)展前景第一節(jié)：無人駕駛汽車--發(fā)展方向無人駕駛汽車的研究方向,可以歸納為三個(gè)方面：〔1高速公路環(huán)璋下的無人加駛系統(tǒng)；〔2城市環(huán)璋下的無人駕駛系統(tǒng)；〔3特殊環(huán)璋下的無人駕駛系統(tǒng)。第二節(jié)：無人駕駛汽車的道德爭議現(xiàn)在您可能會(huì)認(rèn)為所有這些無人駕駛技術(shù)都近在咫尺,我們已經(jīng)準(zhǔn)備好要踏入一個(gè)無人駕駛的"理想時(shí)代"。有些人同意這種想法。通用汽車和卡基梅隆大學(xué)〔CarnegieMellonUniversity的研究者正在合作開發(fā)無人駕駛車,并希望在2018年前投入市場。車輛無人駕駛技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是使出行更安全〔因?yàn)槿コ巳藶槭д`因素、緩解交通壓力、并減少環(huán)境污染。而另一些人則覺得這種想法不可信。老實(shí)說——人們喜歡駕車！有時(shí)候,駕駛會(huì)讓人感到輕松寫意,而且要讓人們愿意托付性命,無人駕駛技術(shù)還得解決許多問題。駕駛員失誤也有其反面優(yōu)勢,那就是人類的判斷能力。無人駕駛技術(shù)永遠(yuǎn)是將保護(hù)車輛和車人員作為第一要?jiǎng)?wù)。而一個(gè)駕駛員則可能寧愿犧牲自己的車來保護(hù)他人。例如,您駕駛時(shí)前方有輛車突然打滑,而您已經(jīng)來不及停車。此時(shí),在您的左邊有一輛大卡車,右邊則是一群等著過馬路的孩子。大多數(shù)司機(jī)會(huì)選擇撞向大卡車,以避免撞到行人。而無人駕駛車輛無法識(shí)別孩子們——它只會(huì)簡單地看到這條道路阻力較少,而將車轉(zhuǎn)而沖向這邊。這是個(gè)極端的例子,但是類似的問題有待解決,只有這樣我們才能安心告訴車該往哪兒走,然后輕松享受無人駕駛之旅。第六章無人駕駛汽車即將來臨第一節(jié)：英國版：外形就像飛船最近,一些人在英國倫敦希斯羅機(jī)場親眼目睹了許多輛無人駕駛汽車"優(yōu)爾特拉"<ULTra>自動(dòng)駛離、抵達(dá)車站的奇妙場景。一輛輛車子魚貫而出,幾乎毫無噪音,一切都顯得井然有序。這種汽車由英國的先進(jìn)交通系統(tǒng)公司和布里斯托爾大學(xué)聯(lián)合研制,并將于20XX投放希斯羅機(jī)場作為出租車運(yùn)送旅客。這種汽車可能會(huì)讓阻塞交通、汽油味難聞、擁擠不堪的公共汽車變成一種過時(shí)的交通工具。這種超前的獨(dú)立艙沒有駕駛員、也沒有喋喋不休的談話聲伴隨你的旅途,只有一個(gè)裝在墻上的按鈕．按鈕旁邊寫著"開始"。該無人駕駛汽車有4個(gè)座位,形狀似氣泡,看起來就像一艘外星人飛船：這種汽車依靠電池產(chǎn)生動(dòng)力,而且乘客可以通過觸摸屏來選擇他們的目的地?它們的時(shí)速可達(dá)40千米,而且會(huì)自動(dòng)沿著其狹長的道路系統(tǒng)行使。一旦乘客選擇好了目的地,控制系統(tǒng)會(huì)記錄下要求,并向艙車發(fā)送一條信息。隨后艙車會(huì)遵循一條電子傳感路徑前進(jìn)。在旅程期間,如果需要的話,乘客可以按下一個(gè)按鈕和控制人員通話。第二節(jié)：法國版：采用巡航導(dǎo)彈技術(shù)法國INRIA公司花費(fèi)十年心血研制出"賽卡博"<Cycab>無人駕駛汽車,外形看起來像未來的高爾夫球車。該車使用類似于給巡航導(dǎo)彈制導(dǎo)的全球定位技術(shù),通過觸摸屏設(shè)定路線,"賽卡博"就能把你帶到想要去的地方了。只不過給"賽卡博"帶路的全球定位系統(tǒng)要比普通的全球定位系統(tǒng)功能強(qiáng)大許多。普通GPS系統(tǒng)的精度只能達(dá)到幾米,而"賽卡博"卻裝備了名為"實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)GPS"的特殊GPS系統(tǒng),其精良高達(dá)1厘米。這款無人駕駛汽車裝有充當(dāng)"眼睛"的激光傳感器．能夠避開前進(jìn)道路上的障礙物,還裝有雙鏡頭的攝像頭,來按照路標(biāo)行駛,人們甚至可以通過手機(jī)控嗣駕駛汽車,每一輛無人駕駛汽車都能通過互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行通信,這意味著這種無人駕駛汽車之間能夠做到信息共享,這樣多輛無人駕駛汽車能夠組成車隊(duì),以很小的間隔順序行駛。該車也能通過交通網(wǎng)絡(luò)獲取實(shí)對(duì)交通信息,防止交通阻塞的發(fā)生在行駛過程中,該車還會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告,提醒過往行人注意。第三節(jié)：德國版：外形像普通轎車在德國漢堡一家公司應(yīng)用先進(jìn)的激光傳感技術(shù)把無人駕駛汽車變成了現(xiàn)實(shí)：這輛無人駕駛智能汽車名為"路可斯"<Lux>,由普通轎車改裝而成,可以在錯(cuò)綜復(fù)雜的城市公路系統(tǒng)中無人駕駛。這歸功于車安裝的無人駕駛設(shè)備,包括激光攝像機(jī)、全球定位儀和智能計(jì)算機(jī)。在行駛過程中,車安裝的全球定位儀將隨時(shí)獲取汽車所在準(zhǔn)確方位。隱藏在前燈和尾燈附近的激光攝像機(jī)隨時(shí)探測汽車周圍180米的道路狀況,并通過全球定位儀路面導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)建三維道路模型。此外,它還能識(shí)別各種交通標(biāo)志,保證汽車在遵守交通規(guī)則的前提下安全行駛。安裝在汽車后備箱的計(jì)算機(jī)將匯總、分析兩組數(shù)據(jù),并根據(jù)結(jié)果向汽車傳達(dá)相應(yīng)的行駛命令。激光掃描器能夠探測路標(biāo)并提醒是否有車離開車道。在激光掃描器的幫助下,無人汽車便可以實(shí)現(xiàn)自行駕駛：如果前方突然出現(xiàn)汽車,它會(huì)自動(dòng)剎車：如果路面暢通無阻,它會(huì)選擇加速；如果有行人進(jìn)入車道,它也能緊急剎車。此外,它也會(huì)自行繞過?？康钠渌囕v。第四節(jié)：美國版：谷歌無人駕駛汽車作為谷歌試圖開發(fā)一款能夠基本取代駕駛員控制車輛的人工智能軟件的大膽嘗試,代號(hào)"GoogleFleet"的7輛試驗(yàn)車,已經(jīng)累計(jì)完成了1000公里的完全自主行駛。整套GoogleFleet自動(dòng)駕駛設(shè)備包括一臺(tái)放置在車頂?shù)募す鉁y距儀,能夠及時(shí)精確地繪制出周邊200米之的3D地形圖并上傳至