机械设计之无人驾驶汽车的发展史

1 汽 车 的 未 来 小组成员 小组成员 胡书明 组长 胡书明 组长 何克锦 何克锦 何姜雄 何姜雄 韩雨 韩雨 专业班级 专业班级 车辆工程车辆工程 103 班班 2 目 录 第第 1 1 章章 无人驾驶汽车的简介无人驾驶汽车的简介 第第 2 2 章章 无人驾驶汽车的发展状况无人驾驶汽车的发展状况 第一节 国外发展状况 第二节 国内发展状况 第第 3 3 章章 无人驾驶汽车采用的技术无人驾驶汽车采用的技术 第一节 关键技术 第二节 目前技术 第三节 将采用的技术 第第 4 4 章章 无人驾驶汽车的自动泊车系统无人驾驶汽车的自动泊车系统 第第 5 5 章章 无人驾驶汽车的发展前景无人驾驶汽车的发展前景 第一节 发展方向 第二节 道德争议 第第 6 6 章章 无人驾驶汽车即将来临无人驾驶汽车即将来临 第一节 英国版 外形就像飞船 第二节 法国版 采用巡航导弹技术 第三节 德国版 外形像普通轿车 第四节 美国版 谷歌无人驾驶汽车 3 第一章 无人驾驶汽车的简介第一章 无人驾驶汽车的简介 无人驾驶汽车是一种智能汽车 也可以称之为轮式移 动机器人 主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶 仪来实现无人驾驶 无人驾驶汽车集自动控制 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 无人驾驶汽车从根本上改 变了传统的 人 车 路 闭环控制方式 将不可控的驾驶员 从该闭环系统中 请出去 从而大大提高了交通系统的效率和安全性 从20世纪70年代开始 美国 英国 德国等发达国家 开始进行无人驾驶汽车的研究 目前在可行性和实用化方 面都取得了突破性的进展 我国从20世纪80年代开始进行 无人驾驶汽车的研究 国防科技大学在1992年成功研制出 我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车 2005年 首辆城 市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功 该车有望于两 年之内率先在上海世纪公园进行示范运营 并在2010年世 博会上一展身手 到时游客只需在公园的入口处按下一个 按钮 一辆没有司机的四座敞篷汽车就会从远处开过来缓 4 缓停下 然后搭载 着乘客前往他们想去的景点 国内首款无人驾驶汽车 第第 2 2 章章 无人驾无人驾 驶汽车的发展状驶汽车的发展状 况况 第第 1 1 节节 国外发展状况 国外发展状况 年 月 日 第一辆无人驾驶 由无 线电操纵的汽车在美国试验成功 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 5 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 第二节 国内发展状况第二节 国内发展状况 中国在无人驾驶汽车的开发方面要比国外稍晚 国防科技 6 大学从二十世纪八十年代开始进行该项技术研究 从20世纪世纪80年代末年代末开始 在贺汉根教授带领下 2001年研 制成功时速达76公里的无人车 1989年年 中国首辆智能小车在国防科技大学诞生 1992年年 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年年6月月 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 2003年年 研制成功我国首台高速无人驾驶轿车 最高时速 可达170公里 2006年 年 研制的新一代无人驾驶红旗 HQ3 则在可靠性和 小型化方面取得突破 此次红旗 HQ3无人车实验成功创造 了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新 纪录 这标志着我国在该领域已经达到世界先进水平 2007年年 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 我国自主研制的无人车 由国防科技大学自主研制 的红旗 HQ3无人车 2011年7月14日首次完成了从长沙到 武汉286公里的高速全程无人驾驶实验 创造了我国自主研 制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录 标志着 7 我国无人车在复杂环境识别 智能行为决策和控制等方面 实现了新的技术突破 达到世界先进水平 红旗 HQ3无人 车由国防科技大学自主研制 本月中旬它从京珠高速公路 长沙杨梓冲 收费站出发 历时3小时22分钟到达武汉 总距离286 公里 实验中 无人车自主超车67次 途遇复杂天气 部 分路段有雾 在咸宁还遭逢降雨 红旗 HQ3全程由计算机 系统控制车辆行驶速度和方向 系统设定的最高时速为110 公里 在实验过程中 实测的全程自主驾驶平均时速为87 公里 国防科技大学方面透露 该车在特殊情况下进行人 工干预的距离仅为2 24公里 仅占自主驾驶总里程的0 78 第第 3 3 章章 无人驾驶汽车采用的技术无人驾驶汽车采用的技术 第一节 关键技术第一节 关键技术 无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面 车辆 定位和车辆控制技术 这两方面相辅相成共同构成无人驾 驶汽车的基础 1 车辆定位技术 车辆定位技术 目前 截止2007年 车辆定位常用的 技术包括磁导航和视觉导航等 8 2 车辆控制技术 车辆控制技术 目前 截止2007年 常用的方法是经 典的智能 PD 算法 例如模湖 PD 神经网络 PD 等 除以上两个方面 无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部 分 还需要一些其它相关技术的支持 如车辆调度系统 通讯系统和人机交互系统等 最终得以实现整个交通系统 的高 效 安全 第第 2 2 节节 目前技术 目前技术 1 防抱死制动系统 防抱死制动系统 防抱死制动系统其实就算无人驾驶系 统 该系统可以 监控轮胎情况 了解轮胎何时即 将锁死 并及时 做出反应 而且 反应时机比驾驶 员把握得更加准 确 防抱死制动 系统是引领汽车 工业朝无人驾驶方向发展的早期技术之一 2 另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统 另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统 牵引和稳 定控制系统与防抱死制动系统不同的是 这些系统非常复 9 杂 各作防止车系统会协调工辆失控 第三节 将采用的技术第三节 将采用的技术 1 雷达高端汽车已经配备雷达 可跟踪附近物体 比如梅 赛德斯的 D istronic Plus 是一种事故避免系统 在保险杠 旁安装有传感装置 当检测到东西出现在汽车盲点时发出 警告 2 车道保持安装在挡风玻璃上的照相机可识别车道标志线 如果汽车意外离开自己的车道 方向盘会通过短暂振动 提醒驾驶者 3 激光雷达 Google 采用 V elodyne 公司的车顶光探测和 测距系统 包括64束激光 以每分钟900转的速度向上发射 形成点云 赋予汽车360度视野 4 红外照相机梅赛德斯的夜视辅助系统采用两盏头灯向前 方道路发射不可见的红外光 安装在挡风玻璃上的照相机 监测红外信号 将标注出危险区域的图像显示到仪表盘上 5 立体视觉梅赛德斯一款概念车用两台安装在挡风玻璃上 的照相机构成前方道路的实时3D 图像 发现潜在危险 比 如行人 自行车 并预计其走向 6 GPS 惯性测量自动汽车必须知道自己开往何处 Googl e 结合 Applanix 的定位系统 Google 地图和 GPS 判断汽 10 车方位 2 7 车轮计速安装在轮子上的传感器通过转速测量汽车行驶 的速度 第四章第四章 无人驾驶无人驾驶 汽车的自汽车的自 动泊车系动泊车系 统统 车辆损坏的原因 多半不是重大交通事故 而是在泊 车时发生的小磕小碰 泊车可能是危险性最低的驾驶操作 了 但我们仍然会把事情搞得一团糟 虽然有些汽车制造 商给车辆加装了后视摄像头和可以测定周围物体距离远近 的传感器 甚至还有可以显示汽车四周情况的车载电脑 有的人仍然会一路磕磕碰碰地进入停车位 由于雷克 萨斯 LS 460L 采用了高级泊车导航系统 该车的驾驶员不 会再有类似的烦恼 该系统通过车身周围的传感器来将车 辆导向停车位 也就是说驾驶者完全不需要手动操作 当 然 该系统还无法做到像 星际迷航 里那样先进 在导 航开始前 驾驶者需要找到停车地点 把汽车开到该地点 旁边 并使用车载导航显示屏告诉汽车该往哪儿走 停车 11 位需要比车身长2米 LS 的车身较长 自动泊车系统是无 人驾驶技术的一大成就 通过该系统 车辆可以向驾驶员 那样观察周围环境 及时做出反应并安全地从 A 点行驶到 B 点 虽然这项技术还不能让人完全放手 让汽车自动载您 回家 但毕竟是朝着这个方向迈出了第一步 第五章第五章 无人驾驶汽车的发展前景无人驾驶汽车的发展前景 第一节 无人驾驶汽车第一节 无人驾驶汽车 发展方向发展方向 无人驾驶汽车的研究方向 可以归纳为三个方面 1 高速公路环璋下的无人加驶系统 2 城市环璋下的无人驾驶系统 3 特殊环璋下的无人驾驶系统 第二节 无人驾驶汽车的第二节 无人驾驶汽车的道德争议道德争议 现在您可能会认为所有这些 无人驾驶技术都近在咫尺 我 们已经准备好要踏入一个无人 驾驶的 理想时代 有些人同 意这种想法 通用汽车和卡内基梅隆大学 Carnegie Mellon University 的研究者正在合作开发无人驾驶车 并 希望在 2018 年前投入市场 车辆无人驾驶技术的优点是使 12 出行更安全 因为去除了人为失误因素 缓解交通压力 并减少环境污染 而另一些人则觉得这种想法不可信 老 实说 人们喜欢驾车 有时候 驾驶会让人感到轻松写 意 而且要让人们愿意托付性命 无人驾驶技术还得解决 许多问题 驾驶员失误也有其反面优势 那就是人类的判 断能力 无人驾驶技术永远是将保护车辆和车内人员作为 第一要务 而一个 驾驶员则可能宁愿牺牲自己的车来保护他人 例如 您驾 驶时前方有辆车突然打滑 而您已经来不及停车 此时 在您的左边有一辆大卡车 右边则是一群等着过马路的孩 子 大多数司机会选择撞向大卡车 以避免撞到行人 而 无人驾驶车辆无法识别孩子们 它只会简单地看到这条 道路阻力较少 而将车转而冲向这边 这是个极端的例子 但是类似的问题有待解决 只有这样我们才能安心告 诉车该往哪儿走 然后轻 松享受无人驾驶之旅 第六章第六章 无人驾无人驾 驶汽车即将来临驶汽车即将来临 第一节 英国版 外形就像飞船第一节 英国版 外形就像飞船 最近 一些人在英国伦敦希斯罗机场亲眼目睹了许多 13 辆 无人驾驶汽车 优尔特拉 ULTra 自动驶离 抵达车站的 奇妙场景 一辆辆车子鱼贯而出 几乎毫无噪音 一切都 显得井然有序 这种汽车由英国的先进交通系统公司和布 里斯托尔大学联合研制 并将于2010年投放希斯罗机场作 为出租车运送旅客 这种汽车可能会让阻塞交通 汽油味 难闻 拥挤不堪的公共汽车变成一种过时的交通工具 这 种超前的独立舱没有驾驶员 也没有喋喋不休的谈话声伴 随你的旅途 只有一个装在墙上的按钮 按钮旁边写着 开始 该无人驾驶汽车有4个座位 形状似气泡 看起 来就像一艘外星人飞船 这种汽车依靠电池产生动力 而 且乘客可以通过触摸屏来选择他们的目的地 它们的时速可 达40千米 而且会自动沿着其狭长的道路系统行使 一旦 乘客选择好了目的地 控制系统会记录下要求 并向舱车 发送一条信息 随后舱车会遵循一条电子传感路径前进 在旅程期间 如果需要的话 乘 客可以按下一个按钮和控制人员 通话 第二节 法国版 采用巡航第二节 法国版 采用巡航 导弹技术导弹技术 法国 INRIA 公司花费十年心血研制出 赛卡博 Cycab 无人驾驶汽车 外形看起来像未来的高尔夫球车 该车使 14 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 赛卡博 就能把你带到想要去的地方了 只不过给 赛卡博 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 赛卡博 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 人们 甚至可以通过手机控嗣驾驶汽车 每一辆无人驾驶汽车都 能通过互联网来进行通信 这意味着这种无人驾驶汽车之 间能够做到信息共享 这样多辆无人驾驶汽车能够组成车 队 以很小的间隔顺序行驶 该车也能通过交通网络获取 实对交通信息 防止交通阻塞的发生在行驶过程中 该车 还会自动发出警告 提醒过往行人注意 第三节 德国版 外形像普通轿车第三节 德国版 外形像普通轿车 在德国汉堡一家公司应用先 进的激光传感技术把无人驾驶汽车 变成了现实 这辆无人驾驶智能汽 车名为 路可斯 Lux 由普通轿 15 车改装而成 可以在错综复杂的城市公路系统中无人驾驶 这归功于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 第四节 美国版 谷歌无人驾驶汽车第四节 美国版 谷歌无人驾驶汽车 作为谷歌试图开发一款能够基本取代驾驶员控制车辆 的人工智能软件的大胆尝试 代号 Google Fleet 的7辆试 验车 已经累计完成了1000公里的完全自主行驶 16 整套 Google Fleet 自动驾驶设备包括一台放置在车顶的激 光测距仪 能够及时精确地绘制出周边200米之内的3D 地 形图并上传至车载电脑中枢 在挡风镜旁边 技术人员安 放了一个视频摄像头用以侦测交通信号灯 以及行人 自 行车骑 行者等车辆行驶路线上遭遇的移动障碍 4台标准车载雷达 以三前一后的布局分布 负责探测较远处的固定路障 在每台 Google Fleet 的左后轮上 还带有一个微型传感器 负责监控车辆是否偏离了 GPS 导航仪所制定的路线 Go ogle Fleet 的电脑资料库中 精确地贮存了每条公路的限速 标准以及出入口位置 如果处于一名司机的操控下 Googl e Fleet 的中央处理系统还会通过扬声器 以柔和悦耳的女 声发出类似 接近十字路口 小心行人 的提示 驾驶者只需 微微