智能汽車

　　1概述

　　區(qū)別

　　智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同，它指的是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實現(xiàn)的汽車自動駕駛。智能汽車首先有一套導航信息資料庫，存有全國高速公路、普通公路、城市道路以及各種服務(wù)設(shè)施(餐飲、旅館、加油站、景點、停車場)的信息資料；其次是GPS定位系統(tǒng)，利用這個系統(tǒng)精確定位車輛所在的位置，與道路資料庫中的數(shù)據(jù)相比較，確定以后的行駛方向；道路狀況信息系統(tǒng)，由交通管理中心提供實時的前方道路狀況信息，如堵車、事故等，必要時及時改變行駛路線；車輛防碰系統(tǒng)，包括探測雷達、信息處理系統(tǒng)、駕駛控制系統(tǒng) ，控制與其他車輛的距離，在探測到障礙物時及時減速或剎車，并把信息傳給指揮中心和其他車輛；緊急報警系統(tǒng)，如果出了事故，自動報告指揮中心進行救援；無線通信系統(tǒng)，用于汽車與指揮中心的聯(lián)絡(luò)；自動駕駛系統(tǒng)，用于控制汽車的點火、改變速度和轉(zhuǎn)向等。

　　多輸入

　　通常對車輛的操作實質(zhì)上可視為對一個多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復雜多變、不確定多干擾源的復雜非線性系統(tǒng)的控制過程。駕駛員既要接受環(huán)境如道路、擁擠、方向、行人等的信息，還要感受汽車如車速、側(cè)向偏移、橫擺角速度等的信息，然后經(jīng)過判斷、分析和決策，并與自己的駕駛經(jīng)驗相比較，確定出應(yīng)該做的操縱動作，最后由身體、手、腳等來完成操縱車輛的動作。因此在整個駕駛過程中，駕駛員的人為因素占了很大的比重。一旦出現(xiàn)駕駛員長時間駕車、疲勞駕車、判斷失誤的情況，很容易造成交通事故。

　　通過對車輛智能化技術(shù)的研究和開發(fā)，可以提高車輛的控制與駕駛水平，保障車輛行駛的安全暢通、高效。對智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善，相當于延伸擴展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進道路交通的安全性。智能車輛的主要特點是以技術(shù)彌補人為因素的缺陷，使得即便在很復雜的道路情況下，也能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物，沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。

　　2基本結(jié)構(gòu)

　　從具體和現(xiàn)實的方面來看，目前，智能汽車較為成熟的和可預(yù)期的功能和系統(tǒng)主要是包括智能駕駛系統(tǒng)、生活服務(wù)系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)以及用車服務(wù)系統(tǒng)等，各個參與企業(yè)也主要是圍繞上述這些功能系統(tǒng)進行發(fā)展的。

　　這其中，各個系統(tǒng)實際上又包括一些細分的系統(tǒng)和功能，比如智能駕駛系統(tǒng)就是一個大的概念，也是一個最復雜的系統(tǒng)，它包括了：智能傳感系統(tǒng)、智能計算機系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)、智能公交系統(tǒng)等；生活服務(wù)系統(tǒng)包括了影音娛樂，信息查詢以及各類生物服務(wù)等功能；而象位置服務(wù)系統(tǒng)，除了要能提供準確的車輛定位功能外，還要讓汽車能與另外的汽車實現(xiàn)自動位置互通，從而實現(xiàn)約定目標的行駛目的。

　　智能汽車有了這些系統(tǒng)的共同作用，相當于給汽車裝上了“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動操縱系統(tǒng)之類的裝置。這些裝置都裝有非常復雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動啟動、加速、剎車，可以自動繞過地面障礙物。在復雜多變的情況下，它的“大腦”能隨機應(yīng)變，自動選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。

　　智能汽車功能結(jié)構(gòu)示意圖

　　3特點高科技

　　智能汽車是一種正在研制的新型高科技汽車，這種汽車不需要人去駕駛，人只舒服地坐在車上享受這高科技的成果就行了。因為這種汽車上裝有相當于汽車的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些裝置都裝有非常復雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動啟動、加速、剎車，可以自動繞過地面障礙物。在復雜多變的情況下，它的“大腦”能隨機應(yīng)變，自動選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。

　　智能汽車的“眼睛”是裝在汽車右前方、上下相隔50厘米處的兩臺電視攝像機，攝像機內(nèi)有一個發(fā)光裝置，可同時發(fā)出一條光束，交匯于一定距離，物體的圖像只有在這個距離才能被攝取而重疊。“眼睛”能識別車前5～20米之間的臺形平面、高度為10厘米以上的障礙物。如果前方有障礙物，“眼睛” 就會向“大腦”發(fā)出信號，“大腦”根據(jù)信號和當時當?shù)氐膶嶋H情況，判斷是否通過、繞道、減速或緊急制動和停車，并選擇最佳方案，然后以電信號的方式，指令汽車的“腳”進行停車、后退或減速。智能汽車的“腳”就是控制汽車行駛的轉(zhuǎn)向器、制動器。

　　重要標志

　　無人駕駛的智能汽車將是新世紀汽車技術(shù)飛躍發(fā)展的重要標志?？上驳氖牵悄芷囈褟脑O(shè)想走向?qū)嵺`。隨著科技的飛速發(fā)展，相信不久的將來，我們都可以領(lǐng)略到智能汽車的風采。

　　所以，智能汽車實際上是智能汽車和智能公路組成的系統(tǒng)，目前主要是智能公路的條件還不具備，而在技術(shù)上已經(jīng)可以解決。在智能汽車的目標實現(xiàn)之前，實際上已經(jīng)出現(xiàn)許多輔助駕駛系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車上，如智能雨刷，可以自動感應(yīng)雨水及雨量，自動開啟和停止；自動前照燈，在黃昏光線不足時可以自動打開；智能空調(diào)，通過檢測人皮膚的溫度來控制空調(diào)風量和溫度；智能懸架，也稱主動懸架，自動根據(jù)路面情況來控制懸架行程，減少顛簸；防打瞌睡系統(tǒng)，用監(jiān)測駕駛員的眨眼情況，來確定是否很疲勞，必要時停車報警……計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為汽車的智能化提供了廣闊的前景。

　　4國內(nèi)進展

　　研究項目

　　我國從上世紀80年代開始著手無人駕駛汽車的研制開發(fā)，雖與國外相比還有一些距離，但目前也取得了階段性成果。國內(nèi)清華大學、國防科技大學、上海交通大學、西安交通大學、吉林大學、同濟大學、天津軍交學院等都有過無人駕駛汽車的研究項目。特別是北京理工大學，在無人車技術(shù)上已取得全國領(lǐng)先的水平，在國內(nèi)的多個無人車比賽中經(jīng)常受邀以表演隊的身份參加。

　　1992年，國防科技大學研制成功了我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。由計算機及其配套的檢測傳感器和液壓控制系統(tǒng)組成的汽車計算機自動駕駛系統(tǒng)，被安裝在一輛國產(chǎn)的中型面包車上，使該車既保持了原有的人工駕駛性能，又能夠用計算機控制進行自動駕駛行車。2000年6月，國防科技大學研制的第4代無人駕駛汽車試驗成功，最高時速達76km，創(chuàng)下國內(nèi)最高紀錄。2003年7月，國防科技大學和中國一汽聯(lián)合研發(fā)的紅旗無人駕駛轎車高速公路試驗成功，自主駕駛最高穩(wěn)定時速13Okm，其總體技術(shù)性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。

　　智能移動機器人

　　THMR—V（TsingHua Mobile Robot V）清華V型智能車是清華大學計算機系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室在中國科學院院士張鈸主持下研制的新一代智能移動機器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能。車體采用道奇7座廂式車改裝，裝備有彩色攝像機和激光測距儀組成的道路與障礙物檢測系統(tǒng)；由差分GPS、磁羅盤和光碼盤組成的組合定位導航系統(tǒng)等。兩套計算機系統(tǒng)分別進行視覺住處處理，完成信息融合、路徑規(guī)劃、行為與決策控制等功能。四臺IPC工控機分別完成激光測距信息處理、定位信息處理、通訊管理、駕駛控制等功能。設(shè)計車速高速公路為80km/h，一般道路為20 km/h。目前已能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下，進行道路跟蹤和避障自主行駛。汽車的智能化可以減輕駕駛員的疲勞，適應(yīng)復雜的天氣條件，減少交通事故的發(fā)生。

　　此外，西安交通大學搭建了Spingrobot智能車實驗平臺，并于2005年10月成功完成在敦煌“新絲綢之路”活動中的演示。同濟大學2006年研發(fā)了一輛無人駕駛清潔能源電動游覽車，最高時速為50km/h，可應(yīng)用于人們觀光旅游。吉林大學和中科院沈陽自動化所在無人駕駛智能車方面也研究較早，取得不少成果。

　　5國外發(fā)展情況

　　發(fā)達國家

　　從20世紀70年代，美歐等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究，大致可以分為二個階段:軍事用途、高速公路環(huán)境和城市環(huán)境。在軍事用途方面，早在80年代初期，美國國防部就大規(guī)模資助自主陸地車輛ALV （Autonomous LandVehicle)的研究。

　　進入21世紀，為促進無人駕駛車輛的研發(fā)，從2004年起，美國國防部高級研究項目局(DARPA)開始舉辦機器車挑戰(zhàn)大賽(Grand Challenge)。該大賽對促進智能車輛技術(shù)交流與創(chuàng)新起到很大激勵作用。

　　在2005年的第二屆比賽中，主辦方只在賽前2小時提供一張光盤，上面提供了比賽路線上2935個“路點”的方位與海拔等詳細資料。整個賽道有急轉(zhuǎn)彎、隧道、路口還有山路，比賽要求參賽車輛能夠自主完成全部路程。最終斯坦福大學的“斯坦利”，獲得了第1名。具有6個奔騰M處理器的電腦完成“斯坦利”的所有程序的處理。車輛移動時，4個激光傳感器、一個雷達系統(tǒng)、一組立體攝像頭和一個單眼視覺系統(tǒng)感知周圍的環(huán)境。

　　競賽

　　2006年德國舉辦了歐洲陸地機器人競賽(European Land Robot Trial，簡稱(ELROB)),德國的參賽車“途銳”取得了冠軍。該車通過影像處理尋找道路，周圍景物被處理成3D影像。該車由光學定向與測距系統(tǒng)對收集的信息進行導航?jīng)Q策，分析哪里是行人哪里是樹木。“途銳”自主行駛了90%的賽程，不過在通過關(guān)鍵十字路口時還是靠手動駕駛。

　　6飛思卡爾

　　智能車競賽

　　“飛思卡爾”智能車競賽是由教育部高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦，飛思卡爾半導體公司協(xié)辦的全國性的比賽。智能車競賽所使用的車模是一款帶有差速器的后輪驅(qū)動模型賽車，它由大賽組委會統(tǒng)一提供。比賽要求參賽隊伍研究并設(shè)計一款能夠自主辨識路線并能夠自主行駛的智能車，在專門設(shè)計的封閉跑道上行駛，跑完整個賽程用時越短的參賽隊伍成績越好。智能車的設(shè)計要求參賽隊伍首先對汽車動力學有一定的研究和了解，從而設(shè)計合理的機械結(jié)構(gòu)。同時要求參賽隊伍自行設(shè)計控制器系統(tǒng)電路、圖像采集模塊電路、電機驅(qū)動電路、電源模塊電路等多個部分的電路。在硬件平臺搭建完成后，參賽隊伍要對智能車系統(tǒng)的路線辨識以及控制算法進行開發(fā)和調(diào)試，為了后期的調(diào)試方便，很多隊伍還開發(fā)了用于調(diào)試的上位機監(jiān)控程序。

　　背景

　　智能車大賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機、機械等多個學科交叉的科技創(chuàng)新比賽。隨著賽事的逐年開展，不僅使參賽學生自主創(chuàng)新能力的提高，對于高校相關(guān)學科領(lǐng)域的學術(shù)水平的提升也有一定的幫助。目前，此項賽事己經(jīng)成為各高校展示科研成果和學生實踐能力的重要途徑，同時也為社會選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新人才提供了重要平臺。

　　“飛思卡爾”杯智能車競賽于2000年在韓國首次舉辦，我國于2006年8月舉辦第一屆“飛思卡爾”杯全國智能車競賽，當時吸引了來自全國50所高校的112支代表隊的參與。在2007年的第二屆智能車競賽中，來自全國26個省(自治區(qū))、直轄市的130余所院校的242支隊伍分為5個賽區(qū)進行角逐，比賽場面空前激烈。

　　7發(fā)展趨勢預(yù)測

　　一、和汽車駕駛相關(guān)的數(shù)字化創(chuàng)新將主要由汽車廠商和一級零部件供應(yīng)商主導。

　　二、汽車無人駕駛技術(shù)在未來5-8年內(nèi)將難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。

　　三、汽車廠商仍將對車載應(yīng)用軟件(Apps)保持謹慎的態(tài)度。

　　四、IT和電子消費品廠商將更加完善人機互動技術(shù)(HMI)，這將提升消費者對汽車內(nèi)HMI的預(yù)期。

　　五、汽車行業(yè)的數(shù)量規(guī)模不到IT消費品行業(yè)的5%，在娛樂互動類技術(shù)創(chuàng)新上相對較弱，但汽車企業(yè)仍然具有較強的談判能力。

　　六、消費者將不愿意為車內(nèi)的數(shù)據(jù)信息和Apps額外付費。

　　七、未來僅僅豪華品牌能支持完全獨立的娛樂互動系統(tǒng)(飛行駕駛艙模式)，但通?？蛻趔w驗不是非常好;采用獨立第三方軟硬件商業(yè)模式是各非豪華品牌品牌主要策略。

　　八、汽車廠商將沿數(shù)字化的價值鏈上下游進一步延伸不斷創(chuàng)新商業(yè)模式和業(yè)務(wù)類型。