汽车自动驾驶系统的现状及发展
 
摘要：无人驾驶汽车大大提高了交通系统效率和安全性，是未来发展方向。首先讨论汽车自动驾驶系统的现状，介绍相关技术。最后谈谈发展。
关键词：无人驾驶    关键技术  发展
引言：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，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它一般是利用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，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。
无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人一车一路”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。现代无人驾驶汽车以汽车工业为基础，以高科技为依托，遵循由低到高、由少到多、由单方面到多方面、螺旋上升的规律发展。其横向发展离不开各种用途的实际需要，而其纵向发展的生命力在于持续不断的技术
创新。
1、国外无人驾驶汽车的发展状况
发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，目前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20世纪80年代，美国就提出自主地面车辆(ALV)计划，这是一辆8轮车，能在校园的环境中自主驾驶，但车速不高。美国其它一些著名大学，如卡耐基梅隆大学、麻省理工学院等都先后于20世纪80年代开始研究无人驾驶车辆。然而，由于技术上的局限和预期目标过于复杂，到20世纪80年代末90年代初，各国都将研究重点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。1995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。尽管这次实验中的Navlab-V仅仅完成方向控制，而不进行速度控制(油门及档位由车上的参试人员控制)，但这次实验已经让世人看到了科技的神奇力量。丰田汽车公司在2000年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方
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。
2005年，美国国防部“大挑战”比赛上，最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆大众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛，第一个到达了终点。在赛道上，无人驾驶汽车需要穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行使，整个行程无人驾驶汽车需要绕过无数个障碍。
在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司，最近推出了其研制的无人驾驶汽车。这辆无人驾驶智能汽车由德国大众汽车公司生产的帕萨特2.0改装而成，外表看来与普通家庭汽车并无差别，但却可以在错综复杂的城市公路系统中实现无人驾驶。行驶过程中，车内安装的全球定位仪随时获取汽车所在准确方位的信息数据。隐藏在前灯和尾灯附近的激光扫描仪是汽车的“眼”，它们随时“观察”汽车周围约183m内的道路状况，构建三维道路模型。除此之外，“眼”还能识别各种交通标识，如速度限制、红绿灯、车道划分、停靠点等，保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。最后由无人驾驶汽车的“脑”——安装在汽车后备厢内的计算机，将两组数据汇合、分析，并根据结果向汽车传达相应的行e-life
驶命令。多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换档、加速、转弯、刹车甚至倒车。在茫茫车海和人海中，它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人，从容前行。
2、我国无人驾驶汽车的发展状况
我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20世纪80年代开始进行该项技术研究。1989年，我国首辆智能小车在国防科技大学诞生，这辆小车长100cm、宽60cm、重175ks，有3个轮子，前轮是一个导向轮，后边有两个驱动轮。它包含了自动驾驶仪、计算机体系结构、视觉及传感器系统、定位定向系统、路径规划及运动控制系统，还有无线电通信、车体结构及配电系统。1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。2000年6月，国防科技大学研制的第4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。其智能控制系统主要由3部分组成：传感器系统、自动驾驶仪系统和主控计算机系统。
由上海和欧盟科学家合作的中国城市交通中的无人驾驶技术(CyberC3)项目取得了阶段性
成.果，首辆城市无人驾驶车在上海交通大学研制成功。“无人驾驶技术”主要依靠车上的5个“器官”来保证。首先是位于车头上的俯视摄像头，它是车辆的加盟电动车代理商需要什么条件“眼睛”，能够准确识别地上的白线，从而判断前进方向。在“眼睛”的一旁，一个凸出车头的激光雷达就像车辆的“鼻子”微型车报价，随时立马电动车好吗“嗅”着前方80m范围内车辆和行人的胎压多少正常“气息”。而在车辆的左右两侧，两只超声传感器就像车辆的“耳朵”，倾听着四面八方的声音。除了用“眼睛”指挥前进外，该车还可以通过另一种方式——用一只无形的“手”来感知地面的磁性物体，从而判断前进方向，而这只“手”就是位于车头底部的磁传感器。但这种方法需要在车辆运行的道路上埋人磁钉。最后的“器官”便是车辆的“脑”了，位于远处的遥控指挥中心是车辆的“大脑”，通过无线传输向车辆下达特殊指令；而车辆内部的计算机则是它的“小脑”，通过汇聚“眼睛”、“鼻子”、“耳朵”、“手”所得到的信息来避开周围车辆和行人。再配合程序中设计好的各景点的位置，无人驾驶车便能顺利地将乘客送到他们想去的地方。
最近，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。该车装备了摄像机、雷达，可以自己导航，对道路环境、障碍物进行判断识别，自动调整速度，不需要人做任何干预操作。与电子巡航、GPS导航不同的是，它的定位更加精确，转弯和遇到复杂情况也
不需要人来控制。车内的环境识别系统识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度，相当于驾驶员的眼睛；车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机视觉提供的道路信息、车前情况以及自身的行驶状态，决定继续前进还是换道准备超车，相当于驾驶员的大脑；接着，自动驾驶控制软件按照需要跟踪的路径和汽车行驶动力学，向方向盘、油门和刹车控制器发出动作指令，操纵汽车按规划好的路径前进，起到驾驶员的手和脚的作用。这辆无人驾驶轿车在正常交通情况下，在高速公路上行驶的最高稳定速度为130km/h，最高峰值速度为170km/h。新途胜报价
3、无人驾驶汽车的关键技术
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。
车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础。目前常用的技术包括磁导航和视觉导航等。其中，磁导航是目前最成熟可靠的方案，现大多数均采用这种导航技术。例如，荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的Park Shuttle系统，上海交通大学的Cyber C3系统等。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响，即使风沙或大雪埋没路面也一样有效，而且便于
维护。另外，通过变换磁极朝向进行编码，可以向车辆传输道路特性信息，诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息。但是，磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线)，系统实施过程比较繁琐，且不易维护，变更运营线路需重新埋设导航设备。视觉导航就不存在这个问题。视觉导航的优点是车载计算机可以在试验样车偏离目标车道前，事先知道并预防其发生，同时当在高速公路使用时，不需要对现有的道路结构做变化，并且在混合交通中，也可使用；其缺点为，当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白标线不清晰时，导航系统会失效。但由于视觉导航对基础设施的要求很低，被公认为是最有前景的定位方法。
GPS导航现在已经非常普遍，在输入目的地后，GPS系统便会显示出行驶路线。定速巡航功能能让驾驶者设定速度，汽车便会按照这个速度行驶下去，直到你踩刹车。现在已经开始有汽车安装了最新的自适应巡航控制系统（Adaptive cruise control），驾驶员可以通过它来设定与前方汽车的距离，当两车靠得太近时，汽车就会自动减速，当距离安全后，汽车又会自动加速。如今，还有许多像这样的先进系统，比如在跨过车道分界线时会发出哔哔声提醒驾驶员的变道警示系统，显示车后情况的后视镜系统，使用侧视镜中的声纳或雷达探测器、在旁边车辆靠近时提醒驾驶员的盲点警示系统，以及无需人手控制的自动泊车
系统等等。
现在假设我们把这些系统全都联系起来：用导航系统设定目的地，于是汽车就会按照路线自动行驶，在必要时也会自动减速、加速、转弯和变道。我们现在还缺一个能够使汽车自动转弯的系统，不过有了车载雷达、摄影机和高端的传感器，这个系统并非不可实现。于是，驾驶员不再是驾驶员，而是乘客，因为汽车会自己行驶到目的地。
已经退休的通用汽车副总裁罗伯特·卢茨（Robert Lutz）表示：“点击某个常规程序，比如‘上班’程序，你的汽车便会在GPS或线导的引导下开上公路，融入车流之中。”驶向目的地，最后通过“其他的小模块”实现自动泊车。“不过，我不认为我们的社会能够有能力负担每个人都有车，然后大家都在混凝土公路上到处开来开去。”我们可以建造混凝土公路，但我们或许没有足够的汽油或电力来驱动那么多汽车。
自动驾驶汽车时代可能需要在几十年甚至半个世纪之后才会真正到来，而如今这个目标中的部分已经完成。自适应巡航最有未来“范儿
在当前量产车的自动驾驶技术中，新兴不久的自适应巡航系统（ACC）应该是目前最具备
未来自动驾驶的“范儿”。在自适应巡航系统出现之前的车型都搭载的是定速巡航系统，定速巡航的速度固定，在需要频繁刹车的城市道路上显得很不实用，而自适应巡航则能很好地适应路况较复杂的城市路况。
自适应巡航控制系统主要由车距传感器（雷达）、轮速传感器、转向角传感器以及ACC控制单元等组成。车距传感器一般安装在车头，它可以探测到汽车前方200m左右的距离，轮速传感器（与ABS系统共用）可以感知车辆的行驶速度，而转向角度传感器可以感知车辆的行驶方向，ACC控制单元可以对发动机和制动系统的状态进行控制。
自适应巡航控制系统一般在车速大于25km/h时才会起作用，而当车速降低到25km/h以下时，就需要驾驶者进行人工控制。不过通过系统软件的升级，自适应巡航控制系统可以实现“停车/起步”功能，以应对在城市中行驶时频繁的停车和起步情况压力传感器。虽然自适应巡航控制系统可以自动控制车速，但在任何时候驾驶者都可以主动进行加速或制动。当驾驶者在巡航控制状态下进行制动后，ACC控制单元就会终止巡航控制；当驾驶者在巡航控制状态下进行加速，停止加速后，ACC控制单元会按照原来设定的车速进行巡航。