智能车辆与自动驾驶系统概述

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,智能运输系统概论,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,智能运输系统概论,智能运输系统概论,（第三版）,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,21,世纪交通版高等学校教材,杨兆升 于德新 主编,史其信 高世廉 主审,目 录,第,11,章 先进的公共交通系统,第,12,章 先进的交通管理系统,第,13,章 城市交通信号控制系统,第,14,章 电子收费系统,第,15,章 高速公路交通事件管理系统,第,16,章 应急指挥调度系统,第,17,章 智能车辆与自动驾驶系统,第,18,章 交通需求管理,第,19,章 智能运输系统标准化,第,20,章,ITS,评价,第,17,章 智能车辆与自动驾驶系统,概述,17.1,世界智能车辆的研究与发展,17.2,基于视觉导航的智能车辆模糊逻辑控制,17.3,典型智能车辆与自动驾驶系统介绍,17.4,研究动向分析与问题探讨,17.5,17.1,概述,ITS,是一个开放的复杂的,巨型系统,，各国各地区的,研究侧重点,有所不同，其难点和关键技术之一就是,车辆的行驶导航和自动驾驶,。,德国,戴姆勒,-,奔驰汽车公司正在试验一种,汽车自动驾驶系统,。,日本,研制了一套包括,交通信息,、,行车安全警报,、,行车自控和自动驾驶,、,道路管理,等四个方面的系统，从总体上来说代表了目前世界,汽车智能技术,的最高水平。,美国,在尝试用几十亿美元的,计算机网络,最终取代司机的,方向盘,来驾驶汽车。,概述,17.1,17.2,17.3,17.4,17.5,第,17,章 智能车辆与自动驾驶系统,世界智能车辆的研究与发展,基于视觉导航的智能车辆模糊逻辑控制,典型智能车辆与自动驾驶系统介绍,研究动向分析与问题探讨,17.2,世界智能车辆的研究与发展,随着城市化的进展及汽车的普及，交通环境日趋恶劣，,交通拥挤加剧,，,交通事故频发,，交通问题已经成为全球范围令人困扰的严重问题；,20,世纪,90,年代以来，,计算机,、,电子,、,图像处理,等技术飞速发展。,智能车辆系统（,Intelligent Vehicle System,，简称,IVS,）,17.2.1,智能车辆的产生与发展,智能车辆,的研究，追根溯源，应该说起始于,20,世纪,50,年代,初,美国,Barrett Electronics,公司研究开发出的世界上第一台,自动引导车辆系统,（,Automated Guided Vehicle System,，简称,AGVS,）。,研制,AGVS,的目的,是为了提高,仓库运输,的自动化水平，应用领域仅局限于,仓库内的物品运输,。,在,20,世纪六、七十,年代，,AGVS,的研究在西欧许多国家得到了迅速的发展，并将应用扩展到,工业生产领域,。,进入,20,世纪,80,年代,，国外掀起了,智能机器人,研究热潮。,17.2.2,智能车辆的研究方向,从世界,各国,相关研究成果来看，目前,智能车辆的研究方向,主要有以下几个方面：,驾驶员行为分析（,Driver Behavior Analysis,）,环境感知（,Environmental Perception,）,极端情况下的自主驾驶（,Autonomous Driving on Extreme courses,）,规范环境下的自主导航,（,Autonomous Navigation on Nomal environment,）,车辆运动控制系统（,Vehicle Motion Control Systems,）,17.2.2,智能车辆的研究方向,主动安全系统（,Active Safety Systems,）,交通监控、车辆导航及协作（,Traffic Monitoring,，,Vehicle Navigation,，,and coordination,）,车辆交互通信（,Inter-Vehicle Communications,）,军事应用（,Military Applications,）,系统结构（,System Architectures,）,先进的安全车辆（,Advanced Safety Vehicles,）,上述研究可概括为：,控、警告系统,；,半自主式车辆控制系统,；,自主车辆控制系统,。,17.2.3,智能车辆的研究范围,智能车辆,的研究涉及到,计算机测量与控制,、,计算机视觉,、,传感器数据融合,、,车辆工程,等诸多领域，可以说，智能车辆的研究是,计算机视觉与计算机控制研究,在车辆工程上的综合。,1,）计算机视觉,视觉系统,在智能车辆研究中主要起到,环境探测,和,辨识,的作用。将,计算机图像信息,与其他,背景知识,及其他,传感器,相结合，能,快速提取,复杂环境中的,有用信息,，进而产生合理的,行为规划,与,决策,。,17.2.3,智能车辆的研究范围,2,）传感器数据融合,目前，在,智能车辆,领域，除,视觉传感,外，常用的还有,雷达,、,激光,、,GPS,等传感器。,雷达系统,可以得到计算机视觉技术比较难以解决的检测对象的,距离信息,，能,准确发现,车辆行驶环境中存在的物体，在,恶劣环境条件,下具有独特的优势。,激光系统,可以得到车辆的,瞬时车辆速度,信息及,精确,的车辆与前方车辆的,距离信息,，被广泛地应用于,避障,、,超车,、,防碰撞系统,中。,17.2.3,智能车辆的研究范围,3,）控制理论尤其是智能控制在智能车辆上的应用,为实现智能车辆对,路径,的,稳定跟踪,，性能优良的,控制器,是智能车辆必不可少的部分，所以,控制理论,在智能车辆上的应用是十分重要的。,智能控制,是一门新兴学科，人们目前认为其包括,递阶控制系统,、,专家控制系统,、,模糊控制系统,、,神经控制系统,、,学习控制系统,五个方面。,真正的意义上的智能车辆只有在,计算机技术,和,智能控制技术,充分发展的基础上才能成为可能。,17.2.4,智能车辆体系结构,智能车辆,集多种,传感器数据融合,、,视觉信息处理,、,环境建模,、,导航,、,避障,等功能于一体。,按照,智能控制理论,，智能车辆系统是一个,分层递阶的集散型控制系统,，系统一般分为,智能级,、,协调级,和,执行级,。,目前，从,智能车辆控制算法的处理方,式来看，可分为,串行,、,并行,两种结构。,1,）串行处理,单,CPU,结构,、,集中控制,方式，即用一台功能较强的计算机实现全部控制功能。,多,CPU,结构,、,分布式控制,方式，即上、下位机二级分布式结构。,上位机,负责整个系统的管理及复杂的计算、处理等功能，而,下位机,由多个,CPU,组成，每个,CPU,具体复责某一特定的功能。,17.2.4,智能车辆体系结构,2,）并行处理,用通用的,微处理器,，构成,并行处理,结构，支持计算，实现,复杂控制,策略,在线实时,计算。,智能车辆控制专用,VLS,I,，能充分利用智能车辆控制算法的并行性，依靠芯片内的,并行体系结构,易于解决智能车辆控制算法中大量出现的计算，能大大,提高计算速,度。,用并行处理能力的,芯片式计算机,（如,Transputer,、,DSP,等），构成,并行处理网络,（如,VaMoRs-P,系统），其,下位机,由大约,60,个,Transputer,构成。,17.2.4,智能车辆体系结构,17.2.5,智能车辆技术的应用,国家,研究单位,主要性能,美国,Carnegie Mellon University,该研究由美国著名的,Delco Electronics,公司捐资赞助。从,1986,年至,1995,年相继研究了,Navlab-Navlab5,型智能车辆。其中,Navlab5,是由,1990,年问世的,Pontiac,运动跑车改造的，视觉系统为一台,Sony DXC-151A,彩色摄像机，其自主驾驶主要指控制转向轮。,Navlab5,的自主驾驶的平均速度为,88.5km/h,，还首次进行了横穿美国大陆的长途驾驶实验,日本,丰田（,TOYOTA,）公司,该研究由日本丰田公司进行，实验车辆由丰田轿车改造。视觉系统为紧凑型,2/3 in.,而成,CCD,摄像机，安装在后视镜左侧。,1993,年进行普通高速公路实验，实验车速为,60km/h,17.2.5,智能车辆技术的应用,国家,研究单位,主要性能,德国,慕尼黑德国联邦国防大学（,UBM,）和奔驰公司,从,20,世纪,80,年代初期开始研究，先后研制开发出,VaMoRs,和,VaMoRs-P,两种实验车。其中,VaMoRs,是由一辆奔驰,508D,型,5t,面包车改装而成。该车视觉系统由,4,个小型彩色,CCD,摄像机构成两组双目视觉系统。,1987,年,VaMoRs,自主车曾在一段尚未通车的高速公路上创下自主驾驶,96km/h,的,80,年代最高速度。,VaMoRs-P,由一辆豪华型奔驰,500,（,Mercedes 500SEL,）改装而成。该系统,1995,年公布的最高时速达,130km/h,法国,帕斯卡大学和标致雪铁龙汽车公司,实验车为一辆标致小汽车。该系统已经在高速公路上进行了几百公里不同路况的行车实验，最高车速达,130km/h,17.2.5,智能车辆技术的应用,国家,研究单位,主要性能,美国,Pennsylvania University,该研究得到,Honda R&D North America Inc.,及,Honda R&D Company.Ltd,Japan,资助，车辆由,Honda Accord LX sedan,改造而成，视觉系统为安装在后视镜附近的普通,CCD,，该系统曾于,1999,年在普通高速公路上以,75Km/h,的车速进行过多次实验，效果良好,日本,Kumamoto University,该项研究由日本,Kumamoto,大学计算机科学系智能车辆课题组进行，实验车辆由普通前轮转向轿车改造而成。该车视觉系统为一,1/2 in.,彩色,CCD,。,1998,年该车在普通公路及高速公路上进行过实验，实验车速为,72km/h,17.2.5,智能车辆技术的应用,国家,研究单位,主要性能,德国,大众公司和斯坦福大学,Passat Junior,和,Touareg Stanley,是两台参加过,2005,及,2007,城市挑战赛的车辆，展示了斯坦福大学和大众汽车研究的高智能无人驾驶技术。比赛车安装的,ACC,（自动车距控制系统）、自动驻车辅助系统、侧向辅助系统、防驾驶偏离系统等技术已经运用在包括帕萨特,CC,、途锐、辉腾等车型上。,中国,国防科技大学,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；,2000,年,6,月，研制的第,4,代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达,76km/h,，创下国内最高纪录；,2003,年,7,月，和中国一汽联合研发的红旗无人驾驶轿车高速公路试验成功，自主驾驶最高稳定时速,130km/h,，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。,概述,17.1,17.2,17.3,17.4,17.5,第,17,章 智能车辆与自动驾驶系统,世界智能车辆的研究与发展,基于视觉导航的智能车辆模糊逻辑控制,典型智能车辆与自动驾驶系统介绍,研究动向分析与问题探讨,17.3.1,计算机视觉导航的优点,视觉导航,与其他传感器相