智能汽車

　　1概述

　　區(qū)別

　　智能汽車與一般所說(shuō)的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)駕駛。智能汽車首先有一套導(dǎo)航信息資料庫(kù)，存有全國(guó)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(diǎn)、停車場(chǎng))的信息資料；其次是GPS定位系統(tǒng)，利用這個(gè)系統(tǒng)精確定位車輛所在的位置，與道路資料庫(kù)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(shí)時(shí)的前方道路狀況信息，如堵車、事故等，必要時(shí)及時(shí)改變行駛路線；車輛防碰系統(tǒng)，包括探測(cè)雷達(dá)、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(cè)到障礙物時(shí)及時(shí)減速或剎車，并把信息傳給指揮中心和其他車輛；緊急報(bào)警系統(tǒng)，如果出了事故，自動(dòng)報(bào)告指揮中心進(jìn)行救援；無(wú)線通信系統(tǒng)，用于汽車與指揮中心的聯(lián)絡(luò)；自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，用于控制汽車的點(diǎn)火、改變速度和轉(zhuǎn)向等。

　　多輸入

　　通常對(duì)車輛的操作實(shí)質(zhì)上可視為對(duì)一個(gè)多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復(fù)雜多變、不確定多干擾源的復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制過(guò)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(guò)判斷、分析和決策，并與自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)相比較，確定出應(yīng)該做的操縱動(dòng)作，最后由身體、手、腳等來(lái)完成操縱車輛的動(dòng)作。因此在整個(gè)駕駛過(guò)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(zhǎng)時(shí)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(guò)對(duì)車輛智能化技術(shù)的研究和開(kāi)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(duì)智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善，相當(dāng)于延伸擴(kuò)展了駕駛員的控制、視覺(jué)和感官功能，能極大地促進(jìn)道路交通的安全性。智能車輛的主要特點(diǎn)是以技術(shù)彌補(bǔ)人為因素的缺陷，使得即便在很復(fù)雜的道路情況下，也能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開(kāi)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(shí)的方面來(lái)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(hù)系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)以及用車服務(wù)系統(tǒng)等，各個(gè)參與企業(yè)也主要是圍繞上述這些功能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展的。

　　這其中，各個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上又包括一些細(xì)分的系統(tǒng)和功能，比如智能駕駛系統(tǒng)就是一個(gè)大的概念，也是一個(gè)最復(fù)雜的系統(tǒng)，它包括了：智能傳感系統(tǒng)、智能計(jì)算機(jī)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(lè)，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(zhǔn)確的車輛定位功能外，還要讓汽車能與另外的汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)位置互通，從而實(shí)現(xiàn)約定目標(biāo)的行駛目的。

　　智能汽車有了這些系統(tǒng)的共同作用，相當(dāng)于給汽車裝上了“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)操縱系統(tǒng)之類的裝置。這些裝置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會(huì)“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動(dòng)啟動(dòng)、加速、剎車，可以自動(dòng)繞過(guò)地面障礙物。在復(fù)雜多變的情況下，它的“大腦”能隨機(jī)應(yīng)變，自動(dòng)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(diǎn)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?yàn)檫@種汽車上裝有相當(dāng)于汽車的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機(jī)、電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些裝置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會(huì)“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動(dòng)啟動(dòng)、加速、剎車，可以自動(dòng)繞過(guò)地面障礙物。在復(fù)雜多變的情況下，它的“大腦”能隨機(jī)應(yīng)變，自動(dòng)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(tái)電視攝像機(jī)，攝像機(jī)內(nèi)有一個(gè)發(fā)光裝置，可同時(shí)發(fā)出一條光束，交匯于一定距離，物體的圖像只有在這個(gè)距離才能被攝取而重疊。“眼睛”能識(shí)別車前5～20米之間的臺(tái)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(huì)向“大腦”發(fā)出信號(hào)，“大腦”根據(jù)信號(hào)和當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，判斷是否通過(guò)、繞道、減速或緊急制動(dòng)和停車，并選擇最佳方案，然后以電信號(hào)的方式，指令汽車的“腳”進(jìn)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(dòng)器。

　　重要標(biāo)志

　　無(wú)人駕駛的智能汽車將是新世紀(jì)汽車技術(shù)飛躍發(fā)展的重要標(biāo)志?？上驳氖?，智能汽車已從設(shè)想走向?qū)嵺`。隨著科技的飛速發(fā)展，相信不久的將來(lái)，我們都可以領(lǐng)略到智能汽車的風(fēng)采。

　　所以，智能汽車實(shí)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(biāo)實(shí)現(xiàn)之前，實(shí)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(dòng)感應(yīng)雨水及雨量，自動(dòng)開(kāi)啟和停止；自動(dòng)前照燈，在黃昏光線不足時(shí)可以自動(dòng)打開(kāi)；智能空調(diào)，通過(guò)檢測(cè)人皮膚的溫度來(lái)控制空調(diào)風(fēng)量和溫度；智能懸架，也稱主動(dòng)懸架，自動(dòng)根據(jù)路面情況來(lái)控制懸架行程，減少顛簸；防打瞌睡系統(tǒng)，用監(jiān)測(cè)駕駛員的眨眼情況，來(lái)確定是否很疲勞，必要時(shí)停車報(bào)警……計(jì)算機(jī)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(guó)內(nèi)進(jìn)展

　　研究項(xiàng)目

　　我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)始著手無(wú)人駕駛汽車的研制開(kāi)發(fā)，雖與國(guó)外相比還有一些距離，但目前也取得了階段性成果。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津軍交學(xué)院等都有過(guò)無(wú)人駕駛汽車的研究項(xiàng)目。特別是北京理工大學(xué)，在無(wú)人車技術(shù)上已取得全國(guó)領(lǐng)先的水平，在國(guó)內(nèi)的多個(gè)無(wú)人車比賽中經(jīng)常受邀以表演隊(duì)的身份參加。

　　1992年，國(guó)防科技大學(xué)研制成功了我國(guó)第一輛真正意義上的無(wú)人駕駛汽車。由計(jì)算機(jī)及其配套的檢測(cè)傳感器和液壓控制系統(tǒng)組成的汽車計(jì)算機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，被安裝在一輛國(guó)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(jì)算機(jī)控制進(jìn)行自動(dòng)駕駛行車。2000年6月，國(guó)防科技大學(xué)研制的第4代無(wú)人駕駛汽車試驗(yàn)成功，最高時(shí)速達(dá)76km，創(chuàng)下國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄。2003年7月，國(guó)防科技大學(xué)和中國(guó)一汽聯(lián)合研發(fā)的紅旗無(wú)人駕駛轎車高速公路試驗(yàn)成功，自主駕駛最高穩(wěn)定時(shí)速13Okm，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。

　　智能移動(dòng)機(jī)器人

　　THMR—V（TsingHua Mobile Robot V）清華V型智能車是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在中國(guó)科學(xué)院院士張鈸主持下研制的新一代智能移動(dòng)機(jī)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(jī)和激光測(cè)距儀組成的道路與障礙物檢測(cè)系統(tǒng)；由差分GPS、磁羅盤和光碼盤組成的組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)等。兩套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)行視覺(jué)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(tái)IPC工控機(jī)分別完成激光測(cè)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(jì)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(jìn)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(fù)雜的天氣條件，減少交通事故的發(fā)生。

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

　　5國(guó)外發(fā)展情況

　　發(fā)達(dá)國(guó)家

　　從20世紀(jì)70年代，美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車的研究，大致可以分為二個(gè)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(guó)國(guó)防部就大規(guī)模資助自主陸地車輛ALV （Autonomous LandVehicle)的研究。

　　進(jìn)入21世紀(jì)，為促進(jìn)無(wú)人駕駛車輛的研發(fā)，從2004年起，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目局(DARPA)開(kāi)始舉辦機(jī)器車挑戰(zhàn)大賽(Grand Challenge)。該大賽對(duì)促進(jìn)智能車輛技術(shù)交流與創(chuàng)新起到很大激勵(lì)作用。

　　在2005年的第二屆比賽中，主辦方只在賽前2小時(shí)提供一張光盤，上面提供了比賽路線上2935個(gè)“路點(diǎn)”的方位與海拔等詳細(xì)資料。整個(gè)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(xué)的“斯坦利”，獲得了第1名。具有6個(gè)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(dòng)時(shí)，4個(gè)激光傳感器、一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)、一組立體攝像頭和一個(gè)單眼視覺(jué)系統(tǒng)感知周圍的環(huán)境。

　　競(jìng)賽

　　2006年德國(guó)舉辦了歐洲陸地機(jī)器人競(jìng)賽(European Land Robot Trial，簡(jiǎn)稱(ELROB)),德國(guó)的參賽車“途銳”取得了冠軍。該車通過(guò)影像處理尋找道路，周圍景物被處理成3D影像。該車由光學(xué)定向與測(cè)距系統(tǒng)對(duì)收集的信息進(jìn)行導(dǎo)航?jīng)Q策，分析哪里是行人哪里是樹(shù)木。“途銳”自主行駛了90%的賽程，不過(guò)在通過(guò)關(guān)鍵十字路口時(shí)還是靠手動(dòng)駕駛。

　　6飛思卡爾

　　智能車競(jìng)賽

　　“飛思卡爾”智能車競(jìng)賽是由教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦，飛思卡爾半導(dǎo)體公司協(xié)辦的全國(guó)性的比賽。智能車競(jìng)賽所使用的車模是一款帶有差速器的后輪驅(qū)動(dòng)模型賽車，它由大賽組委會(huì)統(tǒng)一提供。比賽要求參賽隊(duì)伍研究并設(shè)計(jì)一款能夠自主辨識(shí)路線并能夠自主行駛的智能車，在專門設(shè)計(jì)的封閉跑道上行駛，跑完整個(gè)賽程用時(shí)越短的參賽隊(duì)伍成績(jī)?cè)胶?。智能車的設(shè)計(jì)要求參賽隊(duì)伍首先對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)有一定的研究和了解，從而設(shè)計(jì)合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)。同時(shí)要求參賽隊(duì)伍自行設(shè)計(jì)控制器系統(tǒng)電路、圖像采集模塊電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、電源模塊電路等多個(gè)部分的電路。在硬件平臺(tái)搭建完成后，參賽隊(duì)伍要對(duì)智能車系統(tǒng)的路線辨識(shí)以及控制算法進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試，為了后期的調(diào)試方便，很多隊(duì)伍還開(kāi)發(fā)了用于調(diào)試的上位機(jī)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(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科交叉的科技創(chuàng)新比賽。隨著賽事的逐年開(kāi)展，不僅使參賽學(xué)生自主創(chuàng)新能力的提高，對(duì)于高校相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平的提升也有一定的幫助。目前，此項(xiàng)賽事己經(jīng)成為各高校展示科研成果和學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑，同時(shí)也為社會(huì)選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新人才提供了重要平臺(tái)。

　　“飛思卡爾”杯智能車競(jìng)賽于2000年在韓國(guó)首次舉辦，我國(guó)于2006年8月舉辦第一屆“飛思卡爾”杯全國(guó)智能車競(jìng)賽，當(dāng)時(shí)吸引了來(lái)自全國(guó)50所高校的112支代表隊(duì)的參與。在2007年的第二屆智能車競(jìng)賽中，來(lái)自全國(guó)26個(gè)省(自治區(qū))、直轄市的130余所院校的242支隊(duì)伍分為5個(gè)賽區(qū)進(jìn)行角逐，比賽場(chǎng)面空前激烈。

　　7發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

　　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(jí)零部件供應(yīng)商主導(dǎo)。

　　二、汽車無(wú)人駕駛技術(shù)在未來(lái)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(duì)車載應(yīng)用軟件(Apps)保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。

　　四、IT和電子消費(fèi)品廠商將更加完善人機(jī)互動(dòng)技術(shù)(HMI)，這將提升消費(fèi)者對(duì)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(fèi)品行業(yè)的5%，在娛樂(lè)互動(dòng)類技術(shù)創(chuàng)新上相對(duì)較弱，但汽車企業(yè)仍然具有較強(qiáng)的談判能力。

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

　　七、未來(lái)僅僅豪華品牌能支持完全獨(dú)立的娛樂(lè)互動(dòng)系統(tǒng)(飛行駕駛艙模式)，但通?？蛻趔w驗(yàn)不是非常好;采用獨(dú)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?cái)?shù)字化的價(jià)值鏈上下游進(jìn)一步延伸不斷創(chuàng)新商業(yè)模式和業(yè)務(wù)類型。