第四百八十七章 汽车自动驾驶系统的研究

星期四的晚上，沈笑夫跟陈老师请了假，第一次到刘红林老师的住地，接受专题辅导。

还好，刘红林老师住的地方并不遥远，坐公共汽车也就十几分钟的路程。

刘红林老师说：

“我们今天来学习汽车自动驾驶系统的研究。

首先，关于汽车自动驾驶研究的意义。

自动驾驶汽车就是无人驾驶汽车，也称为智能汽车。

它是仿人驾驶的，分三步进行：

首先由装在驾驶室的摄像机和图像识别系统辨别驾驶环境。

其次，车载主控计算机和相应的路径规划软件决定是沿车道前进还是换道准备超车。

最后，自动驾驶系统向方向盘、油门和刹车控制器发出动作指令。

20世纪80年代以来，智能控制理论与技术在交通运输工程中越来越多地被应用.

在这一背景下，自动驾驶汽车的提出是十分必然的。

智能汽车是一种高新技术密集的新汽车，是目前主流汽车的换代产品。

随着我国汽车保有量的增加，道路交通拥堵现象越来越严重，每年发生的交通事故也在不断上升，为了更好的解决这一问题，研究和开发汽车自动驾驶系统是很必要的。

而自动驾驶汽车能很好的解决道路拥堵，提高文通系统效率。

有研究表明一个年轻敏捷的驾驶员，通常对各种情况做出及时反应的时间约为500毫秒，自动驾驶系统做出反应的时间不超过100毫秒，安全性更高；

而且还可以将该系统安装在大型货车上，替代疲劳驾驶的司机，可以大大降低事故的发生率。

随普信息技术、计算机技术、先进制造技术等高新技术的迅猛发展，国际上汽车研究设计开发水平在大幅度提高，在我国开展汽车自动驾驶系统的研究，具有特别重要的意义。请问具体体现在哪些方面啊？”

沈笑夫想了想，回答道：

“具体体现在以下几个方面：

一是突破制约我国汽车工业整体跃上新台阶的若干理论与技术基础难题。

二是在“智能汽车”这一新的制高点上，缩小与国际先进水平的差距。

三是在新一代汽车智能汽车领域占有一席之地，并促进智能运输系统研究开发。

四是形成我国自己的智能汽车研究队伍和研究基地，这对于我国意义尤其重大。”

刘红林老师点点头，说：

“嗯！回答不错！

现在我们来看看国内外智能汽车发展现状。

发达国家从20世纪70年代就开始进行无人驾驶汽车研究，目前在可行性和实用性方面，米国和德国走在前列。

米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，米国就提出了自主地面车辆计划，这是一辆 8轮车，能在校园的环境中自主驾驶，但车速不高。

米国其他一些著名大学，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。

2005年，米国国防部大挑战比赛上，由米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驶，整个无人驾驶汽车需要绕过无数的障碍。

在无人驾驶汽车研究方面位于世界前列的还有德国汉堡公司，他们推出了其研制的无人驾驶汽车。

这辆无人驾驶的智能汽车是由德国大众汽车公司生产的帕萨特改装而成的，外表看来与普通的家庭汽车并无两样，但却可以在复杂的城市道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的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’，他们随时‘观察’汽车周围约183米内的道路状况，构建三位道路模型。

除此之外，‘眼’还能识别各种道路交通标识，如车速限制、红绿灯、车道划分、停靠点等，保证汽车在遵守文通规则的前提下安全行驶。

最后由无人驾驶汽车的‘脑’—安装在汽车后备箱上的计算机，将两组数据汇合，分析并根据结果向汽车发出相应的指令。

多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换挡、加速、拐弯、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。

国内智能汽车发展状况你知道吗？”

沈笑夫微微一笑，答道：

“我国在无人驾驶汽车开发方面要比国外稍晚些。

国防科技大学在20世纪80年代开始进行该项技术的研究。

1989年，我国首辆智能小车在国防科技大学诞生。

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，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 76公里，创下国内最高记录。

其智能控制系统主要有部分组成传感器系统，自动驾驶仪系统和主控计算机系统。

近年来，国防科技大学机电工程与自动化学院以及华国第一汽车集团公司联合研发的红旗旗舰无人驾驶轿车，其总体技术性能和借标已达到世界先进水平。

该车装设了摄像机、留达，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、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辨别出道路状况，测量前方的车辆的距离和相对曦度，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、车前情况和自身的行驶状态，决定继续前行还是换道准备超车，相当于驾驶员的大脑；

接着，制动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，操纵汽车按照规划好的路径行驶，起到驾驶员的手和脚的作用。

回答完毕！”

刘红林老师点头道：

“嗯！回答的很好！看来这一块知识掌握的不错！

下面来讨论智能汽车的应用前景和发展方向。

将汽车自动驾驶系统安装在货车上，能有效的缓解司机的疲劳驾驶，同时也能大大的降低事故的发生。

需要指出的是，安装了自动驾驶系统的汽车并非完全不需要驾驶员，只是在需要替代的领域和场合替代驾驶员。

汽车的自动驾驶尤其适合从事旅游、观光、竞赛、竞技、应急救援、为残疾患者服务、长途高速客车、长途货车运输、消防、军事用途，以便发挥可靠高效的安全驾驶性能。

在抗洪抢险、森林消防、清除放射性物质、应急救援的特殊场合中，汽车自动驾驶系统均有重要的应用价值。

在未来的战争中，对敌实施毁灭性打击后，许多地面战斗任务往往难以带人进行操作，要求安装无人驾驶系统，以便通过核生化区、雷区或敌人密集火力封锁地带，去完成运输、攻击、侦察、排雷和救护等任务。

总之对于巩固国防具有重要意义。

无人驾驶汽车的研究，可以归纳为3 个方面高速公路环境、城市环境和特殊环境下的无人驾驶系统。

就具体研究内容而言， 3个方面相互重叠，只是技术的侧重点不同。

一是高速公路环境下的无人驾驶系统。

这类系统将使用在环境限定为具有良好标志的结构化高速公路上，主要完成道路标志线跟踪、车辆识别等功能。

这些研究把精力集中在简单结构化环境下的高速自动驾驶上，其目标是实现进入高速公路之后的全自动驾驶。

尽管这样的应用定位有一定的局限性，但它的确解决了现代社会中最为常见、危险、也是最为枯燥的驾驶环节的驾驶任务。

二是城市环境下的无人驾驶系统。

与高速环境研究相比，城市环境下的无人驾驶由于速度较慢，因此更安全可靠，应用前景更好。

短期内，可作为城市大容公共交通如地铁等的一种补充，解决城市区域交通问题，例如大型活动场所、公园、校园、工业园、机场等。但是，城市环境也更为复杂，对感知和控制算法提出了更高的要求。

城市环境中的无人自动驾驶将成为下一阶段研究重点。

例如，米国国防部大挑战比赛2007年已采用城市环境。

目前这类环境的应用已经进入到小范围推广阶段，但其大范围应用目前仍存在一定困难，例如可靠性问题、多车调度和协调问题、与其它交通参与者的文互问题、成本问题、商业模型等。

三是特殊环境下的无人驾驶系统。

无人驾驶汽车研究走在前列的国家，一直都很重视其在军事和其他一些特殊条件下的应用。

但其关键技术和基于高速公路和城市环境的车辆是一致的，只是在性能要求上的侧重点不一样。

例如，车辆的可靠性、对恶劣环境的适应性是在特殊环境下考虑的首要问题，也是在未来推广应用要重点解决的问题。”