智能汽车关键技术及发展

河 北 工 业 大 学

汽车电子技术

(课程论文)

作 者： 刘鸿伟 学 号： 2

题 目： 智能汽车关键技术及发展趋势

学 院： 机械工程学院

专业班级： 车辆工程 S1547班

指导教师： 张小俊

2016年 06月

智能汽车关键技术及发展趋势

摘 要：随着科学技术的发展，特别是计算机信息技术、人工智能技术的突飞猛进，智能车辆技术有了实现的技术基础。车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势，也是人们对安全性要求越来越高未来汽车的发展方向。本论文将对智能汽车的概念、基本结构和特点进行综述，并对其关键技术及未来的发展趋势等问题作进一步的介绍。

关键词：智能汽车；发展；关键技术

一. 智能汽车概述

所谓“智能车辆”，就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。

智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它指的是利用多种传感器和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。智能汽车首先有一套导航信息资料库，存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施(餐饮、旅馆、加油站、景点、停车场)的信息资料；其次是GPS定位系统，利用这个系统精确定位车辆所在的位置，与道路资料库中的数据相比较，确定以后的行驶方向；道路状况信息系统，由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息，如堵车、事故等，必要时及时改变行驶路线；车辆防碰系统，包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统，控制与其他车辆的距离，在探测到障碍物时及时减速或刹车，并把信息传给指挥中心和其他车辆；紧急报警系统，如果出了事故，自动报告指挥中心进行救援；无线通信系统，用于汽车与指挥中心的联络；自动驾驶系统，用于控制汽车的点火、改变速度和转向等。

通常对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性系统的控制过程。驾驶员既要接受环境如道路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速度等的信息，然后经过判断、分析和决策，并与自己的驾驶经验相比较，确定出应该做的操纵动作，最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况，很容易造成交通事故。

通过对车辆智能化技术的研究和开发，可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆行驶的安全畅通、高效。对智能化的车辆控制系统的不断研究完善，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能，能极大地促进道路交通的安全性。智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷，使得即便在很复杂的道路情况下，也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物，沿着预定的道路轨迹行驶。

1.1 基本结构

从具体和现实的方面来看，智能汽车较为成熟的和可预期的功能和系统主要是包括智能驾驶系统、生活服务系统、安全防护系统、位置服务系统及用车服务系统等，各个参与企业也主要是围绕上述这些功能系统进行发展的。

这其中，各个系统实际上又包括一些细分的系统和功能，比如智能驾驶系统就是一个大的概念，也是一个最复杂的系统，它包括了：智能传感系统、智能计算机系统、辅助驾驶系统、智能公交系统等；生活服务系统包括了影音娱乐，信息查询以及各类生物服务等功能；而像位置服务系统，除了要能提供准确的车辆定位功能外，还要让汽车能与另外的汽车实现自动位置互通，从而实现约定目标的行驶目的。 智能汽车功能结构示意图

智能驾驶系统 智能传感系统

辅助驾驶系统

智能计算系统

智能公交系统

生活服务系统 影音娱乐

信息查询

服务订阅

安全防护系统 车辆防盗

车辆追踪

位置服务系统 位置提示

多车互动

用车辅助系统 保养提醒

异常预警

远程指导

1.2 特点

(1) 高科技

智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人去驾驶，人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了。因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、“大脑”和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。

智能汽车的“眼睛”是装在汽车右前方、上下相隔50厘米处的两台电视摄像机，摄像机内有一个发光装置，可同时发出一条光束，交汇于一定距离，物体的图像只有在这个距离才能被摄取而重叠。“眼睛”能识别车前5——20米之间的台形平面、高度为10厘米以上的障碍物。如果前方有障碍物，“眼睛”就会向“大脑”发出信号，“大脑”根据信号和当时当地的实际情况，判断是否通过、绕道、减速或紧急制动和停车，并选择最佳方案，然后以电信号的方式，指令汽车的“脚”进行停车、后退或减速。智能汽车的“脚”就是控制汽车行驶的转向器、制动器。

(2) 重要标志

无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。可喜的是，智能汽车已从设想走向实践。随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采。

所以，智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统，主要是智能公路的条件还不具备，而在技术上已经可以解决。在智能汽车的目标实现之前，实际上已经出现许多辅助驾驶系统，已经广泛应用在汽车上，如智能雨刷，可以自动感应雨水及雨量，自动开启和停止；自动前照灯，在黄昏光线不足时可以自动打开；智能空调，通过检测人皮肤的温度来控制空调风量和温度；智能悬架，自动根据路面情况来控制悬架行程，减少颠簸；防打瞌睡系统，用监测驾驶员的眨眼情况，来确定是否很疲劳，必要时停车报警，计算机技术的广泛应用，为汽车智能化提供了广阔的前景。

二. 国内外进展及发展现状

2.1国内进展

我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但也取得了阶段性成果。国内中国科学院合肥研究院、清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大学、天津军交学院等都有过无人驾驶汽车的研究项目。特别是北京理工大学和中国科学院合肥研究院，在无人车技术上已取得全国领先的水平，在国内的多个无人车比赛中经常受邀以表演队的身份参加。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。2003年7月，国防科技大学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13Okm，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

THMR—V（TsingHua Mobile Robot V）清华V型智能车是清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院士张钹主持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能。车体采用道奇7座厢式车改装，装备有彩色摄像机和激光测距仪组成的道路与障碍物检测系统；由差分GPS、磁罗盘和光码盘组成的组合定位导航系统等。两套计算机系统分别进行视觉住处处理，完成信息融合、路径规划、行为与决策控制等功能。四台IPC工控机分别完成激光测距信息处理、定位信息处理、通讯管理、驾驶控制等功能。设计车速高速公路为80km/h，一般道路为20 km/h。已能够在校园的非结构化道路环境下，进行道路跟踪和避障自主行驶。汽车的智能化可以减轻驾驶员的疲劳，适应复杂的天气条件，减少交通事故的发生。

2.2国外进展

从20世纪70年代，美欧等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，大致可以分为二个阶段:军事用途、高速公路环境和城市环境。在军事用途方面，早在80年代初期，美国国防部就大规模资助自主陆地车辆ALV （Autonomous

LandVehicle)的研究。进入21世纪，为促进无人驾驶车辆的研发，从2004年起，美国国防部高级研究项目局(DARPA)开始举办机器车挑战大赛(Grand Challenge)。该大赛对促进智能车辆技术交流与创新起到很大激励作用。

2006年德国举办了欧洲陆地机器人竞赛(European Land Robot Trial，简称(ELROB)),德国的参赛车“途锐”取得了冠军。该车通过影像处理寻找道路，周围景物被处理成3D影像。该车由光学定向与测距系统对收集的信息进行导航决策，分析哪里是行人哪里是树木。“途锐”自主行驶了90%的赛程，不过在通过关键十字路口时还是靠手动驾驶。

2.3发展现状

(1) IT巨头与汽车企业采用完全不同的技术路线

2012年8月，谷歌宣布其研发的无人驾驶汽车已经在电脑的控制下安全行驶了30万英里。谷歌无人驾驶汽车依靠激光测距仪、视频摄像头、车载雷达、传感器等获得环境感知和识别能力，确保行驶路径遵循谷歌街景地图预先设定的路线。其装置价格昂贵，大约需30万美元，难以大规模推广应用，其本质符合军用智能车的技术特点。与IT企业不同，沃尔沃、奥迪、奔驰、宝马、丰田、日产、福特等汽车巨头均选择了更具实用性的民用智能车技术路线。在技术装置方面主要采用常规的雷达（厘米波、毫米波、超声波）、相机（立体、彩色、红外）、传感器（雷达、激光、超声波）、摄像机等进行环境感知和识别，通过基于车联网的协同式辅助驾驶技术进行智能信息交互，结合GPS导航实现路径规划，并且更加注重机电一体化系统动力学及控制技术的研发，成本低廉，便于大规模推广应用。汽车厂商和IT 企业们是智能汽车市场上主要的参与者。但它们思路迥异，决定了它们将采取不同的发展路径。

车厂更懂汽车，关注的是车辆自身的安全性适用性，图谋智能汽车技术能最