無人駕駛汽車的傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)展望

1、一、無人駕駛汽車傳感器的研究背景和意義一、無人駕駛汽車傳感器的研究背景和意義無人駕駛汽車是人工智能的一個(gè)非常重要的驗(yàn)證平臺(tái)，近些年成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)無人駕駛汽車作為一種陸地輪式機(jī)器人，既與普通機(jī)器人有著很大的相似性，又存在著很大的不同首先它作為汽車需保證乘員乘坐的舒適性和安全性，這就要求對(duì)其行駛方向和速度的控制更加嚴(yán)格；另外，它的體積較大，特別是在復(fù)雜擁擠的交通環(huán)境下，要想能夠順利行駛，對(duì)周圍障礙物的動(dòng)態(tài)信息獲取就有著很高的要求。無人駕

2、駛的研究目標(biāo)是完全或部分取代駕駛員，是人工智能的一個(gè)非常重要的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，同時(shí)也是如今前沿科技的重要發(fā)展方向。當(dāng)前，無人駕駛技術(shù)具有重大的應(yīng)用價(jià)值，生活和工程中，能夠在一定程度上減輕駕駛行為的壓力；在軍事領(lǐng)域內(nèi)，無人駕駛技術(shù)可以代替軍人執(zhí)行偵查、排雷、以及戰(zhàn)場(chǎng)上危險(xiǎn)環(huán)境中的任務(wù)；在科學(xué)研究的領(lǐng)域，無人駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)外星球等極端環(huán)境下的勘探活動(dòng)。無人駕駛車輛技術(shù)，又稱智能車輛，即利用將無人駕駛的技術(shù)應(yīng)用于車輛的控制中。國(guó)外的無人駕駛車輛技

3、術(shù)大多通過分析激光傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)障礙物的檢測(cè)。代表有斯坦福大學(xué)的智能車“Juni”，利用激光傳感器對(duì)跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)幾何特征建模，然后用貝葉斯濾波器分別更新每個(gè)目標(biāo)的狀態(tài)；卡耐基?梅隆大學(xué)的“BOSS”智能車從激光傳感器數(shù)據(jù)中提取障礙物特征，通過關(guān)聯(lián)不同時(shí)刻的激光傳感器數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物進(jìn)行檢測(cè)跟蹤。牛津大學(xué)研制的無人車輛“WildCat”，不使用GPS，使用激光雷達(dá)和相機(jī)監(jiān)控路面狀況。我國(guó)相關(guān)技術(shù)開展較晚，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的自主車

4、“開路雄獅”，采用三維激光雷達(dá)Velodyne作為主要傳感器，將Velodyne獲取的相鄰兩激光數(shù)據(jù)作差，并在獲得的差分圖像上進(jìn)行聚類操作，對(duì)聚類結(jié)果建立方盒模型。無人駕駛車輛是一項(xiàng)融合了認(rèn)知科學(xué)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)與車輛工程等多學(xué)科的技術(shù)，涉及到電子電路，計(jì)算機(jī)視覺，自動(dòng)控制，信號(hào)處理等多學(xué)科技術(shù)。無人駕駛汽車的出現(xiàn)從根本上改變了傳統(tǒng)的“人——車——路”閉環(huán)控制方式，將無法用規(guī)則嚴(yán)格約束的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請(qǐng)出去，從而大大提高了交

5、通系統(tǒng)的效率和安全性，是汽車工業(yè)發(fā)展的革命性產(chǎn)物。二、無人駕駛汽車的傳感器系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)二、無人駕駛汽車的傳感器系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)無人駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)需要大量的科學(xué)技術(shù)支持，而其中最重要的就是大量的傳感器定位。核心技術(shù)是包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制等各個(gè)模塊。其中有幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)模塊，包含精確GPS定位及導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)傳感避障系統(tǒng)、機(jī)械視覺三個(gè)大部分，其他的如只能行為規(guī)劃等不屬于傳感器范疇，差?；鶞?zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶

6、站接收，并且對(duì)其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測(cè)同一組衛(wèi)星的情況。位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在100km以內(nèi)的情況。其原理如圖1所示。高精度的汽車車身定位是無人駕駛汽車行駛的先決條件，以現(xiàn)有的技術(shù)，利用差分GPS技術(shù)可以完成無人駕駛汽車的精確定位，基本滿足需求。圖2差分GPS技術(shù)原理圖四、

7、動(dòng)態(tài)傳感避障系統(tǒng)四、動(dòng)態(tài)傳感避障系統(tǒng)無人駕駛汽車作為一種陸地輪式機(jī)器人，既與普通機(jī)器人有著很大的相似性，又存在著很大的不同。首先它作為汽車需保證乘員乘坐的舒適性和安全性，這就要求對(duì)其行駛方向和速度的控制更加嚴(yán)格；另外，它的體積較大，特別是在復(fù)雜擁擠的交通環(huán)境下，要想能夠順利行駛，對(duì)周圍障礙物的動(dòng)態(tài)信息獲取就有著很高的要求。國(guó)內(nèi)外很多無人駕駛汽車研究團(tuán)隊(duì)都是通過分析激光傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)障礙物的檢測(cè)。斯坦福大學(xué)的自主車“Juni”利用激光