智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展及前景

張一賀

摘 要：智能車輛技術(shù)是在智能方面新興的一個研究方向。從八十年代中后期開始，世界上各大國家都成立了自己的研究所，用于研究自己的智能車輛完善自己的技術(shù)。我國因?yàn)樽陨淼臈l件限制，在智能車輛方面的研究比其他國家晚了一些，所以與那些發(fā)達(dá)國家有一定的技術(shù)差距。本文簡要敘述了智能車輛的產(chǎn)生與發(fā)展以及對智能車輛的前景預(yù)測。

關(guān)鍵詞：智能車輛；產(chǎn)生；技術(shù)；發(fā)展；前景

中圖分類號：U469.79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0031-02

1 智能車輛的概念

智能車輛（Intelligent Vehicle，IV）的發(fā)展要追溯到輪式機(jī)器人上，在簡單避障，尋路機(jī)器人的基礎(chǔ)上去粗存精加入了一套智能系統(tǒng)，從而使智能車輛日趨完善，所以許多研究者將智能車輛劃入了輪式移動機(jī)器人的范圍之中。智能車輛的研發(fā)要求是能夠在復(fù)雜的未知的環(huán)境中，識別環(huán)境信息，從而做出最優(yōu)決策，規(guī)劃路徑并且輔助使用者駕駛等，是一個顧及多方面多因素的的綜合智能系統(tǒng)。作為一個軟硬件結(jié)合的研究領(lǐng)域，他對軟件方面，如程序設(shè)計，信息通訊，人工智能等有很高的要求，同時輔以現(xiàn)代傳感器，GPS導(dǎo)航，安全設(shè)備等必要硬件，是典型的高新技術(shù)綜合體。智能車輛致力于讓駕駛員能夠輕松地做到和人機(jī)交流，以及保證在駕駛中的汽車舒適度和安全度。至于如何去達(dá)到符合要求的安全性和舒適性是目前各國重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)中研究的重點(diǎn)，也將成為傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)和傳統(tǒng)汽車工業(yè)增長的新動力。

智能車輛技術(shù)是一個新興的的學(xué)科領(lǐng)域，它融合了自動控制原理，智能控制與專家系統(tǒng)，模式識別，信號與處理，圖像處理技術(shù)，模式識別等各種領(lǐng)域的前沿技術(shù)。智能車輛自身問題的解決和新目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)得益于其他技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步和支持。同時，智能車輛的發(fā)展也緊緊依靠這些領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步。

目前智能車輛的發(fā)展有兩個方向：一是在環(huán)境不復(fù)雜的室內(nèi)，智能車輛具備自動尋路能力，使用小型的實(shí)驗(yàn)車輛在速度不高的情況下行駛。當(dāng)遇到突發(fā)情況時，可以迅速判斷形式并且做出最優(yōu)的方案，改變行進(jìn)方向沿著最優(yōu)的路線前進(jìn)；二是用于室外復(fù)雜的環(huán)境，智能車輛達(dá)到正常車輛行駛的速度，在多變的氣候環(huán)境，路況信息下，利用各種傳感器檢測路況、氣候的變化，以做出相應(yīng)的改變來保證車輛行駛的安全和舒適，這要求程序能夠很快處理傳感器反饋的信息，同時傳感器也要有很高的靈敏度。

2 智能車輛的產(chǎn)生

世界上第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS）可以說是智能車輛的鼻祖或著說最初的雛形。1970年開始，伴隨著人們在集成芯片等領(lǐng)域的研究，計算機(jī)得到了飛快的發(fā)展。因?yàn)闄C(jī)器人和計算機(jī)有著密切的聯(lián)系，所以國外在研究計算機(jī)的同時，也掀起了智能領(lǐng)域研究熱潮。而輪式移動機(jī)器人在那個軍備競爭日趨激烈的年代，以它廣闊的發(fā)展前景和出色的在軍事方面的應(yīng)用成為了研究的熱點(diǎn)。

從八十年代中后期開始，各大研究所對智能車輛的研究都有了長足的進(jìn)步。智能車輛在軍事、民用和科學(xué)研究等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景，也吸引越來越多的商人投入到智能車輛的研究領(lǐng)域。在智能車輛中，對路況的識別和環(huán)境變化的檢測猶如人的雙眼，對路徑的規(guī)劃和最優(yōu)路徑的選擇猶如人之大腦，這兩個方面技術(shù)是智能車輛發(fā)展水平的一個重要標(biāo)志。

3 智能車輛的發(fā)展及現(xiàn)狀

3.1 美國智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀

作為過去乃至現(xiàn)在的第一工業(yè)強(qiáng)國，美國在智能車輛方面的研究一直走在全球的前列。Autonomous Land Vehiclesl41 是美國在DARPA項(xiàng)目資助下的第一臺自動尋路的車輛，這個車輛已經(jīng)初步的預(yù)備了智能車輛的導(dǎo)航路徑規(guī)劃能力。目前DEMOⅢ智能車是美國軍事機(jī)構(gòu)主要的研發(fā)產(chǎn)品，并且配備出色的軍事探測裝備，能夠應(yīng)付多種多樣的戰(zhàn)備環(huán)境。DEMOⅢ智能車擁有一個高清攝像頭，測距用激光、高功率軍事雷達(dá)等多個軍事探測裝備，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下得到最準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)來調(diào)整車輛的運(yùn)行參數(shù)以達(dá)到平穩(wěn)完成任務(wù)的目的，因?yàn)閾碛懈吖β受娛吕走_(dá)，智能車能發(fā)現(xiàn)300英寸范圍內(nèi)的障礙物并及時避障。

3.2 歐洲智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀

德國慕尼黑聯(lián)邦國防大學(xué)與德國奔馳汽車公司研制的智能車、德國的研究技術(shù)部門與大眾汽車公司合作研制了Caravelle智能車、法國帕斯卡大學(xué)（Blaise Pascal University）與雪鐵龍合作研制的Peugeot智能車以及意大利的帕爾瑪大學(xué)（UniversityofParma）研制的ARGO系列智能車等撐起了歐洲智能車領(lǐng)域的尖端技術(shù)。Caravelle主要是依靠視覺技術(shù)來識別路況，車輛裝備了兩個攝像機(jī)來探知前方的道路，將捕捉到的圖片按幀處理，通過高效的圖像處理算法達(dá)到了70ms/幀的速度處理圖像，因?yàn)樽R別算法的高效和迅速，車輛能夠允許以更高的時速安全前行，該車的最高時速為120km/h。相對Caravelle智能車，Peugeot智能車因?yàn)樽陨硇酒母呒啥龋沟密囕v更加簡單輕便，對實(shí)驗(yàn)車幾乎無需任何改裝，經(jīng)過長期在復(fù)雜路況的實(shí)驗(yàn)，該車的速度已經(jīng)可以達(dá)到130km/h。ARGO智能車依靠自身的視覺圖像和傳感器技術(shù)，能夠在平原，丘陵，隧道等不同路面平穩(wěn)行駛。

3.3 我國智能車輛發(fā)展及現(xiàn)狀

我國因?yàn)樽陨淼臈l件限制，在智能車輛方面的研究比其他國家晚了一些，所以與那些發(fā)達(dá)國家有一定的技術(shù)差距。目前在國內(nèi)智能車輛領(lǐng)域里研究的領(lǐng)跑者主要有：清華大學(xué)的THMR-V智能車、國防科技大學(xué)的CITAVT-I和CITAVT-V智能車，吉林大學(xué)的智能車等。THMR-V智能車結(jié)合了視覺技術(shù)、全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)和聲波雷達(dá)等檢測技術(shù)，通過計算機(jī)控制技術(shù)完成智能車的方向，時速，避障等功能，THMR-V智能車在速度上已接近國際先進(jìn)水平，平均速度為100km/h，最高速度可達(dá)150km/h。CITAVT-I和CITAVT-V智能車主要研究在非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下車輛遙控和自主駕駛技術(shù)，在繞城公路上進(jìn)行了自主實(shí)驗(yàn)時車速最高達(dá)到了75.6km/h，已經(jīng)接近CITAVT智能車的速度極限。

反觀上述，充分的暴露出了我國在信息收集和快速處理上的技術(shù)還有很大的不足，與國外已經(jīng)趨于成熟的技術(shù)相比還有很大的差距，但是行駛速度上已經(jīng)達(dá)到了世界前列。除了上面提到的高校，中國還有很多出色的研究機(jī)構(gòu)，如：中南大學(xué)、浙江大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。我國的智能車研究基本上還處于試驗(yàn)研究階段，還沒有成品能夠?qū)嶋H運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中。

4 智能車輛的前景預(yù)測

未來智能車輛的研究方向主要在以下幾個方面更加完善：

（1）完善對駕駛員參數(shù)分析：近期的研究主要是觀察和分析駕駛員在駕駛車輛中的生理和心理狀態(tài)，來分析駕駛員在實(shí)際駕駛中需要的輔助功能從而設(shè)計先進(jìn)車輛和良好的用戶信息交互界面。獲得這些參數(shù)以后，研究員不僅能設(shè)置便捷、簡單的控制界面系統(tǒng)，甚至可以設(shè)計出系統(tǒng)來模擬駕駛員的駕駛能力和應(yīng)變能力。完善的智能車輛駕駛系統(tǒng)不僅能輔助駕駛員做出反應(yīng)和安全行駛，也應(yīng)該在駕駛員第一時間未做出判斷時更快的做出決策，這成為智能車輛的研究重點(diǎn)。同時對駕駛員的頭部加強(qiáng)監(jiān)測能幫助探測和推理駕駛員的疲勞程度，特別是通過頭部位置確定遇險時安全氣囊彈出的正確位置。通過道路情況和駕駛員的心理情況，結(jié)合心理學(xué)分析使駕駛員疲勞的外部因素，利用駕駛員頭部姿態(tài)、眼睛凝視跟蹤以及道路單一性分析組成一個性能良好的駕駛員疲勞檢測系統(tǒng)。法國的一些研究機(jī)構(gòu)研制出能夠判斷司機(jī)精神狀態(tài)的系統(tǒng)，并且通過音樂或光線來輔助司機(jī)改善精神狀態(tài)。該系統(tǒng)用多種傳感器檢測方向盤的轉(zhuǎn)動頻率，油門剎車板上的壓力，車速和遇到緊急情況司機(jī)的反應(yīng)速度。汽車司機(jī)座前方安裝一個紅外線探測儀，用來檢測駕駛員眼皮的眨動。如果駕駛員感到疲勞打瞌睡，眼皮的眨動就會變慢，這時候紅外線監(jiān)測器便會發(fā)出尖銳的警告聲，將司機(jī)從瞌睡中驚醒。法國雷諾已經(jīng)將這項(xiàng)研究成果應(yīng)用到了汽車上。

（2）環(huán)境感知：智能車輛的最終目的是投入使用，而現(xiàn)實(shí)路況的復(fù)雜程度難以想象，不僅是路面問題，還有其他車輛，行人。面對超車，堵車智能車輛要能夠更好的去獲取行駛信息、車流信息和周邊車輛信息等。

（3）特殊情況下的自主駕駛：主要是為了提高對事件突發(fā)的判斷速度和準(zhǔn)確度，在駕駛員的反應(yīng)速度達(dá)到極限仍不能正確處理事件，或者出現(xiàn)了車輛失控超出了駕駛員的個人能力，在這種情況下的自主駕駛也成為了一些機(jī)構(gòu)的主要研究方面。

上述的熱門研究方向，幾乎涵蓋了智能車輛在實(shí)際應(yīng)用中所涉及的各個需求領(lǐng)域，首先是對駕駛員的安全保障作出了研究，包括輔助駕駛、駕駛員狀態(tài)檢測、緊急避撞等。緊接著提出了車輛自主駕駛方面的研究，包括自動駕駛、路徑規(guī)劃、突發(fā)事件決策等。如果從車輛的智能程度和駕駛員駕駛車輛的方式來劃分，剛才我們提到的研究領(lǐng)域主要就是以下的三個大的分支：

1）檢測、報警系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要通過車輛前方路況檢測、車輛周圍信息觀察、行車路徑偏移度報告、危險駕駛行為預(yù)警、事故多發(fā)情況報警等措施有效的提高車輛駕駛的安全性

2）輔助駕駛車輛系統(tǒng)。和上面提到的檢測系統(tǒng)不盡相同，這一部分具有更高級的車輛智能，不僅會檢測路況并反饋給駕駛員，而且當(dāng)駕駛員來不及處理突發(fā)情況時，系統(tǒng)將切斷駕駛員對車輛的控制，自主決策規(guī)劃路徑和處理方案，通過控制行駛方向、行駛速度、扭距等使車輛回復(fù)到安全狀態(tài)。

3）完全的智能車輛控制系統(tǒng)。這里所說的車輛擁有完全的自動駕駛，不需要駕駛員也能應(yīng)對復(fù)雜路況。為了適應(yīng)顯示路況的復(fù)雜性，完全的自動駕駛車輛要能夠解決包括車輛尋路、道路保持、處理其他車輛車距、堵車等待、超車速度變化等方面的問題。

5 結(jié)語

縱觀全球各個研究機(jī)構(gòu)，我國因?yàn)樽陨淼陌l(fā)展起步晚，設(shè)施水平低等原因使得研究的進(jìn)展和發(fā)達(dá)國家有一定差距。在短時間內(nèi)大范圍研發(fā)和投入實(shí)際應(yīng)用還不太現(xiàn)實(shí)。但是智能車輛不論是從它的發(fā)展前景，理論技術(shù)還是從發(fā)展傳統(tǒng)汽車行業(yè)，增大行業(yè)競爭力來看都是很有研究潛力的。盡管現(xiàn)階段智能車距離實(shí)際上路行駛的目標(biāo)還有很大的距離，復(fù)雜的路況、其他駕駛員的駕駛習(xí)慣、車速的多變等都是智能車輛要應(yīng)對的重點(diǎn)和難點(diǎn)。我相信通過對某一技術(shù)的深入研究，我國在世界智能車輛研究上終有一席之地，未來的智能車輛技術(shù)必定會在各個領(lǐng)域發(fā)揮它應(yīng)有的作用。

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