无人驾驶车辆技术专题研究(3)

2019-01-26 21:35

波传感器作为主传感器,配置以图像、路面传感器等作为辅助传感器来实现对车前障碍物的检测。毫米波雷达安装在车辆前端的中央位置上,激光雷达安装在毫米波雷达的两侧,它们的主要功能是测量本车与前车的距离和前面车辆的方位,并把所测数据传输到防碰撞判断系统;CCD摄象机获得前方车辆和障碍物的图像信息,道路传感器得到路面的状态信息,车况探测系统检测本车的速度、加速度和其他状态信息,所有信息都将被送往防碰撞判断系统。

4.6.2防碰撞判断系统技术研究

防碰撞判断系统由目标识别系统和危险估计系统组成。目标识别系统将毫米波雷达、激光雷达、CCD摄象机等传感器的信息经融合处理后,估计出本车前方距离最近的车辆或障碍物的距离和相对速度,并将此信号传送给危险估计系统。

危险估计系统根据路面状况(湿/干)、本车的状况(如车速、转向角及横向摆动速率)、距前车的距离和相对速度以及司机的反应状况计算出“临界车间距离”,并将实际测量的车间距离与临界车间距离进行比较,在实际测量的车间距离非常接近临界车间距离的某一时刻,报警器发出警告信号。当实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时,自动启动制动控制系统。

4.6.3制动机构控制技术研究

国际公路委员会对驾驶员的反应时间做了调查,结论得出平均值为0.5~3s。若驾驶员的反应时间是1.5s,那么在汽车的车速为40Km/h时,反应时间内汽车

的行驶的距离是16.7m;车速为80Km/h时,行驶的距离将达33.4m。自动制动系统的反应时间远比驾驶员少的多,它的反应距离只有0.5 m。

工作时,防碰撞判断系统不断地根据测出的两车之间的距离、本身的车速、相对车速等有关信息,通过数据处理求出安全距离,并与雷达测出的实际距离相比较。如实测距离小于安全距离时,就发出报警信息,如驾驶员仍未采取措施,且安全距离小于极限安全距离时,系统通过执行机构对汽车的常规制动系统起作用,使汽车减速,当距离超过极限距离时,制动机构又恢复正常。

4.7显示与娱乐系统技术研究

显示与娱乐系统包括底视显示系统、顶视显示系统和控制中心显示系统。底视显示系统显示汽车行驶速度、发动机转速、发动机状态、车门状态 (锁死/ 微开)、燃油状态,还监控转向盘上用来选择合适娱乐工作模式的各按钮状态,顶视显示系统安装于汽车挡风玻璃上,可以为驾驶员传递路况信息、卫星导航信息,控制中心显示系统的液晶显示触摸屏能够为驾驶员提供各种信息界面显示,如电话、温度控制、电视、车辆状态信息、车载移动办公、导航、网站浏览、娱乐等。乘客通过连接在座椅上的通讯接口,也能享受这些功能。

2014年1月,谷歌宣布成立了“开放汽车联盟”(Open Automotive Alliance)。该联盟由技术和汽车公司组成,包括通用、本田、奥迪、现代汽车公司以及芯片制造商英伟达,旨在对谷歌最受欢迎的移动操作系统进行改造,将它应用到汽车中。这些技术公司有机会将它们的产品植入数亿俩汽车中。与此同时,汽车制造商也有机会更新其车辆中的软件,从而打造最先进的娱乐信息系统。

在Linux基础上改造而成的Android,要优于其他软件,因为它在移动设备行业中占有主导地位。亚洲、欧洲和美国的电子设备和电脑供应商,往往会首选Android来测试它们的新零部件。对于汽车制造商来说,使用Android可以让它们接触到更新更好的技术,并降低设备测试的成本。应用程序开发商也倾向于为Android开发应用程序。Google公司于2007年11月发布Android操作系统,是一款建立在Linux系统的手机操作系统平台。它是首个专门为移动终端打造的真正意义上的开源且系统完整的移动平台,而且不存在不同设备上的兼容性问题。有利于开发人员理解平台框架,降低移动终端设备的价格,同时也便于软件的开

发、维护和升级。

4.8信息融合技术

信息融合(Informati on Fusion)又称数据融合(Data Fusion ),是从军事C3I(Command,Control and Communicati on In tegration) 系统中提出的。它与信号处理、计算机技术、概率统计、图像处理、人工智能和自动控制等学科密切相关,是一门新发展起来的多学科交叉的前沿学科。信息融合技术,即利用计算机技术对按时序获取的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、综合,以完成需要的决策和估计任务而进行的信息处理过程。近二十年来,人们提出了多种信息融合模型,其共同点或中心思想是在信息融合过程中进行多级处理。

(1)从信息融合的角度分析智能车系统

智能车系统是一个典型的信息融合系统,其技术的内涵、实现的结构层次与信息融合系统有诸多的相似之处:

①智能汽车的摄像机,微波雷达及GPS装置,但同样要识别出目标(障碍物)的方位、机动特性,并且要对目标状态进行尽量准确的预测预报。另一方面,雷达的性能直接影响作战,而智能车的摄像机、微波雷达及GPS装置也直接影响决策。

②车载决策系统,需要进行态势分析、威胁估计、行动策略的确定等。对这方面的技术要求,智能车系统要超过战场指挥系统,因为战场指挥系统是有人参与的,真正智能的决策是由人类智能完成的,而智能车最终要达到无人驾驶,所以它要集中更多的智能处理技术和实现方法。

③智能车的无线通讯收发装置,完成决策命令下达的功能。 (2)建立基于信息融合的智能车系统模型

多传感器信息融合技术充分利用多个传感器资源,通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用,把多个传感器在时间和空间上的冗余或互补信息依据某种准则进行组合,以获取被观测对象的一致性解释或描述。在信息融合系统中包括四个处理阶段:观测、定向、决策和行动。

(3)信息融合模型研究

信息融合是一种数据综合和处理技术,是许多传统学科和新技术的集成和应

用,如通讯、模式识别、决策论、不确定性理论、信号处理、估计理论、最优化技术、计算机科学、人工智能和神经网络等。近年来,不少学者又将遗传算法、小波分析技术、虚拟技术引入到信息融合。

数据层融合,直接对数据源操作,如加权平均、神经元网络等。主要是通过图像处理和识别以及多传感器集成等技术,得到环境中汽车、人和其他障碍物的位置(得到速度、加速度则更好)预测下一步(或下几步)其位置的变化,从而为决策的形成奠定基础。

特征层的融合,利用对象的统计特性和概率模型进行操作,如卡尔曼滤波、贝叶斯估计、多贝叶斯估计、统计决策理论等。主要是根据环境中形势与已有的知识进行关联,识别现在环境中形势的特征。

决策层的融合,主要是根据各种特征的关联概率,以及该策略的成功概率、风险程度、能量消耗等综合因素,采用基于规则推理的方法(如模糊推理、证据推理、产生式规则等),最后形成一个决策。

4.9高速总线系统

随着智能汽车技术的不断进步,车载应用日益复杂和多样化,如碰撞警告、舒适度控制、信息娱乐系统以及辅助驾驶功能等,新增加的服务使车载网络内部以及车载网络之间保持连接所需要的带宽也日益增长。现有的汽车通讯技术已不能满足智能汽车对高速率和高带宽网络的需求。

(1)CAN总线

CAN(Controller Area Network)控制器局域网,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言,基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性:

网络各节点之间的数据通信实时性强 完成对通信数据的成帧处理 网络内的节点个数在理论上不受限制 各节点之间实现自由通信

结构简单,开发周期短 形成国际标准的现场总线 (2)以太网

随着数据容量、嵌入式存储器和域控制器架构的发展,车上需要新的高速互联接口。基于以太网的通信技术则是一个符合成本效益和可扩展的解决方案,能够支持多个系统和设备,提供高数据传输速率,并且每个端口都拥有自己专属的带宽。以太网用作车载骨干网是很适合的,主要原因是:

增加了带宽选择;

在保持低EMI条件下采用低成本的非屏蔽双绞线; 以太网是技术及市场成熟的网络架构; 已经有很多有经验的技术开发者; 容易与消费电子集成; (3)光纤总线技术

目前的诸多总线技术虽然在一定程度上满足了电子设备信息共享和控制信号传输的需求。但是,这些总线技术解决的问题主要集中在,数据信息的分发和共享,对其它的业务如语音、视频等业务信息仍然在适应以及性能上无法满足车载娱乐系统、安全告警系统等对综合数据业务的互联要求。因此,需要发展光纤总线解决车载平台设备集成时所面临的通讯带宽不足问题。以光纤替代铜缆,一方面可以提高通讯带宽、降低成本恩;另一方面可以提高系统的可靠性,电磁兼容性好。


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