智能汽车在无人驾驶及自动运行的分析

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  [摘 要]随着社会的发展,自动化在人们的生产生活中已经处于极其重要的地位,其中智能车的发展是自动化和智能化领域较为明显的部分。为了实现大众可以初步的了解和认识自动化大背景下的智能车的目的,本文对于智能车在国内和国际的现状以及目前智能车的发展前景做了详尽的介绍。并且在本文中提了一些关于智能车的模型和智能车的发展趋势,希望可以为智能车的发展提供一些建议和参考。
  [关键词]自动化 控制 智能车
  中图分类号:U492.8 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)11-0120-02
  1、引言:
  1.1智能车发展的背景
  随着社会的不断发展,中国的科技不断地与国际进行接轨。自动化产业是一个比较新型的,而且发展比较快速的产业。在自动化的产业中就智能车我想谈谈我自己个人的想法。中国是一个发展比较快速的国家,但是还是有一些不太成熟的产业,其中汽车产业就是一个相对于发达国家较为薄弱的一个产业。中国的汽车产业发展相对较晚,而且当时中国的经济比较薄弱,生产力发展水平比较低下,没有一个良好的制造汽车的发展背景。如今中国的经济水平显著提高,已经拥有了发展汽车行业的较好的条件,但是在技术上还是处于不太成熟阶段,因此我国需要在技术上加大经济上的支持。
  目前,中国的道路等级在不断的上升,高速公路的发展尤其的突出,不管在高速公路上还是在公路上,汽车的行驶速度是越来越快,这也就是意味着在路上行驶的安全性降低,交通事故发生的概率也在增加。欧洲的一项研究表明,汽车驾驶员在碰撞物体前的0.5s做出反应,可以避免至少60%的追尾事故,30%迎面撞车事故和50%路面相关事故。若是有1s的反应时间则可以减少90%的交通事故。随着时代地的发展而存在的这些问题是不可避免的,因此迫切需要提高智能汽车的性能,来适应时代的发展。智能汽车的发展是大势所趋,这必将打击传统的汽车产业,但是可以很大程度上提高电子信息等新型产业的发展。
  1.2智能车发展涉及到的领域以及使用价值
  小型智能车的研究是为研发智能机器人和智能大型汽车的先行条件。智能小车涉及到许多的领域,比如计算机,电子电路,机械,传感技术,信号的分析和处理以及很多算法的应用,为培养新一代具有创新性和实践性的人才起到不可忽略的作用。智能车不但可以根据已经下载在单片机里面的程序来进行预定的操作,还可以不受人类的主观意志的影响。因为道路上所发生的交通安全事故在很大一部分是取决于认为的因素,无人驾驶智能汽车可以在很大程度上减少因为酒驾,疲劳驾驶所产生的危险。对于智能车的研究不仅仅是对国家的汽车产业有着重要的意义,同时对国家现有的道路进行有效的利用,以减少事故发生和道路拥挤的现象,因此对于研究智能车不仅仅有着潜在的市场价值而且对于人们的生活有着及其重要的现实意义。智能汽车的发展是大势所趋,智能车的发展将会给传统的汽车带来巨大的挑战,但是同时也会为电子信息等新型产业带来很大的机遇。
  2、国内外智能车的研究成果
  在我国国内智能车起步较晚并且现在的技术相比于国际上的一些发达国家不够成熟。但是我国在不断的尝试着智能车的研发。
  我国从上个世纪80年代开始研究无人车的项目。1992年,国防科技大学研制出来了倭国真正意义上的智能车,该智能车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,被安装在一辆面包车上,这辆无人驾驶的智能车可以实现由计算机控制的自行驾驶的功能,实现了汽车的智能化和自动化。随后,国防科技大学又研制出来了第四代无人汽车试验成功,最高时速可达76km。2003年,国防科技大学和中国一汽联合研发出红旗无人驾驶汽车,并且试验成功,最高时速可达130km。此外,清华大学计算机系研发出来THMR-V清华V型智能车,西安交通大学搭建了spring robot智能车实验平台,同济大学研发出了无人驾驶清洁能源电动浏览车。
  国际方面,一些西方国家的智能车研究起步比较早,从20世纪70年代开始,因此研发技术比较发达,成果也相对于我国比较多。美国的卡耐基梅隆大学研发的NavLab-5和boss智能车,NavLab-5智能车是由运动跑车的改装而产生的,在这辆智能车上面有着各种各样的传感器,例如摄像头,GPS导航系统以及雷达等。Boss智能车是卡耐基梅隆和和通用公司合作完成的一辆无人驾驶车。Google在2015年6月的无人驾驶正式开上了美国加州的公路進行测试。美国联邦政府认可Google无人驾驶车的合法地位,内华达州率先向谷歌颁发了许可证,允许谷歌的无人驾驶车可以在一般道路上行驶。英国的牛津大学首次向公众展示了第一辆无人驾驶的汽车野猫,是由Blowler wildcat 4*4改装而成的车,汽车头顶的相机和激光能够收集信息然后及时分析导航,已经成功通过了测试。
  国内外都在积极地研发高性能的智能小车,并且都取得一定的成果。相信在这种环境下,智能车的性能会越发的优越。
  3、智能车的研究及模型
  目前市场上出现了很多类型的智能小车,例如有避障智能小车,寻迹智能小车等等。目前,智能小车的功能已经比较强大,基本上可以实现检测贴片,寻光入库,避崖 等基本功能,它已经可以作为生活中一些实际的汽车,电动车等的微小模型,以便于实现对大型汽车实现模型化。
  其中就寻迹小车我想做一下具体的介绍。在我们的生活中现在随处可见的电动平衡车,它的原理和智能车的两轮自平衡小车有着很强的联系。
  平衡小车对硬件有着极高的要求,这个涉及到力学,机械和电路方面等邻域的知识。对于平衡车它的重心要求低,这样可以实现整个车身随着两个轮子的运动而可以快速的实现加速和转弯。对于平衡车的电路设计也有着极高的要求,单片机根据外界传感器传回来的信号来判断智能平衡小车所处的状态,通过特定的接口输出信号,输出的信号被称之为pwm,pwm还需要通过一个电机驱动电路来实现对电机的驱动。如果直接将单片机对电极的实现驱动不仅仅是驱动能力不够,而且在电机实现转动的时候会形成反向的电流和电动势,从而会烧坏单片机,所以需要一个电机驱动电路来实现对电机的驱动作用,有效的避免了遇到的问题。在力学方面,对于两个轮子的智能车的直立不仅仅需要软件输出的pwm电机的驱动,同样需要结构上的满足,让小车在没有信号驱动的条件下实现简单并且短暂的直立。   智能小车的精华在于对传感器得到的信号的分析和处理。在制作智能车的软件的时候涉及到对信号的处理,对自动控制算法的优化等等。智能小车涉及到的自动控制设计到一些自动控制算法,例如PID算法,鲁棒算法,模糊算法等等。这些算法简单的来说就是单片机根据外界的传感器返回来的值进行分析和处理的代码,从而实现智能车的自动化。简单的PID算法并不能让小车实现准确并且快速的提速和转弯,所以需要对自动控制算法进行优化和拓展,例如模糊PID,串级PID等等。智能直立小车需要通过外界的传感器陀螺仪而实现直立的自动控制,根据编码器实现速度上的控制。智能车的寻迹分为电磁和摄像头等,但是目的都是为了实现快速并且精准的提速和过弯,从而实现在有限的赛道上面将速度发挥到极致,但是必须在稳定的前提下。
  4、智能车的未来发展趋势
  智能车的发展将有助于人类对未来及未知世界的探索。随着国家科技的进步和时代地的发展,很多公司和企业对劳动力有着质量和成本的要求,因此很多的劳动力被替换成了自动化机器人。随着世界人口的不断地增加和环境的恶化,人类迫切的需要开拓新的土地来安置自己以及自己的后代,所以越来越多的地方被人类所发现和探索,但是这些地方的环境以及危险性都是无法预知的,因此需要人工智能化的机器人去代替人类去发现,去探索。
  目前,国际上也正在掀起一股智能汽车设计开发的浪潮,智能车的发展方向是多元性的,智能汽车的发展极具市场潜在价值,这将会导致生产体系和市场份额的重新组合。智能车在行驶的过程中需要利用外在的传感器去获取驾驶人员的状态,道路信息,车辆自身状况,邻近行驶汽车的信息和导航定位信息等等。这些信号在采集的时候被外界的噪声所干扰,需要对这些数据进行分析和处理,从而实现汽车行驶的自动化,使汽车具有自动识别行驶道路,自动驾驶,自动调速等功能。智能车的控制涉及到多元的理论算法,例如模糊控制理论,神经控制理论,专家控制理论以及分层低阶控制理论。这些控制算法的目的是实现智能车的自动化,模仿人类完成汽车的行驶,从而实现车辆的智能化和自动化。但是车辆的行驶的状态比较复杂,要想完全实现车辆行驶的自动化和智能化是非常艰巨的任务。
  智能车发展已经迈开了一大步,相信在不久的将来汽车会以智能化,自动化以及多模式为发展的新趋势。智能汽车实现智能化和自动化是电脑技术和自动控制相结合的产物,而这一伟大的创举将会给人们带来更加舒适,更加方便,更加智能化的生活,是人们的出行更好的实现“安全驾驶,珍爱生命”的警示语。
  5、智能车的意义
  智能汽车的制造和发展将会带动整个传统汽车产业的转型升级,从以前的传统汽车转向智能汽车是实现技术上的智能化。国际上的汽车强国无一不是制造强国,例如德国工业4.0则是将汽车产业作为战略突破口。因此,中国应该紧跟国际强国的脚步努力成为汽车强国,实现汽车产业的成功转型升级。汽车的发展必然会导致尾气排放的增加,从而导致环境的破坏。我国现在的发展目标是五位一体,汽车产业的发展导致的生态环境的恶化,必然与国家的发展战略相违背,因此智能汽车的发展成为了一种必然的趋势,从而实现传统汽车产业的管理模式转型为智能汽车产业的管理模式,以及实现废物利用的环保观念,提高产品的利用率。随着汽车产业的发展,道路上存在着越来越多的隐患,这不管对于行人还是汽车驾驶者都存在着生命上的威胁。研究表明,在智能汽车实现的初级阶段可以减少50%~80% 的道路交通安全事故。智能汽车的发展是突破传统汽车发展瓶颈的重要阶段。随着国家社会的发展,智能汽车必将取代传统的汽车成为道路上汽车的中坚力量。智能汽车的发展可以带动许多产业的发展,例如通讯,能源等产业,智能汽车涉及范围比较广泛,在发展智能汽车的同时可以带动很多不同元素的产业的发展,实现多元化的发展战略。
  但是在憧憬智能汽车发展带来的众多好处时,我们应该意识到智能汽车发展的困难性,意识到在智能汽车发展的道路上还有无限的汗水需要付出,但是只要相信智能汽車的发展是当代的发展趋势,发展方向,是国际发展的潮流,智能汽车必将有着极大的发展空间。
  参考文献
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  作者简介:
  王开亮、1998、男、江苏淮安、汉、本科、自动化
  彭晨旭、1998、男、江苏淮安、汉、本科、自动化
  宋世昌、1997、男、江苏连云港、汉、本科、自动化
  沈帅、1997、男、江苏宿迁、汉、本科、自动化。
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