智能汽车及智能汽车控制系统的研究_龙志军

当前，世界各国的汽车总量在迅速增加，其中我国的增量更是非常明显。越来越多的汽车给城市带来了交通事故增多、道路更加拥挤等一系列问题，为了解决这方面的问题，世界各国的汽车研究者提出了很多的想法，其中把现代高科技与汽车技术相结合，研究智能汽车，成为应对现代城市交通问题最可行的一种先进的解决方案。

智能汽车一直是现代汽车研究领域的热点和难点，伴随着控制理论的发展，越来越多新的控制理论和控制方法被应用于智能汽车的自主循迹控制，这使得如何根据不同的道路环境和行驶工况选择最适合的控制方法成为一门新的课题。目前，许多研究学者将精力大都集中在自主控制型智能汽车上，其借助车载雷达、GPS、惯导与中央控制系统导引车辆实现安全行驶，中央控制系统依据检测到的路况信息发送前行、加速、转向、避让、刹车等各种指令到执行机构，由执行机构完成相应操作。

1智能汽车的特点

智能汽车也称无人驾驶汽车，属于轮式移动机器人的一种，是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多功能于一体的综合系统。智能汽车技术将计算机科学、人工智能、图像处理、模式识别和控制理论等许多领域联系在一起。智能汽车控制系统的研究是一项复杂的系统工程，其中包括机械、传感器检测、电机控制、模式识别、图像分析、信号处理、嵌入式系统等多个学科融合。智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它更多指的是利用GPS 和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。由于智能汽车装有相当于人的“眼睛”“大脑”“脚”的电视摄像机、电子计算机、自动操纵系统之类的装置，所以能和人一样会“思考”“判断”“行走”，既可以自动启动、加速、刹车，还可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的道路交通环境下，根据自

身的运动状态，能随机应变，自动选择最佳方案，控制汽车安全、合法、高效地行驶，从而实现汽车的自动行驶、最优化路径等功能。智能汽车控制系统具有自动跟踪、自动驾驶、自动学习等特点，具有广阔的发展前景。

2智能汽车的发展及智能汽车控制系统的研究

2.1

智能汽车的发展

20世纪80年代初，在西方发达国家中，美国首先提出了研究自动驾驶汽车的计划。但当时技术条件和国际政治环境等因素，自动驾驶汽车的发展还停留在理论上。80年代末，随着世界各国的公路里程的不断加长以及汽车行驶速度的不断提高，出现了高速公路，从而降低了汽车驾驶的难度，使自动驾驶技术的实现难度相对降低。90年代，美国、德国、意大利、日本、韩国等国家在智能汽车方面的研究取得了快速发展。到了2005年，美国还成功主办了一届智能汽车比赛。

我国的智能汽车研究起步较晚，与西方发达国家相比，当前在智能汽车领域的研究成果还有很大的差距，但差距正在逐渐缩短。在“八五”项目中，由国内许多知名大学联合研制的ATB-1是我国第1辆具有无人驾驶功能的智能汽车。该项研究使我国在智能汽车领域的研究上取得了突破性的进展，为后续的研究奠定了基础。“九五”和“十五”期间我国对ATB-1进行了改进和技术升级，成功地开发了ATB-2和ATB-3智能汽车样车。20世纪80年代末，开发了视觉导航无人驾驶智能汽车CITAVT，其中CITAVT-IV 能够在结构化的道路环境下实现自主驾驶，车载图像传感器作为主要判断路径的传感器。1992年—2000年，国防科技大学开发出了总共4代智能汽车，其中最先进的智能汽车的最快时速达到76km/h，创下我国无人驾驶智能车的最快速度。2005年，上海交通大学与欧盟合作，共同研发

摘要：介绍了智能汽车的特点，简述了智能汽车的发展及智能汽车控制系统的研究情况，指出了智能汽车研究设计所需的关键技术。

关键词：智能汽车；特点；控制系统；关键技术DOI：10.3969/J.ISSN.1673—632X.2015.12.04

中图分类号：U461

文献标识码：A

智能汽车及智能汽车控制系统的研究

音龙志军

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用于城市的无人驾驶智能汽车。吉林大学自主研发了“JLUIV系列”视觉导航无人驾驶智能汽车。在后来的研究过程中，无人智能汽车除了加装CCD图像传感器之外，还增加了红外避障传感器和激光传感器，用来实现环境信息获取、路障感知和局部路径识别的功能。西安交通大学通过“Spring-robot 平台”的不断发展，在此平台的基础上自主开发出“夸父一号”“思源一号”2辆样车，这款智能汽车利用激光雷达与视觉模块来实现道路检测、障碍检测和车辆检测等功能。2011年，国防科技大学研发的“红旗HQ3”智能汽车，实现了从湖南长沙到湖北武汉的286km的全路段无人高速驾驶的试验，开创了我国在复杂交通环境下实现无人智能驾驶的新篇章，使我国在智能汽车领域的研究特别是在复杂环境识别、智能行为决策等关键技术上达到了世界一流水平。从2006年至今，由教育部高等院校自动化专业教学指导委员会主办，飞思卡尔公司协办的“飞思卡尔”全国大学生智能汽车比赛，每年超过300多支高等院校的队伍参加，覆盖30个省市。

2.2智能汽车控制系统的研究

智能汽车控制系统通常包括机械系统、硬件系统、软件系统3个部分。下面以博思电子公司的6768型模型车为例，简要介绍智能汽车控制系统。

2.2.1机械部分机械部分主要研究模型车的机械结构，包括前轮、底盘调整、舵机、重心调整等。底盘是等长双横臂式独立悬架，当车轮上下跳动时，车轮平面没有倾斜，而轮距会发生很大变化。由于车轮有很大可能发生侧向移动，所以需要按照汽车基本知识对模型车进行机械结构的调整，如前轮定位调整、车体重心位置调整、转向舵机力臂改造及调试、齿轮传动机构调整。

2.2.2硬件部分硬件部分的研究主要为系统硬件电路的设计，电路主要包括电源稳压模块、舵机驱动模块、电机驱动模块、OV7620外围电路、速度检测模块、K60最小系统、速度挡位电路等。电路系统是智能汽车硬件系统的核心，系统在实物上分为子板（单片机最小系统）、母板（核心控制板）、电机驱动板、光电传感器板、无线通信模块、放电器等部分。舵机负责智能汽车的转向，舵机模块能否稳定工作直接影响到智能汽车在赛道上高速行驶时的稳定性以及转向时的灵敏度和精确度。电机驱动模块为智能汽车的行驶提供动力，它的性能直接影响到后轮电机的控制性能，包括加速、减速与制动等性能。核心控制模块即单片机最小系统，是智能汽车硬件系统的控制核心。K60最小系统包含

3.3V供电、复位电路、晶振电路和I/O端口等组成。最小系统是单片机工作的必要条件，且形成最小系统后不会再改变。电源管理模块是整个系统可靠运行的基础，系统各部分要稳定工作就必须以充足而稳定的电源供给为保障。传感器的灵敏性、精确性和稳定性将直接决定控制效果。

2.2.3软件部分软件部分主要包括路线识别、控制策略、图像采集与图像处理算法、模糊PID算法等。路径识别是整个系统的重要部分，主要用来采集路况信息作为整个系统的信号输入。图像信息采集的好与坏直接影响控制算法的精确度。按照输出信号区分，图像传感器可以分2种类型，一种是输出模拟信号的模拟图像传感器，另一种是直接输出数字信号的数字图像传感器。模拟图像传感器输出的是模拟信号，不能被单片机直接接收，需要一个转换模块，将模拟信号转换成数字信号，之后输入到单片机。根据感光元件的不同，数字图像传感器可以分成CCD摄像头、CMOS摄像头。

3智能汽车研究设计所需的关键技术

在宏观地图中，为了到达某一特定目的地，避免智能汽车盲目行驶，导航是不可或缺的一个环节。在车辆定位导航系统中，数字地图数据库、路径规划和路径引导是3个相辅相成的重要模块。为了实现路径规划和路径引导，首先需要一个数字地图数据库的支持。对于智能汽车，除了数字地图上常见的道路形态和路边环境信息，还需要抽象的道路网络拓扑结构，用于宏观层面上合理的路径规划和微观层面上精确的路径引导。

3.1智能汽车行驶中的导航定位技术

智能汽车导航定位技术是借助环境感知传感器和GPS、组合惯导传感器所采集的数据，来分析判断此刻智能汽车与预设路径及车辆与障碍物之间的相互关系，从而确定智能汽车在大地坐标系中的位置、航姿等信息，这些信息是智能汽车中央控制单元决策控制的基础。智能汽车上常用的环境感知器包括摄像机、激光测距仪、GPS、惯导、里程仪等。

3.2决策控制器的设计技术

智能汽车在对环境进行感知计算分析后，剩余的控制包括行为决策、任务规划等都可以归纳为决策控制。智能汽车决策控制大体从侧向控制系统决策、纵向控制系统决策2个方面进行研究。侧向控

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随着农村城市化进程的加快和地方工业的快速发展，大规模劳动力涌入城市和企业务工，农村空心化现象越来越严重。农业劳动力严重缺乏，老龄农民、兼业农民比例越来越大。土地经营已不再是每家每户农民的主导产业，大批农村劳动力的转移加速了土地流转步伐，推进了土地集约化经营，农村涌现出了一批有为的青年农民。他们以家庭农场的形式、企业化管理的手段，从事农业土地经营，成为现代新型青年农场主。

现代新型青年农场主是社会主义新农村建设的主体，是发展现代农业、推进农业现代化的主力军。他们素质的高低直接关系到农村经济的发展和农村社会全面小康的实现。搞好现代新型青年农场主的培训是一项十分复杂的社会系统工程，也是摆在农业培训机构面前的一项艰巨任务。中卫市在全市新型青年农场主培训中，与时俱进，顺应时代发展要求，在推进工业化、城镇化和农业现代化中高度重视培育新型青年农场主。尤其是2015年，中卫市精心组织、不断创新和完善新型农场主培育工作机制，取得了良好效果，总结和积累了一些成功的经验。

中卫市现代新型青年农场主培训存在的

问题及解决对策

音龙建国张金星

摘要：通过对宁夏回族自治区中卫市近年来实施现代新型青年农场主培训进行调研，分析了存在的问题，并提出了相应的对策和建议，从而为政府部门制定政策提供科学依据。

关键词：青年农场主；培训；措施；成效；问题；对策；建议

DOI：10.3969/J.ISSN.1673—632X.2015.12.05中图分类号：[S-9]文献标识码：A

制系统主要研究智能汽车的追踪能力，控制车辆快速、准确地沿着预设路径安全行驶。纵向控制系统主要研究智能汽车的速度调节能力，控制行驶速度及速度的变化率能平滑地进行调节。

3.3多路传感器数据融合技术

智能汽车只有在可靠、准确的捕获外界环境及车辆自身性能状态信息后，才能控制车辆可靠地行驶。由于任何传感器都不能保证其时刻采集的信息的安全可靠性，所以采用多路传感器数据融合技术是比较有效、可靠的方法。多路传感器数据融合技术利用了传感器之间的互补性，消除了多传感器之间存在的数据冗余现象，降低了智能汽车对外界感知的不确定性，大大地提高了智能汽车控制系统决策的正确性。多路传感器数据融合技术已经成为智能汽车发展的主流趋势。

3.4智能控制技术

人工智能技术与计算智能技术统称为智能技术。对于智能汽车而言，研究的智能技术的关键是自动规划、自动决策和各路传感器的智能，包括数字图像处理、知识库的建立与表达、车辆侧向、纵向智能运动。其中数字图像处理是智能汽车获取环境信息的最直接的方式，是一项关键技术，其研究依据是模拟人类视觉特性，对运动的物体进行检测、跟踪等。

此外，智能汽车控制技术还涉及路径归化、路径最优、控制单元体系结构，这些研究对于智能汽车“认识”复杂的外界环境非常重要。

4结束语

（1）发展智能汽车控制技术，能够提高我国在微电子技术、人工智能、电机控制等新技术领域的技术水平。同时，智能汽车的不断发展能够有效地改善现有的交通拥堵和交通事故频发等社会问题。相信随着智能交通和智能汽车技术的进一步促进和发展，智能汽车在未来智能交通中会担任着重要的角色。

（2）智能汽车是一个涉及多领域的复杂的综合系统，要达到实用的效果，还需要研究者下大力气、做更多的工作。对于硬件，要增强抗干扰能力，解决因摄像头自身精度的差异或其因外部因素丢失数据而影响智能汽车正常运行的问题；对于软件，要进一步优化算法。

参考文献

[1]龙志军,李兵建,李渊,张涵,等.智能汽车控制系统整体设计研究[J].广东白云学院学报,2010,17(4): 60-65.

（作者单位：佛山职业技术学院）

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