智能汽车技术及应用

智能汽车技术及应用智能车辆绪论智能车辆是在电子信息技术和其他高新技术基础上发展起来的，它通过智能系统起到辅助驾驶的作用，使驾驶更为方便，利用多种传感器和智能公路技术实现最终达到无人驾驶。智能汽车的产生与发展：对智能车辆的研究始上世纪世纪五十年代初美国一家公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统。在1974年，瑞典一家轿车装配工厂与Schiinder－Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。.由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。20世纪80年代，伴随着与机器人技术密切相关的计算机。电子、通信技术的飞速发展，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中各种具有广阔应用前景和军事价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注。智能车辆的研究方向：A:驾驶员行为分析：研究驾驶员的行为方式、精神状态与车辆行驶之间的内在联系，建立各种辅助驾驶模型，为智能车辆安全辅助驾驶或自动驾驶提供必要的数据，如对驾驶员面部表情的归类分析能够判定驾驶员是否处于疲劳状态，是否困倦瞌睡等；B.环境感知：主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，如车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息、行车标志信息等；C.极端情况下的自主驾驶：主要研究在某些极端情况下，如驾驶员的反应极限、车辆失控等情况下的车辆自主驾驶；D.规范环境下的自主导航：主要研究在某些规范条件下，如有人为设置的路标或道路环境条件较好，智能车辆根据环境感知所获得的环境数据，结合车辆的控制模型，在无人干预下，自主地完成车辆的驾驶行为。E.车辆运动控制系统:研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等问题；F.主动安全系统：主要是以防为主，如研究各种情况下的避障、防撞安全保障系统等；G.交通监控、车辆导航及协作：主要研究交通流诱导等问题；H.车辆交互通信：研究车辆之间有效的信息交流，主要是各种车辆间的无线通信问题；I.军事应用：研究智能车辆系统在军事上的应用；J.系统结构：研究智能车辆系统的结构组织问题；K.先进的安全车辆：研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。智能车辆的研究范围包括：计算机视觉、计算机视觉导航系统、传感器数据融合。其应用背景有：智能交通系统、导航系统、电子收费系统、智能避撞系统。智能汽车将向信息化、移动互联的方向发展。关键技术智能汽车体系结构的设计：关键在于如何根据智能汽车的性能，划分智能汽车各个功能子系统的问题，这些子系统之间既相对独立，又存在信息流动，它们共同实现全系统的功能。智能汽车的信息采集与处理技术：汽车在行驶过程中，必须得到的信息包括车辆自身状况的信息、道路信息、近邻行驶汽车的信息及导航定位信息等。这些信息一般被外界噪声所干扰，关键是精确、实时、有效地采集到这些信息，并进行处理。智能汽车控制策略的设计：目前，在智能控制领域内，已经提出了模糊控制理论、神经控制理论、专家控制理论、分层递阶控制理论等智能控制方案。所有这些智能控制策略，其核心思想就是模仿人的思维和行动，去完成或部分完成只有人类专家才能完成的控制任务。设计一个“类人”的汽车控制器，是智能汽车控制策略研究中的终极方案。但由于汽车驾驶任务的复杂性，研究设计这种汽车智能控制器的任务是十分艰巨的。智能汽车导驶定位技术：智能汽车作为一种自动或半自动交通工具系统，在行驶过程中，需要时时检测，根据所检测的信息进行避障、导航。所以说，如何选择交通路线、如何识别道路、如何精确实时地确定自己的地理位置、如何记录自己的行车路线等问题，是当前研究的技术热点，而数字导驶技术就是解决这些问题的综合方案。从硬件上讲，车载计算机、控制器、显示器、数字地图、定位系统是必不可少的。智能汽车导航技术目前，在智能汽车应用中比较成熟的导航技术是INS/GPS组合导航系统。在众多组合导航系统中，INS/GPS组合导航系统更是发展迅速，在军用和民用领域均已获得广泛应用，而且愈来愈受到重视。就INS/GPS组合导航系统而言，除了要完成大量的导航解算工作外，还要完成控制、人机接口、与外部系统的通信等功能。由于导航系统对实时性要求较高，采用单片CPU来实现上述功能是不现实的。在研制某弹载INS/GPS组合导航系统时，针对弹载导航系统体积小、重量轻、功耗小的特点，设计了一种嵌入式高速处理系统。该系统采用TI公司的TMS320VC33和TMS320F240组成双DSP系统，即由两个DSP构成一个主从式系统完成相应功能。主从式系统设计的关键是主机与从机之间的数据通信。主从机之间的数据通信主要有串行、并行、DMA及双口RAM四种方式。综合各种通信方式的优缺点，考虑到导航系统实时性高、数据量大的特点，下面主要以双口RAM器件CY7C028作为共享存储器，通过独特的软件分区处理设计有效地实现了导航系统中的主计算机与从微型计算机之间的通信。1.双口RAM芯片CY7C028的内部结构及工作原理：CY7C028是低功耗CMOS型静态双口RAM，可与大多数高速处理器配合使用，无需插入等待状态。采用主从模式可以方便地将数据总线扩展成32位或更宽。其内部功能框图如右图1所示。双口RAM芯片CY7C028作为一种性能优越的快速通信器件，对大多CPU的高速数字系统中非常适用。其特点是：提供两套完全独立的数据线、地址线、读写控制线，允许两个CPU对双端口存储器同时进行操作；具有两套完全的中断逻辑，用于实现两个CPU之间的握手信号;具有完全独立的忙逻辑，可保护两个CPU对同一地址单元进行正确的读写操作。为了避免两个CPU对同一地址单元进行访问时由于地址数据争用而造成的数据读写错误，CY7C028主要提供了以下几种工作方式：A.硬件判优方式：双口RAMCY7C028具有解决两个处理器同时访问同一地址单元的硬件仲裁逻辑。在双口RAM的两套控制线中，各有一个BUSY引脚。当两端的CPU不对双口RAM的同一地址单元存取时，可正常存储;当两端的CPU对双口RAM同一地址单元存取时，哪个端口的存取请求信号出现后，则禁止其存取数据;在无法判定两个端口存取请求信号出现的先后顺序时，控制线只有一个为低电平。这样，就能够保证对应于BUSY=H的端口能进行正常存取，对应于BUSY=L的端口不能存取，从而避免了两个CPU同时竞争地址资源而引发错误的可能。B.中断判优方式：中断判优方式又称邮箱判优方式。CY7C028具有两套中断逻辑，通过两个INT引脚分别接收到两个CPU的中断引脚上，以实现CPU的握手。在双口RAM的数据传送中，两端的CPU都把双口RAM作为自己存储器的一部分。当两个CPU需要数据传送时，假设左端CPUL向右端CPUR传送，首先CPUL将需要传送的数据存放到双口RAM某段约定的地址单元中，然后向双口RAM的最高奇地址单元0xFFFF即右端口的邮箱进行写操作，用以向CPUR发出一个中断，这样CPUR就进入其相应的中断服务子程序，将约定地址单元的数据读出，然后对双口RAM右端口的邮箱进行写操作，用以清除该中断。C.令牌判优方式：令牌判优方式是一种快速数据交换方式。在此方式中有信令锁存逻辑，CY7C028内部提供了八个相互独立的锁存逻辑单元，最多可将RAM空间分成八个区段。这些锁存逻辑单元独立于双口RAM存储区，并不能控制RAM区、封锁两端CPU的读/写操作，而是被作为命令，只提供指示逻辑，由两端CPU按约定的规则，轮流地占用它们划定的RAM区，各区的大小及地址由软件自由设定，且左右端操作完全一样，只要不超过令牌的限制次数即可。当左右端同时申请同一令牌时，令牌逻辑裁定谁先占用，从而保证只有一个端口获取令牌。而在占用令牌期间，CPU可以按最高速无等待存取数据，这对实现高速、多CPU数据采集与处理系统无疑是非常有利的。但是，为了避免令牌方式争用出错，应尽可能使两端CPU分时占用同一RAM区。2.双口RAM在组合导航系统中的应用：A：系统总体设计：导航系统的主要任务是测量载体的即时位置速度、方向参数，具有实时性高、运算量大等待点。因此在导航系统中，计算机设计是系统设计的关键之一。在INS/GPS组合导航系统中，导航计算机的任务主要有三类：(1)数据采集，包括采集惯性测量单元元件输出信号，接收外部系统校正信息，如GPS输出信息、初始位置信息等。(2)数据处理与运算，包括惯性测量元件的误差补偿、初始对准、导航参数解算、组合导航算法实现等。(3)输出导航数据及系统状态量，包括输出导航参数以及与其它设备交换信息等。所有这些任务，如果都由一个CPU来完成，那么CPU在进行运算的同时，还要兼顾系统控制和数据输入输出，并响应频繁的中断，必然降低系统运行效率。所以，为了兼顾系统运行效率，减轻导航计算机负担，设计一种以TMS320VC33为主机和以TMS320F240为接口机的双DSP主从式系统。系统总体结构如图2所示。主机TMS320VC33主要用来定时采样陀螺、加速度计的数据，并完成姿态阵计算、组合系统卡尔曼滤波器计算等导航解算。接口机TMS320F240主要完成系统相关状态的检测/控制，与GPS接收机、弹载计算机及其它外设的通信等任务。主机和接口机之间的通信利用双口RAMCY7C028实现。量化器模块主要是将加速度计输出的电流信号转换成主机可直接读取的数字量。此外，由于TMS320VC33和TMS320F240的串口资源有限，无法满足系统需要，系统中采用EXAR公司的ST16C554进行相应的串口扩展。此外，谷歌和福特两家公司正联手开发能预测目的地及设计最佳行车路线的高科技智能汽车。据悉，福特将利用谷歌PredictionAPI软件开发智能汽车导航系统，这种系统能通过司机以前去过的地方智能判断的目的地，这是汽车行业与硅谷企业携手打造未来派汽车的最新案例，同时表明科技行业对汽车行业越来越感兴趣，微软、思科和IBM都在开发与汽车相关的新技术。简单地说，谷歌的这套PredictionAPI软件能给现有云端数据集提供模式匹配功能，令其可以“预测”当前事件的潜在后果。一旦采用这款软件，汽车就能有效地从司机驾驶行为中获取经验，做出相适应的判断。从理论上讲，如果司机选择使用这项服务，车载电脑便会自动生成驾驶数据——驾车去过的地方、时间和路线的加密记录，并根据你的驾驶行为做出智能调整。最终，汽车会“记住”你驾车去过的地方和路线。借助于大量的云信息，该系统可以通过谷歌Prediction搜索引擎分析海量数据，提前“感知、预测”司机的潜在目的地，然后给出最理想化的路线让司机选择，以避免堵车和其他问题。这种智能汽车目前仍处于初级研发阶段，但福特会在已经收集两年的内部驾驶数据中采用谷歌PredictionAPI软件。几乎可以肯定的是，再需要几年时间，大量的汽车将会配备这种技术。我坚信，未来智能汽车中所应用的导航技术会越来越成熟。未来的汽车产业将发生翻天覆地的变化。将来的产业链将不再以汽车制造商为中心，而逐渐向汽车电子设备提供商，软件厂商和通信运营商转移。汽车电子设备提供商和软件厂商很可能会整合在一起，出现兼具软硬件优势的超大型企业，它将通过为智能汽车提供综合性的解决方案而成为将来智能汽车产业链的中心。从现在的以汽车制造商为中心，逐渐过渡到汽车制造商，汽车电子设备商，软件厂商，通信运营商等多市场主体平等共同参与，再进一步发展到以提供综合性解决方案的大型智慧型企业为中心，智能汽车产业格局将上演一场精彩的“三重奏”。心得体会智能汽车技术与应用这门选修课让我了解了智能汽车中所应用的基本技术，例如：智能汽车上装载的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统相当于人类的眼睛、大脑和脚。这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的“大脑”能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。在有的智能汽车中还装载有智能雨刷、智能