前言
看過007系列電影的人總會羨慕男主角詹姆斯·邦德的那輛無人駕駛汽車，無人駕駛汽車，其實為智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人。智能系統(tǒng)，主要由三部分組成：導航傳感器系統(tǒng)、主控計算機系統(tǒng)和自動駕駛儀系統(tǒng)。車載主控計算機和相應的路徑規(guī)劃軟件根據(jù)導航傳感器系統(tǒng)(相當于駕駛員的眼睛)提供的道路信息、車前情況以及自身的行駛狀態(tài)，決定繼續(xù)前進還是換道準備超車，相當于駕駛員的大腦;自動駕駛控制軟件按照需要跟蹤的路徑和汽車行駛動力學，向方向盤、油門和剎車控制器發(fā)出動作指令，操縱汽車按規(guī)劃好的路徑前進，起到駕駛員的手和腳的作用，從而實現(xiàn)無人駕駛。
發(fā)展史
發(fā)達國家從20世紀70年代開始進行無人駕駛汽車研究，目前在可行性和實用性方面，美國和德國走在前列。我國在無人駕駛汽車的開發(fā)方面要比國外稍晚。國防科技大學從20世紀80年代開始進行該項技術研究。1989年，我國首輛智能小車在國防科技大學誕生。由上海和歐盟科學家合作的中國城市交通中的無人駕駛技術(CyberC3)項目取得了階段性成果，首輛城市無人駕駛車在上海交通大學研制成功，準備在2010年世博會上一展身手。筆者查閱了關于無人駕駛汽車的導航傳感器系統(tǒng)這方面的許多資料，現(xiàn)拿來與大家共饗。
導航技術是無人駕駛汽車行駛的基礎，是“眼睛”。目前常用的技術包括磁導航和視覺導航等。
一、磁導航技術
磁導航是目前最成熟可靠的方案，現(xiàn)大多數(shù)均采用這種導航技術。在道路上埋設一定的導航設備(如磁釘或電線)，通過變換磁極朝向進行編碼，可以向車輛傳輸?shù)缆诽匦孕畔ⅲT如位置、方向、曲率半徑、下一個道路出口位置等信息，從而為汽車指明去向。例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機場和鹿特丹的Park Shuttle系統(tǒng)，上海交通大學的Cyber C3系統(tǒng)，都采用了此技術，在無軌自動伸縮門也有應用。磁導航最大的優(yōu)點是不受天氣等自然條件的影響，即使風沙或大雪埋沒路面也一樣有效。但此系統(tǒng)實施過程比較繁瑣，且不易維護，變更運營線路需重新埋設導航設備。
二、視覺導航技術
視覺導航主要技術是視覺傳感器(CCD攝像機，紅外攝像機)，利用傳感器獲取汽車相對于環(huán)境內的參照物的位置關系(1米-500米)信息。CCD攝像機是首選的 “眼睛”。其核心為電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device)，它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數(shù)轉換器芯片轉換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經過壓縮以后由機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存。CCD上植入許多微小光敏物質，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個光敏物質會將電荷反映在組件上，所有的光敏物質所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。由其制作的攝像機具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。一般為了使拍攝到得景象和肉眼看到的相同，攝像機在鏡頭和CCD之間加裝了一個紅外濾光鏡，其作用就是阻擋紅外線進入CCD,讓CCD只能感應到可見光，這樣就使數(shù)碼攝像機拍攝到的影像和我們肉眼看到的影像相一致了。此攝像機在黑暗及夜間就不易工作了，這樣無人汽車便成了“盲車”。
為解決此問題，需要為車加上“夜眼”──紅外攝像機。紅外攝像機會發(fā)出人們肉眼看不到的紅外光線去照亮被拍攝的物體，紅外線經物體反射后進入鏡頭進行成像，拍攝到了由紅外線反射所成的影像，即此時可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。從而使無人駕駛汽車可在夜間安全行駛。目前大多數(shù)的紅外攝像機都采用LED紅外發(fā)光二級管作為紅外攝像機的主要發(fā)光材料。紅外攝像機具有夜視距離遠、隱蔽性強、性能穩(wěn)定等突出優(yōu)勢，多用在監(jiān)視系統(tǒng)中。目前兩者特性兼?zhèn)涞臄z像機以廣泛應用。
視覺導航的優(yōu)點是不需要對現(xiàn)有的道路結構做變化，并且在混合交通中，也可使用;其缺點為，當風沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標線不清晰時，導航系統(tǒng)會失效。但由于視覺導航對基礎設施的要求很低，被公認為是最有前景的定位方法。
結語
無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的方向，人類在不久的將來會用上智能型無人駕駛汽車。無人駕駛汽車在交通領域的應用，從根本上改變了傳統(tǒng)車輛的控制方式，可大大提高交通系統(tǒng)的效率和安全性。隨著高科技的發(fā)展，我國無人駕駛車輛技術將會不斷發(fā)展，其功能也將更完善，學科內容將會更豐富，產業(yè)化前景更美好。
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