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1、智能车辆全册配套最完整智能车辆全册配套最完整 精品课件精品课件2 智能车辆 主要内容 智能车辆概述 车辆卫星定位原理与应用（GPS+北斗+GLONASS） 现场总线控制技术(CAN、LIN) 车载无线通信技术(GPRS+ZIGBEE+WIFI+UWB) 汽车电控单元设计(MCS51/ARM Cortex) 车辆智能控制单元设计（分组设计、答辩） 考核方法 针对上课讲述的内容查阅资料写相关报告，每 个专题5001000字左右，课程结束前交纸质纸质 材料材料； 分成几个小组（23人/组），设计一个和智 能车辆相关的作品（论文、实物都可以）； 最终成绩：同学互评报告成绩出勤情况。 互评成绩由每个人得

2、分的平均值和给分的方差 构成； 参考资料 v陈慧岩，无人驾驶汽车概论，北京理工大学出版社2014.7 v韦巍，智能控制技术（第2版），机械工业出版社2016.1 v刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法（第2版），科学出版社， 2008.6 vSimon Haykin著，神经网络与机器学习，机械工业出版社，2016.1 v郁磊，MATLAB智能算法30个案例分析（第2版），北京航空航天大 学出版社，215.9 v王建等，汽车现代测试技术，国防工业出版社，2013.5 参考资料 v刘基余编著，GPS卫星导航定位原理与方法（第二版），科学出版社， 2008 v马忠梅，马岩等，单片机的C语言应用程序设

3、计，北京：北京航空航 天大学出版社，1997.3 v日社团法人编，董国良等译，智能交通系统，人民交通出版社， 2000.6 v张守信编著，GPS卫星测量定位理论与应用，国防科技大学出版社， 1996.7 v美赵亦林著，谭国真译，车辆定位与导航系统，电子工业出版社， 1999.4 v刘光云，韩丽斌编著，电子地图技术与应用，测绘出版社，1996.11 vhttp:/ vhttp:/ 智能车辆 北航交通学院 汽车工程系 王建 8 目 录 绪 论 智能车辆研究历史和现状 智能车辆构造和设计 智能车辆主要关键技术 智能车辆电子控制技术 目前智能车辆研究方向 存在问题与发展方向 9 绪论 ITS包括以下七

4、个方面： 先进的交通管理系统（ATMS-Advanced Traffic Management systems） 先进的出行者信息系统（ATIS-Advanced Traveler Information Systems） 先进的公共交通系统（APTS-Advanced Public Transportation Systems） 先进的乡村运输系统（ARTS-Advanced Rural Transportation Systems） 商业车辆运营（CVO-Commercial Vehicle Operation） 自动公路系统（AHS-Automated Highway System） 先

5、进的车辆控制和安全系统（AVCSS-Advanced Vehicle Control 距离分辨率可达0.lm;速度分 辨率能达到10m/s以内. 隐蔽性好、抗有源干扰能力强 ：激光直线传播、方向性好、光束非 常窄. 低空探测性能好：只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物 回波的影响. 激光雷达的特点 135 激光雷达工作时，发射机向空间发射一串重复周期一定的高频窄脉 冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在，那么激光雷达就可以 接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之 间，它将滞后于发射脉冲一个时间，基于此时间差计算距离。 激光雷达的测距 136 如图是激光雷达工作时的俯

6、视扫描面示意图，其中激光雷达为逆时 针扫描。以激光发射器为原点建立坐标系，X 轴定义为水平向右，Y 轴定义为水平向前，Z 轴是按照右手原则确定。 一次扫描可以采集n个激光反射信息(距离、角度和强度信息)。 再通过距离和角度，即可定位每个激光反射点的位置。 激光雷达的位置确定 137 激光雷达的测速 138 各车用传感器比较 种类优点缺点用途 视觉 探测范围广，检测信息量大， 可以遥测等 计算量大，系统实时性差； 易受环境气候等影响；无法 获得深度信息 路径识别与跟踪，障碍 物识别，驾驶员状态监 测，驾驶员视觉增强等 超声波 数据处理简单，快速，价格低 探测波束角过大，方向性差； 分辨率低，作用

7、距离短 近距离障碍物探测 微波 可直接获得距离、速度，气象 适应性好 分辨率较低 障碍物探测，深度信息 获取，测速 毫米波 探测距离远，技术成熟应用较 早；同微波相比，体积小，重 量轻；波束窄，具有更高的分 辨率；带宽大，抗干扰能力强 同微波相比，作用距离较近， 大气传输损耗较大 激光 与视觉相比，可直接获取环境 的三维信息；与雷达相比，方 向性好，体积小，波束窄，成 本低；无电磁干扰；精度高 数据噪声较大，受环境影响 大，距离成像速度较慢 障碍物探测，深度信息 获取，距离成像 红外线 环境适应性好；体积小，重量 轻，功耗低；与超声波相比， 探测视角小，方向性较强，探 测精度有所提高 分辨率低

8、，作用距离短障碍物探测，红外成像， 红外夜视等 139 2014年5月28日谷歌发布了一款自己设计的无人驾 驶汽车。谷歌采用了Velodyne(威力登)公司的车顶激 光测距系统，这一系统使用64个激光，以每分钟900 次的速度发出光束，产生的点云可以提供给汽车360 度的视角。百度无人驾驶汽车车身上，部署了毫米波 雷达、视频等感应器，其车顶还安置了一个体积较大、 价值70万余人民币的64位激光雷达。 激光雷达的应用 LiDAR传感器的高精度扫 描，适用于复杂环境探测， 使得无人驾驶汽车可以在人 车混杂的道路上无限接近 “零事故”驾驶。 廉价的固定光束红外激光雷达 141 倒车雷达(Car re

9、versing aid System)也叫“泊车辅助装置”， 是汽车在停车或者泊车时候的安 全辅助装置，它能够以声音或图 像等直观的方式显示车辆周围的 障碍物情况，可以扩大驾驶者的 视野，帮助驾驶者及时发现车辆 周围的障碍物，提高驾驶的安全 性。 目前，在可视倒车系统中做得出色的当属沃尔沃S80所配备的智能可 视倒车安全系统，采用了一种非常小巧的摄像头，它集成了感光器、数 字信号处理器、放大器、补偿器和电源电路，并采用防振防水设计，防 水能力可以达到在1m深的水下24小时镜头内无雾气。这种摄像头采用了 CCD传感器，成像快，分辨率高，色彩还原逼真，图像清晰，并具有背 光补偿功能，在昏暗的地方也

10、能够清晰地看到汽车周围的物体，有利于 安全地倒车。 智能车辆主要关键技术 142 磁性导航技术 磁性导航技术（AGVSAuto Guided Vehicle System ），利用路面下埋设的磁钉与机器视角相结合，可以 实现车辆的道路跟踪。目前已有商用的磁车道线在使用，有的 正在设置。由于磁钉必须安置于路面下，需要在道路建设时预 先设置，这在某些情况下也限制了这种传感器的使用。 美国和日本在20世纪90年代中期，提出在道路中间铺设 磁块的方式来进行导航，并于1996及1997年在公路上做 过实验。 美国加州进行的PathProgram 项目即是在高速公路上， 采用安装磁性铁钉来实现道路边界的标

11、识 美国明尼苏达州的高速公路自动扫雪车也采用磁性参照 物的导航方式 目前在工业生产中广泛应的AGVS大都采用这种磁性导航 的导航方式。 智能车辆主要关键技术 143 高精度的数字地图和GPS技术 GPS系统也是一种可全天候工作的系统，与数字地 图相结合，可以提供道路曲率、车道外形以及车道边线 等信息，厘米级的GPS还可用于检测车辆的位置， 以便 实现精确的车辆或道路跟踪。GPS系统的不足是在有些 情况下，如当车辆在市区街道行驶， 由于林阴及路边高 层建筑的影响等因素会造成GPS信号丢失，从而影响它 的使用。 法国雷诺汽车公司准备在辅助驾驶系统上应用数字地 图实现车辆导航 美国的DEMO 德国的

12、UBM 智能车辆主要关键技术 卫星定位系统 美国GPS 欧洲Galileo（伽利略卫星导航系统） 俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统) 中国北斗Compass “印度区域导航卫星系统”逐渐成形 日本加紧建造“准天顶卫星系统” 其他定位技术 指南针；罗盘； 独立定位技术：推算定位（Dead Reckoning）是典型的独立定位技术； 地面无线电定位技术（基站三角定位、 以色列ITURAN技术） 以色列 Ituran 147 测量数据处理技术 数据相关和融合技术 不同传感器有不同的特性和不同的使用范围，现在还没 有一种适用于智能车辆使用的全能传感器。另外，单个传感 器的信息都有一定的局限性

13、，根据其作出判断容易产生虚警。 因此，为了提高对目标的识别和估计能力，提高测量的可靠 性，就要利用数据相关技术，对分布在不同位置的多个同类 或异类传感器所提供的局部不完整观察量进行数据融合，从 而消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，充分利用 各传感器数据的互补性，降低量测值的不确定性，确定符合 实际的测量值，形成对系统环境相对一致的感知描述，从而 提高系统决策的正确性。 目前已有人利用激光雷达与毫米波雷达，或毫米波(激光) 雷达与CCD摄象机的信息进行融合处理，实验表明该方法提 高了对目标的探测和跟踪能力以及对目标状态的估计精度。 但是，对一个实际系统而言，增加传感器的数目，在提高 系统

14、的性能的同时也会增加系统的成本，所以必须综合考虑 系统的性价比。 智能车辆主要关键技术 148 滤波估计技术 智能车辆系统在实现车辆行驶智能化时，主要参考的是 各类传感器测量得到的有关己车与前车或障碍物的相对距离、 相对速度、相对减速度等运动学参数的数据，而这些数据在 测量的过程当中由于传感器本身的热噪声、大气干扰和工作 条件扰动等因素的影响，绝大多数都存在测量误差，所以行 之有效的滤波算法对于智能车辆系统性能的发挥和提高起着 非常重要的作用。 Kalman滤波技术自上世纪60年代出现以来，经过众多领 域的实践应用，已显示出了它在解决此类问题上的优势，并 在智能车辆系统各单传感器和融合中心的数

15、据处理中也得到 了广泛的应用。 但是，由于Kalman滤波要求精确已知的模型和噪声统计 特性，而这些条件在实际应用时往往不能事先确定，所以研 究Kalnlan滤波中模型和噪声统计特性的在线自适应方法是该 领域目前的一个研究重点；另外，由于实际应用Kalman滤波 时的量测方程多是非线性方程，而常规的扩展Kalman (EKF： Extend Kalman Fihering)方法有时会导致很大的滤波误差，所 以研究符合实际的非线性滤波方法是该领域的另外一个研究 重点。 智能车辆主要关键技术 149 通信技术 车辆的行驶除与其自身有关外，也受行驶环境的影响，为了安全行 驶，提高道路的利用率，有必要

16、及时将前方路况信息(如交通状况，路 面性能，路面特征等)，前方车辆的运动特征，下一步的动作等通过车 路或车车通信系统及时告诉己车，以便己车及时采取相应的措施。 并且，与传感器的工作状态不同，通信系统的工作不易受环境与气候变 化的影响，可以全天候的工作。 因此，研制和发展简便易行，工作可靠的车路或车车通信系统 是智能车辆系统研究的另一重要方向。 智能车辆主要关键技术 150 智能车辆无线通信系统基本需求如下：智能车辆无线通信系统基本需求如下： 应用环境：室外，大范围空旷地区 通信带宽：保证高速数据通信，足够传输视频数据用于视频安全 监控 移动性：要求系统能保证移动点（智能车辆）的通信连接稳定性

17、多用户需求：通信节点多，包括：智能车辆、车站和视频监控点 通信链路：实现所有通信节点之间一点对一点，一点对多点数据 通信 灵活性：通信节点可以随时进入和退出系统 安全和抗干扰：保证系统通信安全和通信传输抗干扰 智能车辆主要关键技术 151 主要无线通信技术参数比较主要无线通信技术参数比较 智能车辆主要关键技术 152 基于大范围室外环境，可以将红外技术、蓝牙技术排除，其最大传 输距离仅10m左右。 基于通信带宽要求，可以将手机通信技术包括GSM，CDMA排除。 基于多用户需求，可以将主要应用于面向大众服务的，模拟电视传 输技术、无线电传输技术排除，因为他们无法实现通信用户自行开发。 基于灵活性

18、，受国家对无线传输的波段管制，如果需要连入某些特 定网络，必须提出申请或交纳费用。因此模拟电视和数字电视传输技 术不予考虑。 3G、4G业务已经进入市场，由于其主要用于手机增值服务开发，目 前通信成本过大。 而对Wimax技术，目前国家对其并未准入，同时国家考虑将其作为 城际无线网络解决方案，因此政府可能监管其通信波段，因此目前无 法使用。 智能车辆主要关键技术 153 Meshwork技术，是对于智能车辆应用中，最合适的技术手段。 目前已经投入使用的几套智能车辆演示系统，均采用此项技术，作 为系统无线通信解决方案。但是由于此项技术由美国公司开发，用 在美国军方的战场单兵指挥系统之中，因此美国

19、对该技术进行封锁 保密。 WIFI和Zigbee两种技术，满足一定的智能车辆交互系统要求。 WIFI与与Zigbee技术参数比较技术参数比较 比较两种通信技术，WIFI在传输距离和速度上均好于 Zigbee，且移动性移动性强，非常适用于智能车辆实时移动连接 的要求。而且Zigbee属于激活激活/休眠休眠工作方式，在不连接时 的休眠，保证了其功耗急剧降低。但是，对于智能车辆应 用，通信必须实时处在工作状态，因此，其低功耗优势无 法体现。 智能车辆主要关键技术 154 802.11p 802.11p 无线局域网标准，用于智能交通ITS。 已由IEEE于2010 年7月颁布。 IEEE 802.11

20、p（又称WAVE,Wireless Access in the Vehicular Environment）是一个由IEEE 802.11标准扩充的通信协议，主要 用于车载电子无线通信。它本质上是IEEE 802.11的扩充延伸，符 合智能交通系统（ITS，Intelligent Transportation Systems）的相 关应用。应用层面包括高速车辆之间以及车辆与ITS路边基础设施 （5.9千兆赫频段）之间的数据交换。IEEE 1609标准则基于IEEE 802.11p通信协议的上层应用标准。 802.11p将被用在车载通讯（或称专用短距离通讯，Dedicated Short Ran

21、ge Communications，DSRC）系统中，这是一个美国 交通部（U.S. Department of Transportation）基于欧洲针对车辆 的通讯网路，特别是电子道路收费系统、车辆安全服务与车上的 商业交易系统等应用而规划的中长距离继续传播空气介面 （ContinuousAir interfaces - Long and Medium Range，CALM） 系统的计划。该计划最终的愿景是建立一个允许车辆与路边无线 接取器或是其他车辆间的通讯的全国性网络。 DSRC即Dedicated Short Range Communications（专用短程通信技术） nDSRC是

22、一种高效的无线通信技术，它可以实现在特定小区 域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双 向通信，例如车辆的“车-路”、“车-车”双向通信，实时传输 图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机连接。 nDSRC设备的研发是智能交通系统（ITS）研究中的一个重要 课题，广泛地应用在不停车收费、出入控制、车队管理、信 息服务等领域，并在区域分割功能即小区域内车辆识别、驾 驶员识别、路网与车辆之间信息交互等方面具备得天独厚的 优势。 nDSRC技术在智能交通系统中的应用，不断改善和提高人们 的交通出行效率： n建立车-路之间的连接：根据路况情况实时提供优化的驾 驶路线，缓解交通压力。 n建立车

23、-车之间的连接：提示车与车之间的安全距离，提 前预警通行前方的事故，提高交通安全的系数。 迄今为止，DSRC技术比较成熟的两个应用是AVI和ETC。 在AVI应用中的DSRC设备属于射频电子标签（RFID），其主要应用在生 产线货物标识、海关车辆通关、集装箱自动识别等场合。这些情况下， 仅要求AVI设备具有简单的RFID功能。 在ETC应用中，早期的系统多采用记帐方式的后付款模式，也仅仅要求 ETC设备具有简单的读写功能即可，但随着技术的应用和发展，ETC设备 逐渐采用更加灵活、安全和低运营风险的付费方式（例如金融电子钱 包），并逐渐制定出一套为之服务的DSRC标准。 DSRC技术应用 DSR

24、C技术的特点 1通信距离一般在数十米（10m30m）； 2工作频段：ISM5.8GHz、915MHz、2.45GHz； 3通信速率：500kbps/250kbps，能承载大宽带的车载应用信息； 4完善的加密通信机制：支持3DES、RSA算法；高安全性数据传输机制， 支持双向认证及加/解密； 5应用领域宽广：不停车收费、出入控制、车队管理、车辆识别、信息 服务等； 6具备统一的国家标准，各种产品之间的互换性、兼容性强； 7具备丰富的技术支持，产品多样化、专业化。 DSRC技术的特点 158 目 录 绪 论 智能车辆研究历史和现状 智能车辆构造和设计 智能车辆主要关键技术 智能车辆电子控制技术 目

25、前智能车辆研究方向 存在问题与发展方向 159 智能车辆电子控制技术 车辆电子和控制 碰撞避免系统 巡航控制系统 定位导航系统 通信系统 驾驶员视觉增强系统 160 车辆电子和控制 电子控制技术能 够切实提高车辆系统 性能，越来越多的应 用在车辆上，帮助驾 驶员理解驾驶任务、 选择执行驾驶任。 车载电子系统 161 碰撞避免系统 碰撞避免系统作为车辆主动辅助驾驶系统，通过综合 感知驾驶室内外环境，为驾驶员在危险状态下提供及时的 辅助驾驶功能。驾驶员辅助系统可以利用人机界面来实现， 同时也通过对车辆相关控制系统的实时调整来保证行车安 全。 碰撞避免系统包括三 个子系统： 传感器感知子系统： 搜集

26、车辆环境外界信 息 中心处理子系统：评 估交通姿态 输出子系统：通过 DVI界面为驾驶员提供 驾驶信息，通过车辆 系统及时控制车辆， 对车辆的纵向、横向 控制做出调整 碰撞系统示意图 智能车辆电子控制技术 162 巡航控制系统 车辆巡航系统是一个闭环系统，通过感知设备采集的信 息，在计算机精确控制下调整车辆节气门，从而达到在不同 路况下始终保持设定车速的辅助驾驶系统。此外，还具有一 下功能： 加速和行进功能：巡航中改变车速 恢复巡航车速功能：由于要保持适当的车距，或要换 档，巡航功能需随时切换 超速控制功能：应用于带有自动变速器的车辆，特别 是在频繁换档的工况下，可以获得良好的燃油经济性， 并

27、可以降低变速箱的传动噪声 智能车辆电子控制技术 巡航控制系统示意图 163 定位导航系统 智能车辆定位与导航系统是应用自动车辆定位技术、地 理信息系统与数据库技术、计算机技术、多媒体技术和现代 通信技术的高科技综合系统，并能为车辆驾驶员提供下列功 能： 自动车辆定位 行车路线设计 路径引导服务 综合信息服务 无线通信功能 智能车辆定位与导航系统原理框图 智能车辆电子控制技术 164 通信系统 系统目标：要建立智能信息通信整体框架，使驾驶员成为一位“信 息化驾驶员”，能够与其他车辆、道路环境基础设施系统及社会机关之 间进行通信，通过不同的高中低数据传输通信频道，实现局部和大环境 范围的通信任务。

28、 车车通信系统示意图 智能车辆电子控制技术 165 类别类别频率频率应用应用 车车通信66GHz路控、碰撞避免 路车通信5.8GHz路基、停车等 车载雷达7677GHz巡航系统碰撞避免 应用应用频率频率 实时交通数据FM/TV 安全警告220/222MHz、AM 车辆探测220/222MHz、VHF（150/450Hz） AVI/AVL/LMS902/928MHz、5.8GHz 车载设备信号220/222MHz、VHF、特殊频率（800/900MHz） 差分GPSFM 碰撞避免24、60、77、94GHz 欧洲车用频率分布 美国车用频率分布 智能车辆电子控制技术 166 驾驶员视觉增强系统 驾

29、驶员视觉增强系统是车辆的安全系统之一，能够提供在不同气候、 不同时间的视觉增强，通过传感器感知系统来监控道路交通环境，处理 视觉信息而得到实时道路交通状况，并将相关的视觉信息提供给驾驶员， 从而达到智能视觉增强的目的。 信息处理流程图系统结构图 智能车辆电子控制技术 167 驾驶员视觉增强系统的传感器主要是图像传感器，如CCD、远 红外热图像传感器等。为了感知道路状况，图像和数据处理单元将 对采集的图像数据进行处理，运用各种图像增强算法以达到增强视 觉的效果。图像处理完毕，将驾驶信息显示在显示屏上，供驾驶使 用。 驾驶员视觉增强显示屏 智能车辆电子控制技术 168 目 录 绪 论 智能车辆研究

30、历史和现状 智能车辆构造和设计 智能车辆主要关键技术 智能车辆电子控制技术 目前智能车辆研究方向 存在问题与发展方向 169 目前智能车辆研究方向 目前智能车辆的研究方向主要有以下几个方面： 驾驶员行为分析(Driver Behavior Analysis) 主要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，目的是建立各种辅助驾驶模型，为智 能车辆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。 环境感知(Environmental Perception) 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

31、，如车流信息、车道状况信息、周边车辆 的速度信息和行车标志信息等。 极端情况下的自主驾驶(Autonomous Driving On Extreme Courses) 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。 车辆运动控制系统(Vehicle Motion Control Systems) 研究车辆控制的运动学、动力学建模、车体控制等 问题。 170 主动安全系统(Active Safety System) 和被动安全相对比，主动安全系统主要是以防为主，如 研究各种情况下的避障预警、防撞安全保障系统等。 交通监控、车辆导航及协作(Traffic Moni

32、toring，Vehicle Navigation，and coordination) 主要研究交通流诱导等问题。 车车通信(Inter-Vehicle Communications) 研究车辆之间有效的信息交流问题，主要是各种车辆间 的无线通信问题。 军事应用(Military Applications) 研究智能车辆系统在军事上的应用。 系统结构(System Architectures) 研究智能车辆系统的结构组织问题。 先进的安全车辆(Advanced Safety Vehicles) 研究更安全、具有更高智能化特征的车辆系统。 目前智能车辆研究方向 171 目 录 绪 论 智能车辆研

33、究历史和现状 智能车辆构造和设计 智能车辆主要关键技术 智能车辆电子控制技术 目前智能车辆研究方向 存在问题与发展方向 172 存在问题与发展方向 智能车辆研究虽然取得了很大进展，但目前主要还有以下一些技术 需要加以完善： 带有焦点控制功能高速摄像机 德国UBM大学研制的EMS-Vision虽然初步具有可变焦点 控制，但这种可变焦距技术还处于初步状态，功能不完善。 另外，它的速度不高，只有25帧/s。这种情况限制了车辆速 度的进一步提高。德国FIMCS的M.Hillebrand等人使用了一 种基于CMOS电路的高速摄像机，可以达到1000帧/s 这种高 速摄像机对机器视觉将会有很大的促进。 车

34、载计算机的计算能力不足 日本的Masanori Hariyama等提出的立体视觉匹配算法可 较好地实现当前图像与参考图像之间的象素匹配，但在通用 计算机上处理512512的图像需要 600s，这显然不实用，而 采用一种VISI专用处理器，则只需 60ms。因此，对于视觉 处理应该发展专用的处理芯片，以获得实时的效果。需要开 发专用的处理器。 173 高精度的雷达、激光扫瞄仪等障碍探测传感器的价格太 高，影响其普及应用 Hittite Microwave Corporation的Christopher TLyons等人 采用一种GaAs MMIC单片式雷达，安装在一种SOIC的低成本 的封装里。

35、成本大约在150200$，尽管它的预警距离只有 1.5m，但在低速巡航系统中也能发挥出较好地作用。 软件算法还处于一个比较初级的阶段表现 在只能针对某一种情况或几种情况作出判断，当环境有所 改变之后，算法的有效性大大降低。另外，立足于当前硬件的 情况下，如何降低算法对计算机能力的需求也是目前算法研究 的重要任务。 人工智能，特别是人工神经网络在车辆上的应用还有待 于深人研究 美国SA1C的Rosenblum采用神经网络来实现车辆在off- road上的自动驾驶，取得了很好的效果。但神经网络在智能车 辆上的其它应用还不多见，今后应该加强这方面的应用研究。 美国麻省理工学院的N.Oliver等提出

36、了采用图像来分析驾驶员 行驶的模型，德国的P.Faber等人研究对驾驶位置进行监测，以 便更好地利用安全气囊保护作用，这些研究中都用到了人工智 能技术。 存在问题与发展方向 174 从目前世界智能车辆的研究情况与发展方向来看，应该在智能车辆 上关注以下技术： 车辆间的通信协议规范 到目前为止，没有一个汽车生产厂家或研究机构能够独 自提供完整的智能车辆解决方案。不同的车辆之间、车辆 与外界、车辆与人之间的通信规范问题就成为一个值得研 究的课题，这实际上就是要建立一个开放型的人车路 之间的通信协议规范，各种设备提供者就可以根据该规范 设计能够独立工作的设备或模块。 存在问题与发展方向 通用的软件开

37、发平台 随着车辆功能的逐步发展和完善，各种传感器信息的采集与 处理，各种控制算法的设计与实现等软件设计要求会变得十 分复杂。如果能有像Windows一样车载软件系统平台，提供 统一的应用软件接口，将会大大降低系统实现难度 176 各种传感器取长补短 单一传感器有时无法满足实际需要，而复合型传感器价格昂贵，且难 以实现，推广困难。例如：利用超声波、雷达等传感器测距快速便捷的特 点，完成障碍物扫描，确定其大致的方位，然后，利用CCD低成本，高 信息量的特点，在确定的范围之内识别目标类型、轮廓、颜色,文字等信 息。 有人无人驾驶共享现有道路 道路建设一直以来都无法满足日益增长的车辆需要，无人驾驶车辆

38、无 法完全行驶在专用车道，必须能够与现有车辆共享传统道路。 改善视觉算法对环境的适应性 设计可靠、稳定的机器视觉算法所面临的最大困难在于对各种恶劣环境 的适应性。一般的视觉算法无法直接在实际应用中使用，需要一定的假设。 在阴雨雪天气、夜晚等光照条件较差的情况就无法满足。另外，快速运动 对成像的影响应加以考虑，这也是满足系统实时性要求。 存在问题与发展方向 结构化道路的跟踪问题已经基本解决，方法基本成熟，研 究人员的注意力已经开始转向低速复杂的城市交通环境 欧洲最新的CARSENSE计划强调其创新的重点之一就是 “为辅助驾驶系统引入复杂的场景，打开通向密集城市交通 自主驾驶的道路”；戴姆勒奔驰公

39、司也将其研究重点转向了 城市交通，诸如交叉口检测、行人检测、车辆遮挡等问题将 成为新的热点和难点。 从发展的角度，智能汽车将经历两个阶段。 第一阶段是智能汽车的初级阶段，即辅助驾驶； 第二阶段是智能汽车发展的终极阶段，即完全替代人的无人驾驶。 美国高速公路安全管理局将智能汽车定义为以下五个层次： （1）无智能化（层次0）：由驾驶员时刻完全地控制汽车的原始底层结构， 包括制动器、转向器、油门踏板以及起动机。 （2）具有特殊功能的智能化（层次1）：该层次汽车具有一个或多个特殊 自动控制功能，通过警告防范车祸于未然，可称之为“辅助驾驶阶段”。 这一阶段的许多技术大家并不陌生，比如车道偏离警告系统（L

40、DW）、正 面碰撞警告系统（FCW）、盲点信息（BLIS）系统。 智能车辆发展的阶段层次 智能车辆发展的阶段层次 （3）具有多项功能的智能化（层次2）：该层次汽车具有将至少两个原 始控制功能融合在一起实现的系统，完全不需要驾驶员对这些功能进行 控制，可称之为“半自动驾驶阶段”。这个阶段的汽车会智能地判断司 机是否对警告的危险状况做出响应，如果没有，则替司机采取行动，比 如紧急自动刹车系统（AEB）、紧急车道辅助系统（ELA）。 （4）具有限制条件的无人驾驶（层次3）：该层次汽车能够在某个特定 的驾驶交通环境下让驾驶员完全不用控制汽车，而且汽车可以自动检测 环境的变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式

41、，可称之为“高度自动驾驶 阶段”。谷歌无人驾驶汽车基本处于这个层次。 （5）全工况无人驾驶（层次4）：该层次汽车完全自动控制车辆，全程 检测交通环境，能够实现所有的驾驶目标，驾驶员只需提供目的地或者 输入导航信息，在任何时候都不需要对车辆进行操控，可称之为“完全 自动驾驶阶段”或者“无人驾驶阶段”。 180 The End 谢谢！ 无人驾驶汽车 北航交通科学与工程学院 王建 School of Transportation Science 并行口：P0,P1,P2,P3; 中断系统：IE，IP; 定时器计数器：TMOD，TCON，T0， T1（分别由两个8位寄存器TL0和 TH0,TL1和TH

42、1组成）; 串行口：SCON，SBUF，PCON。 ACC：累加器 ACC：累加器，通常用A表示。这是个什么 东西，可不能从名字上理解，它是一个寄 存器，而不是一个做加法的东西，为什么 给它这么一个名字呢？或许是因为在运算 器做运算时其中一个数一定是在ACC中的 缘故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍 后我们将学到指令，可以发现，所有的运 算类指令都离不开它。 B：一个寄存器 2、B：一个寄存器。在做乘、除法时放 乘数或除数，不做乘除法时，随你怎么 用。 PSW：程序状态字 3、PSW：程序状态字。这是一个很重要 的东西，里面放了CPU工作时的很多状态， 借此，我们可以了解CPU的当前状态，并

43、作出相应的处理。它的各位功能请看表. D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0 CYCYACACF0F0RS1RS1RS0RS0OVOVP P PSW （1）CY：进位标志。8051中的运算器是一种8位的运算器，我们知 道，8位运算器只能表示到0-255，如果做加法的话，两数相加可能 会超过255，这样最高位就会丢失，造成运算的错误，怎么办？最高 位就进到这里来。这样就没事了。 例：78H+97H（01111000+10010111） （2）AC：半进位标志。 例：57H+3AH（01010111+00111010） （3）F0：用户标志位，由编程入员决定什么时候用，什

44、么时候不用。 （4）RS1、RS0：工作寄存器组选择位。 （5）0V：溢出标志位。 （6）P：奇偶校验位：它用来表示ALU运算结果中二进制数位“1”的 个数的奇偶性。若为奇数，则P=1，否则为0。 例：某运算结果是78H（01111000），显然1的个数为偶数，所以 P=0。 RS1、RS0：工作寄存器组选择位 RS1RS0工作寄存器组 000组（00-07H） 011组（08-0FH） 102组（10-17H） 113组（18-1FH） RS1、RS0与工作寄存器组的关系 DPTR（DPH、DPL）：数据指针 4、DPTR（DPH、DPL）：数据指针，可以用它来访问外 部数据存储器中的任一单

45、元，如果不用，也可以作为 通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。 DPTR是16位地址寄存器，既可以用于寻址外部数据 存贮器，也可以寻址外部程序存贮器中的表格数据。 DPTR可以寻址64K地址空间。 P0、P1、P2、P3 5、P0、P1、P2、P3：这个，是四个并行 输入/输出口的寄存器。它里面的内容对 应着管脚的输出。 SP：堆栈指针 6. 堆栈介绍：日常生活中，我们都注意到过这样的 现象，家里洗的碗，一只一只摞起来，最晚放上去的 放在最上面，而最早放上去的则放在最下面，在取的 时候正好相反，先从最上面取，这种现象我们用一句 话来概括：“先进后出，后进先出”。 请大家想想，还有什么地方有

46、这种现象？其实比比皆 是，建筑工地上堆放的砖头、材料，仓库里放的货物， 都是“先进后出，后进先出”，这实际是一种存取物 品的规则，我们称之为“堆栈”。 PC IR ID 程序计数器PC 8051的PC是16位的计数 器，其内容为下一条待执行指令的地址， 可寻址范围64K。 指令寄存器IR IR用来存放当前正在执行 的指令。 指令译码器ID ID对IR中指令操作码进行 分析解释，产生相应的控制信号。 P0，P1，P2 P0，P2 地址数据总线或I/O口 P1 只能用作I/O口 P3口的第二功能 I/O口第二功能注 释 P3.0RXD串行口数据接收端 P3.1TXD串行口数据发送端 P3.2INT

47、0外部中断请求0 P3.3INT1外部中断请求1 P3.4T0定时/计数器0 P3.5T1定时/计数器1 P3.6 WR 外部RAM写信号 P3.7RD外部RAM读信号 串行口 8051单片机内部有一个可编程的、全 双工的串行接口。串行收发存贮在特殊功 能寄存器SFR中的串行数据缓冲器SBUF 中的数据，SBUF占用内部RAM地址99H。 但在机器内部，实际上有两个数据缓冲器： 发送缓冲器和接收缓冲器，因此，可以同 时保留收发数据，进行收发操作，但 收发操作都是对同一地址 99H进行的。 定时器计数器 8051内部有两个16位可编程定时器计数器，记为TO和 TI。16位是指它们都是由16个触发

48、器构成，故最大计数 模值为216-1。可编程是指它们的工作方式由指令来设定， 或者当计数器用，或者当定时器用。并且计数（定时） 的范围也可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时 器方式控制寄存器TMOD来完成的。 如果需要，定时器在计到规定的定时值时可以向CPU 发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能。在计数 状态下同样也可以申请中断。定时器控制寄存器TCON 用来负责定时器的启动、停止以及中断管理。 在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟 经过12分频后作为定时器的时钟。计数工作时，时钟脉 冲（计数脉冲）由 T0和 T1（即 P3.4，P3.5）输入。 中断系统 8051的中断系统

49、允许接受五个独立的中断源，即两个外 部中断申请，两个定时器计数器中断以及一个串行口 中断。 外部中断申请通过INT0和INT1（即P3.2和P3.3）输入， 输入方式可以是电平触发（低电平有效），也可以是边 沿触发（下降沿有效）。两个定时器中断请求是当定时 器溢出时向CPU提出的，即当定时器由状态全1转为全0 时发出的。第五个中断请求是由串行口发出的，串行口 每发送完一个数据或接收完一个数据，就可提出一次中 断申请。 8051单片机可以设置两个中断优先级，即高优先级 和低优先级，由中断优先控制寄存器IP来控制。 节电操作方式和掉电操作方式 CMOS型单片机有两种低功耗操作方式：节电操作方 式和掉电操作方式。在节电方式时，CPU停止工作，而 RAM、定时器、串行口和中断系统继续工作。在掉电方 式时，仅给片内RAM供电，片内所有其它的电路均不工 作。 CMOS型单片机用软件来选择操作方式，由电源控制 寄存器PCON中的有关位控制。这些有关的位是： IDL(PCON.0): 节电方式位。IDL=1时，激活节电方式 PD ( PCON.1 ): 掉电方式位。PD=1时，激活掉电方式 GFO ( PCON.2 ): 通用标志位 GFI ( PCON.3 ): 通用标志位 1节电方式 一条将IDL位置1的指令执行后，80C51就进入节电方式。 这时提供给CPU的时钟信号被切断，但时钟信号仍提