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(2019-2020学年第2学期)



XX理工大学研究生课程论文

课程论文题目：

自动驾驶系统传感器与执行器概述











课程名称

传感器与执行器



课程类别

□学位课 ?非学位课



任课教师

谭某某



***

车辆***



学科专业

车辆工程



姓名

 马凯



学号

***130



提交日期

2020.6.27





自动驾驶系统传感器与执行器概述

马凯

摘 要：自动驾驶是汽车智能化发展的最终方向，激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波传感等传感器是实现自动驾驶的硬件基础。本文主要分析阐述了汽车自动驾驶感知系统中传感器和运动控制系统中执行器的发展现状及原理功能，展望了汽车自动驾驶系统的传感器与执行器的发展趋势。

关键词：自动驾驶；传感器；执行器

0 前言

自动驾驶汽车是依靠人工智能、视觉计算、激光雷达、及监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有人类主动的操作下，自动、安全地操作机动车辆，其主要由环境感知系统、定位导航系统、路径规划系统、速度控制系统、运动控制系统、辅助驾驶系统、中央处理单元、数据传输总线等组成。自动驾驶汽车在传统汽车的基础上扩展了视觉感知功能、实时相对地图功能、高速规划与控制功能，增加了全球定位系统天线、工业级计算机、GPS接收机、雷达等核心软硬件。感知环节通过各种传感器采集周围环境基本信息，是自动驾驶的基础，主要包括激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波传感等。[1]

图1 自动驾驶汽车系统概况

1 感知系统

1.1简述

感知系统以多种传感器捕获的数据以及高清地图的信息作为输入，经过一系列的计算和处理，来预估车辆的状态和实现对车辆周围环境的精确感知，可以为下游决策系统模块提供丰富的信息。[2]感知系统目的包括：①安全性：实时、准确识别周边影响交通安全的物体，应对突发事件，为采取必要操作以避免发生交通安全事故；②通过性：基于自身行驶性能、周边路况和共识规则，能够实时、可靠、准确识别并规划出可保证规范、安全、迅速到达目的地的行驶路径；③经济舒适性：为车辆高效、经济、XX行驶提供参考依据。目前，感知系统主要是利用传感器、定位导航、车联通信V2X，3种技术组合实现上述目的。[3]

1.2 组成与分类

和轮式机器人所需要的传感器相似，自动驾驶汽车所配备的传感器可分为三大类：环境感知传感器，定位传感器，自感应传感器。环境感知传感器利用外部感应传感器感知交通标示、道路状态、天气状况、驾驶员状态、包括其他车辆在内的障碍物状态（位置、速度、加速度等）以及他们未来的状态。环境感知传感器决定了智能汽车与外界环境交互的能力，是自动驾驶汽车的硬件架构基础[4]。环境感知传感器分为自主式和协同式两大类。自主式传感器通常是以电磁波的形式发射能量并测量返回时间以确定距离等参数，现有的自主式环境感知传感器有超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达等。而接受来自车联网或者车路协同网络输出感知消息的则属于协同式环境感应[5], 例如基于光和红外的相机。定位是一台自动驾驶车辆的基础功能，需要告诉车辆相对于全球和本地的精确位置。目前广泛使用的定位方法是利用GPS等外部感应传感器，精度可以从几十米到几毫米不等，具体取决于信号强度和所用设备的质量，精度越高，价格也就相对越昂贵。在市区等复杂路况场景下，所需的定位精度不超过 10cm，如果定位误差过大，那么自动驾驶汽车在城市道路行驶时会由于位置信息不准发生剐蹭 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 S. Department of Transportation，Research and Innovative Technology Administration，ITS Joint Program Office.

[16]NHTSA.Vehicle safety communications project task 3final report：Identify intelligent vehicle safety applications enabled by DSRC［R］. Washington，D.C. U.S.Department of transportation，2005.

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