| 書名: | 智能汽車-XJ傳感與控製 | ||
| 作者: | 李力 | 開本: | |
| YJ: | 72 | 頁數: | |
| 現價: | 見1;CY =CY部 | 齣版時間 | 2016-11 |
| 書號: | 9787111551072 | 印刷時間: | |
| 齣版社: | 機械工業齣版社 | 版次: | |
| 商品類型: | 正版圖書 | 印次: | |
李力
清華大學自動化係副教授、IEEE會士。研究興趣包括智能汽車、智能交通係統、智能傳感和控製。目前擔任IEEE智能交通係統匯刊副主編。
王飛躍
復雜係統管理與控製國傢重點實驗室主任,兼任國防科技大學軍事計算與平行係統技術研究中心主任、中國智能車綜閤技術研發與測試中心主任、中國自動化學會副理事長兼MSZ。曾任IEEE ITS 學會 , I E E E 智能交通係統匯刊( IEEE Transactions on IntelligentTransportation Systems)以及IEEE智能係統 (IEEE IntelligentSystems)主編,並ZD創辦IEEE ITS 雜誌、IEEE計算社會係統匯刊和IEEE智能汽車匯刊。
精彩導讀近20年來,智能汽車(Intelligent Vehicles,IV)的研發投入大幅增長,並應用於海陸空運、軍民兩用及高科技領域,取得瞭巨大成功。智能汽車受到如此多的關注,主要源於其在提升駕駛安全性、效率以及改善人們現代化生活品質方麵的潛在優勢。作為智能交通係統(Intelligent Transportation Systems,ITS)的重要組成部分,智能汽車利用XJ的傳感、通信、計算和控製技術來獲悉駕駛環境與狀態,用以輔助車輛運行、交通控製、服務管理及其他相關事項。此外,諸如普適計算技術、自組織網絡技術、智能空間技術等新興技術的ZX進展也為未來智能汽車的發展帶來新的契機。我們深信:智能汽車行駛在智能道路上,甚至更為廣闊的智能空間中,將是未來智能汽車領域發展的新浪潮。
智能汽車的相關技術發展可追溯到20世紀七八十年代。而地麵智能交通工具(指智能汽車)的概念是在20世紀90年代末逐漸普及的。誠如Little所述,“自本世紀初,伴隨著計算機與信息技術的革命浪潮,無論從用戶交互體驗還是車輛保有量等方麵,機動車都在經曆Z深刻的變革”。認識到智能汽車的重要性以及不將人因因素作為汽車設計核心將會帶來意外的不良後果,美國交通部(Department of Transportation,DOT)展開瞭智能汽車先導(Intelligent Vehicles Initiative,IVI)計劃。該先導計劃旨在加強集成車載係統的發展、普及與應用,幫助貨車、公交車、小轎車的駕駛員提升駕駛安全性與效率。不久之後,1998年頒布的21世紀交通效率法案授權IVI計劃正式成為美國交通部智能交通項目的重要部分。
過去十年,智能汽車領域相關研究由於政府、公眾、車企及車輛産品供應商的高度關注而持續推進。現在,越來越多的研究者和消費者相信智能汽車正是滿足人們對於安全、節能、環保、舒適的交通服務日益增長需求的關鍵要素。然而,對於智能汽車應具備哪些功能、呈現何種形態的問題仍然沒有形成共識。總之,對於智能汽車的定義標準,即何種汽車應D稱為智能汽車,研究者們仍然存在爭論。
美國交通部認為IVI計劃應D至少在以下三種駕駛條件下提升安全性:正常駕駛條件、退化駕駛條件和迫近事故條件。為瞭實現該目標,聯邦智能交通係統項目組給齣瞭智能汽車必須具備的三大係統:衝突避讓係統、碰撞通報係統和輔助駕駛係統。更JQ地說,IVI計劃重點在以下八大功能領域實施:追尾碰撞避讓、換/並道衝突避讓、車道偏離衝突避讓、交叉口衝突避讓、駕車視野提升、車輛穩定性、駕駛員狀態預警和安全警示服務。
全SJ範圍內在上述領域的研究已經獲得瞭諸多成果。Bishop根據智能汽車具備功能的多寡將正在研發的智能汽車分成以下三個等級:a)車內係統可為駕駛員提供輔助或警示服務的功能(衝突預警係統);b)車內係統可獲取車輛的部分控製權,如在平穩狀態下的輔助駕駛或在衝突迫近下的緊急乾預(衝突避讓係統);c)車內係統獲取車輛的全部控製權(車輛自動化)。一般而言,由於衝突避讓的重要性,絕大多數研究者認為一輛所謂的智能汽車應用具備等級a)的功能。根據Dravidam和TosuDglu的估計,15%~20%的交通事故涉及追尾碰撞。而美國國傢公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)的數據顯示,美國88%的追尾碰撞事故是由於駕駛人精力不集中或後車跟車過近造成的。因此,衝突預警係統被認為是智能汽車Z基本的功能。
然而,Bishop同樣指齣,所謂的衝突預警係統本身也是由部分重疊的子功能係統構成的,包括前車衝突預警、障礙衝突預警、追尾衝突預警、自行車/行人衝突預警等。迄今為止,大多數實驗車輛僅能實現上述這些子功能的一部分。圖1.1所示為豐田AHS項目早期設計的智能汽車係統。但一般來說,這些早期的設計方案仍然被稱為智能汽車。
有些研究者卻認為汽車不會實現自動駕駛,Jones將他們的觀點總結如下:
“雖然汽車將會很快實現像駕駛人駕駛一樣引導汽車駛入道路,但WQ沒有駕駛人介入的全自動駕駛車輛可能很難實現大規模的商業生産。”
“新技術是為瞭輔助而不是取代駕駛人”,愛荷華市愛荷華大學公共政策中心人因研究項目組1席專傢Daniel McGehee如是說。他提到給予汽車WQ的自身控製權,將會引發一係列復雜程度類似於“誰應該對一起交通事故負責,是駕駛人還是汽車製造商”的法律糾紛問題。
其餘一些不願透露姓名的汽車傳感和人因研究領域的專傢們則強調智能汽車係統的製造商和經銷商可能需要麵臨承擔嚴重賠償責任的潛在危險。
這種潛在的危險還使得那些曾齣現在電影電視中的汽車隻需要詢問駕駛人目的地J可到達的場景也僅可能局限在電影鏡頭之中。
他們的論斷不無道理,由於各種各樣的原因,全自動駕駛的商業車輛在短期內很難齣現在城市道路中。但智能汽車絕不僅是智能商業汽車。盡管全自動駕駛的車輛很難進入一般領域,但其在特殊領域的製造與應用則越來越多。一個典型的案例J是為瞭響應美國國會和國防部有關加強智能汽車的研發用以在戰場上挽救美國士兵生命的呼籲,DARPA智能車輛挑戰賽應運而生。數十組來自全SJ各地的高校和企業的代錶隊積J參與其中。圖1��2所示為在2004年DARPA挑戰賽上由奧本大學隊設計的自動駕駛汽車。2005年,也有一些全自動駕駛汽車成功通過整個挑戰測試賽。
車輛控製係統主要依賴於放置在各錨點的差分GPS(Starfire)和慣導傳感器來導航路徑,
它利用紅外傳感器(LIDAR)的超聲波傳感器提供路徑跟蹤和障礙避讓功能
全自動汽車在采礦場和駕駛測試場等場閤也得到設計與應用。圖1.3所示是由布倫瑞剋技術大學團隊進行的一次有趣的商業嘗試。這個駕駛機器人Klaus是由德國汽車製造商大眾(Volkswagen)公司研發的,正在駕駛一輛大眾多用途客貨車進行測試。精細的汽車控製係統和傳感技術可檢測周邊道路環境並計算齣閤理的駕駛行為。
智能汽車的概念及其引申內容在過去十年間逐漸發生瞭變化。一方麵從字麵含義看,盡管IVI計劃中僅涉及地麵交通運輸係統,但絕不僅是地麵智能汽車稱為智能汽車,其他水下運輸工具或氣墊船、空中運輸工具都可看作是智能汽車。而另一方麵,智能汽車與智能移動機器之間的概念界綫越來越模糊,一些大型的移動機器有時也被認為是智能汽車。需要指齣的是,嚴格意義上的智能汽車仍然尚待研發。本書僅考慮並討論目前被廣泛接受的地麵智能汽車。然而毋庸置疑的是,由於移動機器人技術已經得到廣泛應用或獲得瞭認可,智能汽車研究者們將會對該領域的成果擇善而從,繼承並擴展許多實用的技術和方法並將其應用到智能汽車領域。
目錄 ◆ 目錄 ◆ 前言 D1章引言我發現這本書的軟件架構部分,其關注點完全集中在實時操作係統(RTOS)的內核調度機製上,特彆是對優先級反轉問題的經典解決方案進行瞭詳盡的數學證明。書中詳細分析瞭任務切換的上下文保存與恢復的開銷,以及中斷延遲對係統穩定性的影響。盡管這些對於任何嵌入式係統都是至關重要的,但它們似乎與高層級的智能算法實現相分離。我翻閱瞭關於“算法部署”的章節,發現它停留在有限狀態機(FSM)的有限狀態轉移層麵,甚至沒有涉及麵嚮對象設計在復雜軟件係統中的應用,更遑論現代汽車軟件開發中廣泛采用的AUTOSAR架構。書中對於軟件模塊間的接口定義和數據流的隔離性的討論,也明顯落後於當前主流的軟件工程實踐。我本想瞭解如何將深度神經網絡模型高效地部署到車載SoC上,關注其量化和剪枝技術,但書中對此領域的關注度近乎為零。這本書更像是一本關於硬實時嵌入式係統基礎的教科書,而非麵嚮新一代智能汽車的軟件工程指南,其對軟件定義汽車的理解顯得相對陳舊和片麵。
评分這本書的排版和圖示風格非常復古,大量使用瞭手繪的電路圖和流程圖,這本身倒也有一種樸實的魅力。不過,其核心內容卻似乎停留在上世紀八十年代的工業控製理論範疇。我翻閱到關於“反饋係統”的章節時,發現其討論的重點是經典的PID控製器的優化與飽和處理,這在今天的智能汽車領域,尤其是在涉及到深度學習驅動的路徑規劃時,顯得有些力不從心。書中反復強調傳統伺服機構的機械精度和液壓係統的響應時間,卻沒有提及任何關於模型預測控製(MPC)在復雜非綫性係統中的應用,更彆提強化學習在優化駕駛策略中的最新進展瞭。我甚至在目錄中找到瞭關於繼電器邏輯設計的詳細章節,這讓我感到睏惑,畢竟現代汽車的控製邏輯早就由微控製器和復雜的軟件棧來主導瞭。閱讀過程中,我不斷地在尋找關於傳感器數據融閤的任何信息,比如卡爾曼濾波如何處理多源異構數據,但收獲的隻有對傳統閉環控製迴路的冗長論述。這本書給我的感覺是,它是一本優秀的老式自動化控製參考手冊,但它對“智能”二字的詮釋,似乎被遺忘在瞭時間的長河裏。
评分這本書的封麵設計頗具匠心,黑底搭配流動的藍色光綫,仿佛在訴說著未來科技的脈動。然而,當我翻開第一頁,映入眼簾的卻是關於量子力學基礎的詳盡闡述,從薛定諤方程的推導到不確定性原理的哲學探討,無不體現齣作者深厚的理論功底。我本以為這是一本麵嚮汽車工程愛好者的入門讀物,可以輕鬆瞭解現代汽車的智能化趨勢,但事實證明,這本書更像是一本高等物理教材的延伸。書中花瞭大量篇幅去解釋晶體管的工作原理和半導體材料的能帶結構,對於一個期待瞭解自動駕駛決策算法的讀者來說,這些內容顯得異常晦澀且與主題關聯性不強。特彆是關於超導磁體的最新研究進展的部分,雖然內容前沿,但對我理解Lidar或Radar的工作機製並無實質性的幫助。我花瞭大量時間試圖在這些復雜的物理公式中找到與“汽車”二字相關的哪怕一點綫索,最終發現,這本書的視角完全聚焦在瞭微觀世界的物理規律上,與我預期中的宏觀係統工程相去甚遠。這不禁讓我對這本書的定位産生瞭深深的疑惑,它更像是一本為理論物理學傢準備的深度專著,而非麵嚮汽車行業讀者的實用指南。
评分這本書的“實操性”部分,重點似乎完全放在瞭高精度機床的運動控製上,而非汽車的動態性能。書中花瞭三章的篇幅來介紹五軸聯動加工的誤差補償算法,詳細到每一個熱脹冷縮係數的修正和刀具路徑的G代碼優化。我試圖將這些知識遷移到汽車的轉嚮和懸掛控製上來,但發現它們之間的耦閤關係和環境約束有著本質的區彆。汽車的控製目標是在動態、非結構化的環境中保持行駛安全和舒適性,這需要強大的實時感知和快速決策能力。而這本書中的案例,幾乎全部是在受控、靜態的環境下進行的精確運動控製。例如,關於伺服電機的電流環和位置環的調試細節被描述得淋灕盡緻,包括如何選擇閤適的PI參數以避免超調,但這些內容與雷達信號處理或是V2X通信協議毫無關聯。我期待看到的是關於車輛底盤動力學模型的建立和仿真,而不是對工業機器人關節控製的深度剖析。這本書的適用範圍似乎更偏嚮於精密機械製造領域,對於汽車工程師而言,它的實用價值顯得非常有限。
评分作者在文本中展現瞭極強的哲學思辨能力,這使得整本書的閱讀體驗更像是在參加一場關於“技術本質與人類認知邊界”的研討會,而非學習一本技術手冊。例如,在討論到“信息熵”時,作者引用瞭大量的後現代主義哲學觀點來探討數據采集的局限性,這固然提升瞭文本的深度,卻也極大地稀釋瞭技術細節的呈現。我尤其注意到瞭一個關於“人機交互的倫理睏境”的章節,它深入探討瞭笛卡爾式的二元論如何影響我們對機器決策的信任度,其論證過程嚴密且富有啓發性。然而,當我急切地想知道如何設計一個能有效處理“滑行”或“急刹”等突發事件的決策樹時,書中給齣的解決方案仍然是基於符號邏輯推理,缺乏對模糊性和不確定性的現代處理方法。這本書的語言風格極為書麵化和學術化,充滿瞭大量的從句和被動語態,使得理解那些復雜的概念需要耗費極大的精力去“解碼”。它更像是一部技術社會學著作,而不是一本專注於工程實踐的書籍。
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