人物在自动驾驶汽车中如何应用传感器技术以实现不同自动化等级

  • 学术交流
  • 2025年04月26日
  • 导语:自动驾驶技术是指通过人工智能、传感器和其他技术实现车辆在没有人为干预的情况下自主行驶的能力。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,使电脑能够在没有任何人类主动操作的情况下,安全地操作机动车辆。 自动驾驶汽车通常分为不同的自动化等级,从L0到L5: L0:无自动化,车辆完全由驾驶员操控,没有任何自动驾驶辅助功能。 L1:驾驶辅助,车辆具备一些基础辅助功能

人物在自动驾驶汽车中如何应用传感器技术以实现不同自动化等级

导语:自动驾驶技术是指通过人工智能、传感器和其他技术实现车辆在没有人为干预的情况下自主行驶的能力。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,使电脑能够在没有任何人类主动操作的情况下,安全地操作机动车辆。

自动驾驶汽车通常分为不同的自动化等级,从L0到L5:

L0:无自动化,车辆完全由驾驶员操控,没有任何自动驾驶辅助功能。

L1:驾驶辅助,车辆具备一些基础辅助功能,如定速巡航和车道偏离预警。

L2:部分自动化,车辆能同时进行横向和纵向控制,如自适应巡航和车道保持辅助。

L3:有条件自动化,在特定条件下车辆可以自動駕駛,但驾驶员需随时准备接管。

L4:高度自動化,在限定区域和条件下車輛完全自動駕駛,无需驾驶员干预。

L5:完全自動化,車輛在任何场景下都能自動駕駛,没有驾驶位也没问题。

自动驾驶汽车的核心技术包括传感器和人工智能。传感器如激光雷达(LiDAR)和摄像头用于感知周围环境,提供路况、障碍物等信息;人工智能则用于决策和控制,确保車輛的安全与高效行使。

惯性传感器,加速度计(加速度计)与角速度陀螺仪作为汽车的“内耳”,多年来一直在汽车安全气囊以及稳定控制系统等应用中执行一些基本任务。它们不需要其他传感器输入,就能独立探测到車輛运动,如一个简单的单轴加速度计可以探测到一台急剧减速开启安全气囊。而更先进的惯性传感器组件由两个正交XY加速度计及一个单轴/双轴角速度陀螺仪组成,它们常用于車輛稳定的控制,而横向、高度加速度及转速决定了是否采取措施以防止侧翻或减少转弯时轮胎打滑。在本质上讲,这些惯性传感器决定了汽油是否能在设定的路径上行进。

现在普通的傳動系統中可用的傳動單元IMU可以測量某个方向上的運動状态,而6DOF IMU(六自由度惯性测量单元),它包含三维空间线性的运动跟踪,以及滚动、俯仰以及偏航旋转跟踪,可以捕获整个vehicle运动状态。这意味着IMU通过精确校准消除温度漂移后,与卡尔曼滤波算法结合,不需要额外信息就能实时跟踪并精确定位vehicle位置。此外,更先进系统会融合轮子速度与角度信息,以帮助卡尔曼滤波算法估计位置,并进一步提高定位精度。

最新一代高级驱动辅助系统(ADAS)与全自动生成(ADAS)需要高精度IMU来预测vehicle运动以确定实时位置。在这些先进系统中IMU数据与GPS接收者甚至视觉检测设备(如激光雷达&摄像头)相结合,不断更新car position然后被输入central计算模块。这类依赖于额外数据输入(如GPS)的INN导航称之为惯性导航(Inertial Navigation System, INS). GPS接收者无法持续提供连续不间断的小范围positioning information,但是通过接受遍布全球卫星信号,可将location 精确至几米左右。一旦对卫星时间误差及大气扩散误差进行校正后,GPS 接收者可利用实时动态(RTK)等算法技术将location 精确至2~4厘米左右.GPS 接收者通常每秒更新一次positioning 信息但是也可达到10Hz~20Hz 来满足快速变化情况下的需求。在最佳路况下,每行10英尺Gps就会更新一次positioning 信息.

然而,当进入隧道或城市中心区时候由于信号遮挡导致GPS失去信号,此時IMU必须推算 vehicle 的位置,以此填补间隔期间缺失数据。此种推理方式越长,其推理结果错误率越高. 通常允许 定位误差范围仅限于10~30 cm;虽然目前军用级别或研究型level IMUs 可以提供这样的性能但价格五万美元以上对于市场来说仍然太昂贵.

为了给市场提供价格合理且有效果的一般用户所使用的地面级别MEMS-based IMUs开发人员必须采用基于MEMS微机电系晶体振荡放大增益amplifier增益放大amp amplify amplifier amplification amplifiers’ MEMS-based 加速計與陀螺儀., price低于100美元,一般用户所承受成本限制内,该产品既符合消费品又适合工业设备应用要求. 下一代MEMS-Based INN Device期待达到L5级别全自动生成应用所需精度水平

尽管如此,即便是一般用户接受基于MEMS微机电系晶体振荡放大增益amplifier增益放大的故障率,但对于CAR Manufacturer而言,对于零部件质量标准要求极其严格,对于使用寿命也有极高要求,这也是未来开发人员挑战的一个方面.

每个人都渴望早日见证这一里程碑式发展成为现实,让我们的道路更加平顺、高效。但是,我们还远未真正理解如何实现这一目标。我们知道这涉及到许多复杂科学问题,比如如何让这些小型机械部件保持准确无误,同时抵抗恶劣天气条件影响;或者如何设计出能够处理大量数据流并做出快速决策的人工智能程序?

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