| 书名: | 智能汽车-XJ传感与控制 | ||
| 作者: | 李力 | 开本: | |
| YJ: | 72 | 页数: | |
| 现价: | 见1;CY =CY部 | 出版时间 | 2016-11 |
| 书号: | 9787111551072 | 印刷时间: | |
| 出版社: | 机械工业出版社 | 版次: | |
| 商品类型: | 正版图书 | 印次: | |
李力
清华大学自动化系副教授、IEEE会士。研究兴趣包括智能汽车、智能交通系统、智能传感和控制。目前担任IEEE智能交通系统汇刊副主编。
王飞跃
复杂系统管理与控制国家重点实验室主任,兼任国防科技大学军事计算与平行系统技术研究中心主任、中国智能车综合技术研发与测试中心主任、中国自动化学会副理事长兼MSZ。曾任IEEE ITS 学会 , I E E E 智能交通系统汇刊( IEEE Transactions on IntelligentTransportation Systems)以及IEEE智能系统 (IEEE IntelligentSystems)主编,并ZD创办IEEE ITS 杂志、IEEE计算社会系统汇刊和IEEE智能汽车汇刊。
精彩导读近20年来,智能汽车(Intelligent Vehicles,IV)的研发投入大幅增长,并应用于海陆空运、军民两用及高科技领域,取得了巨大成功。智能汽车受到如此多的关注,主要源于其在提升驾驶安全性、效率以及改善人们现代化生活品质方面的潜在优势。作为智能交通系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的重要组成部分,智能汽车利用XJ的传感、通信、计算和控制技术来获悉驾驶环境与状态,用以辅助车辆运行、交通控制、服务管理及其他相关事项。此外,诸如普适计算技术、自组织网络技术、智能空间技术等新兴技术的ZX进展也为未来智能汽车的发展带来新的契机。我们深信:智能汽车行驶在智能道路上,甚至更为广阔的智能空间中,将是未来智能汽车领域发展的新浪潮。
智能汽车的相关技术发展可追溯到20世纪七八十年代。而地面智能交通工具(指智能汽车)的概念是在20世纪90年代末逐渐普及的。诚如Little所述,“自本世纪初,伴随着计算机与信息技术的革命浪潮,无论从用户交互体验还是车辆保有量等方面,机动车都在经历Z深刻的变革”。认识到智能汽车的重要性以及不将人因因素作为汽车设计核心将会带来意外的不良后果,美国交通部(Department of Transportation,DOT)展开了智能汽车先导(Intelligent Vehicles Initiative,IVI)计划。该先导计划旨在加强集成车载系统的发展、普及与应用,帮助货车、公交车、小轿车的驾驶员提升驾驶安全性与效率。不久之后,1998年颁布的21世纪交通效率法案授权IVI计划正式成为美国交通部智能交通项目的重要部分。
过去十年,智能汽车领域相关研究由于政府、公众、车企及车辆产品供应商的高度关注而持续推进。现在,越来越多的研究者和消费者相信智能汽车正是满足人们对于安全、节能、环保、舒适的交通服务日益增长需求的关键要素。然而,对于智能汽车应具备哪些功能、呈现何种形态的问题仍然没有形成共识。总之,对于智能汽车的定义标准,即何种汽车应D称为智能汽车,研究者们仍然存在争论。
美国交通部认为IVI计划应D至少在以下三种驾驶条件下提升安全性:正常驾驶条件、退化驾驶条件和迫近事故条件。为了实现该目标,联邦智能交通系统项目组给出了智能汽车必须具备的三大系统:冲突避让系统、碰撞通报系统和辅助驾驶系统。更JQ地说,IVI计划重点在以下八大功能领域实施:追尾碰撞避让、换/并道冲突避让、车道偏离冲突避让、交叉口冲突避让、驾车视野提升、车辆稳定性、驾驶员状态预警和安全警示服务。
全SJ范围内在上述领域的研究已经获得了诸多成果。Bishop根据智能汽车具备功能的多寡将正在研发的智能汽车分成以下三个等级:a)车内系统可为驾驶员提供辅助或警示服务的功能(冲突预警系统);b)车内系统可获取车辆的部分控制权,如在平稳状态下的辅助驾驶或在冲突迫近下的紧急干预(冲突避让系统);c)车内系统获取车辆的全部控制权(车辆自动化)。一般而言,由于冲突避让的重要性,绝大多数研究者认为一辆所谓的智能汽车应用具备等级a)的功能。根据Dravidam和TosuDglu的估计,15%~20%的交通事故涉及追尾碰撞。而美国国家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration,NHTSA)的数据显示,美国88%的追尾碰撞事故是由于驾驶人精力不集中或后车跟车过近造成的。因此,冲突预警系统被认为是智能汽车Z基本的功能。
然而,Bishop同样指出,所谓的冲突预警系统本身也是由部分重叠的子功能系统构成的,包括前车冲突预警、障碍冲突预警、追尾冲突预警、自行车/行人冲突预警等。迄今为止,大多数实验车辆仅能实现上述这些子功能的一部分。图1.1所示为丰田AHS项目早期设计的智能汽车系统。但一般来说,这些早期的设计方案仍然被称为智能汽车。
有些研究者却认为汽车不会实现自动驾驶,Jones将他们的观点总结如下:
“虽然汽车将会很快实现像驾驶人驾驶一样引导汽车驶入道路,但WQ没有驾驶人介入的全自动驾驶车辆可能很难实现大规模的商业生产。”
“新技术是为了辅助而不是取代驾驶人”,爱荷华市爱荷华大学公共政策中心人因研究项目组1席专家Daniel McGehee如是说。他提到给予汽车WQ的自身控制权,将会引发一系列复杂程度类似于“谁应该对一起交通事故负责,是驾驶人还是汽车制造商”的法律纠纷问题。
其余一些不愿透露姓名的汽车传感和人因研究领域的专家们则强调智能汽车系统的制造商和经销商可能需要面临承担严重赔偿责任的潜在危险。
这种潜在的危险还使得那些曾出现在电影电视中的汽车只需要询问驾驶人目的地J可到达的场景也仅可能局限在电影镜头之中。
他们的论断不无道理,由于各种各样的原因,全自动驾驶的商业车辆在短期内很难出现在城市道路中。但智能汽车绝不仅是智能商业汽车。尽管全自动驾驶的车辆很难进入一般领域,但其在特殊领域的制造与应用则越来越多。一个典型的案例J是为了响应美国国会和国防部有关加强智能汽车的研发用以在战场上挽救美国士兵生命的呼吁,DARPA智能车辆挑战赛应运而生。数十组来自全SJ各地的高校和企业的代表队积J参与其中。图1��2所示为在2004年DARPA挑战赛上由奥本大学队设计的自动驾驶汽车。2005年,也有一些全自动驾驶汽车成功通过整个挑战测试赛。
车辆控制系统主要依赖于放置在各锚点的差分GPS(Starfire)和惯导传感器来导航路径,
它利用红外传感器(LIDAR)的超声波传感器提供路径跟踪和障碍避让功能
全自动汽车在采矿场和驾驶测试场等场合也得到设计与应用。图1.3所示是由布伦瑞克技术大学团队进行的一次有趣的商业尝试。这个驾驶机器人Klaus是由德国汽车制造商大众(Volkswagen)公司研发的,正在驾驶一辆大众多用途客货车进行测试。精细的汽车控制系统和传感技术可检测周边道路环境并计算出合理的驾驶行为。
智能汽车的概念及其引申内容在过去十年间逐渐发生了变化。一方面从字面含义看,尽管IVI计划中仅涉及地面交通运输系统,但绝不仅是地面智能汽车称为智能汽车,其他水下运输工具或气垫船、空中运输工具都可看作是智能汽车。而另一方面,智能汽车与智能移动机器之间的概念界线越来越模糊,一些大型的移动机器有时也被认为是智能汽车。需要指出的是,严格意义上的智能汽车仍然尚待研发。本书仅考虑并讨论目前被广泛接受的地面智能汽车。然而毋庸置疑的是,由于移动机器人技术已经得到广泛应用或获得了认可,智能汽车研究者们将会对该领域的成果择善而从,继承并扩展许多实用的技术和方法并将其应用到智能汽车领域。
目录 ◆ 目录 ◆ 前言 D1章引言这本书的封面设计颇具匠心,黑底搭配流动的蓝色光线,仿佛在诉说着未来科技的脉动。然而,当我翻开第一页,映入眼帘的却是关于量子力学基础的详尽阐述,从薛定谔方程的推导到不确定性原理的哲学探讨,无不体现出作者深厚的理论功底。我本以为这是一本面向汽车工程爱好者的入门读物,可以轻松了解现代汽车的智能化趋势,但事实证明,这本书更像是一本高等物理教材的延伸。书中花了大量篇幅去解释晶体管的工作原理和半导体材料的能带结构,对于一个期待了解自动驾驶决策算法的读者来说,这些内容显得异常晦涩且与主题关联性不强。特别是关于超导磁体的最新研究进展的部分,虽然内容前沿,但对我理解Lidar或Radar的工作机制并无实质性的帮助。我花了大量时间试图在这些复杂的物理公式中找到与“汽车”二字相关的哪怕一点线索,最终发现,这本书的视角完全聚焦在了微观世界的物理规律上,与我预期中的宏观系统工程相去甚远。这不禁让我对这本书的定位产生了深深的疑惑,它更像是一本为理论物理学家准备的深度专著,而非面向汽车行业读者的实用指南。
评分这本书的排版和图示风格非常复古,大量使用了手绘的电路图和流程图,这本身倒也有一种朴实的魅力。不过,其核心内容却似乎停留在上世纪八十年代的工业控制理论范畴。我翻阅到关于“反馈系统”的章节时,发现其讨论的重点是经典的PID控制器的优化与饱和处理,这在今天的智能汽车领域,尤其是在涉及到深度学习驱动的路径规划时,显得有些力不从心。书中反复强调传统伺服机构的机械精度和液压系统的响应时间,却没有提及任何关于模型预测控制(MPC)在复杂非线性系统中的应用,更别提强化学习在优化驾驶策略中的最新进展了。我甚至在目录中找到了关于继电器逻辑设计的详细章节,这让我感到困惑,毕竟现代汽车的控制逻辑早就由微控制器和复杂的软件栈来主导了。阅读过程中,我不断地在寻找关于传感器数据融合的任何信息,比如卡尔曼滤波如何处理多源异构数据,但收获的只有对传统闭环控制回路的冗长论述。这本书给我的感觉是,它是一本优秀的老式自动化控制参考手册,但它对“智能”二字的诠释,似乎被遗忘在了时间的长河里。
评分我发现这本书的软件架构部分,其关注点完全集中在实时操作系统(RTOS)的内核调度机制上,特别是对优先级反转问题的经典解决方案进行了详尽的数学证明。书中详细分析了任务切换的上下文保存与恢复的开销,以及中断延迟对系统稳定性的影响。尽管这些对于任何嵌入式系统都是至关重要的,但它们似乎与高层级的智能算法实现相分离。我翻阅了关于“算法部署”的章节,发现它停留在有限状态机(FSM)的有限状态转移层面,甚至没有涉及面向对象设计在复杂软件系统中的应用,更遑论现代汽车软件开发中广泛采用的AUTOSAR架构。书中对于软件模块间的接口定义和数据流的隔离性的讨论,也明显落后于当前主流的软件工程实践。我本想了解如何将深度神经网络模型高效地部署到车载SoC上,关注其量化和剪枝技术,但书中对此领域的关注度近乎为零。这本书更像是一本关于硬实时嵌入式系统基础的教科书,而非面向新一代智能汽车的软件工程指南,其对软件定义汽车的理解显得相对陈旧和片面。
评分这本书的“实操性”部分,重点似乎完全放在了高精度机床的运动控制上,而非汽车的动态性能。书中花了三章的篇幅来介绍五轴联动加工的误差补偿算法,详细到每一个热胀冷缩系数的修正和刀具路径的G代码优化。我试图将这些知识迁移到汽车的转向和悬挂控制上来,但发现它们之间的耦合关系和环境约束有着本质的区别。汽车的控制目标是在动态、非结构化的环境中保持行驶安全和舒适性,这需要强大的实时感知和快速决策能力。而这本书中的案例,几乎全部是在受控、静态的环境下进行的精确运动控制。例如,关于伺服电机的电流环和位置环的调试细节被描述得淋漓尽致,包括如何选择合适的PI参数以避免超调,但这些内容与雷达信号处理或是V2X通信协议毫无关联。我期待看到的是关于车辆底盘动力学模型的建立和仿真,而不是对工业机器人关节控制的深度剖析。这本书的适用范围似乎更偏向于精密机械制造领域,对于汽车工程师而言,它的实用价值显得非常有限。
评分作者在文本中展现了极强的哲学思辨能力,这使得整本书的阅读体验更像是在参加一场关于“技术本质与人类认知边界”的研讨会,而非学习一本技术手册。例如,在讨论到“信息熵”时,作者引用了大量的后现代主义哲学观点来探讨数据采集的局限性,这固然提升了文本的深度,却也极大地稀释了技术细节的呈现。我尤其注意到了一个关于“人机交互的伦理困境”的章节,它深入探讨了笛卡尔式的二元论如何影响我们对机器决策的信任度,其论证过程严密且富有启发性。然而,当我急切地想知道如何设计一个能有效处理“滑行”或“急刹”等突发事件的决策树时,书中给出的解决方案仍然是基于符号逻辑推理,缺乏对模糊性和不确定性的现代处理方法。这本书的语言风格极为书面化和学术化,充满了大量的从句和被动语态,使得理解那些复杂的概念需要耗费极大的精力去“解码”。它更像是一部技术社会学著作,而不是一本专注于工程实践的书籍。
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