小型内燃机与车辆技术

洞察无人车辆技术发展 

来源:小型内燃机与车辆技术 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-04-08

世界无人车辆产业风云突变。近日,美国交通部宣布历时10年,投资40亿美元的提案,旨在实现无人驾驶车辆上路。而截至目前,谷歌的无人驾驶汽车已经完成超过132万英里的行程。作为轮式移动机器人的先进代表,无人车辆也正经历着从军用扩展到民用的全覆盖历程。目前,在该领域,全球的产业现状如何?又有哪些关键技术?这些问题值得我们研究。

无人车辆是一种通过车轮或履带驱动,具备在道路或非道路条件下地面自主机动能力的智能机器人系统。早期的地面无人系统诞生于机器人研究领域,并采用遥控操作。随着地面无人系统逐步向半自主、全自主方向发展,与车辆行业的智能化、无人化研究发展在技术特征层面呈现高度重合性。本文从技术概括角度出发,将无人地面车辆、地面无人机动平台、智能汽车、无人驾驶汽车、自动驾驶汽车等均统称为无人车辆。

由于无人车辆能够代替驾驶员执行“枯燥的、恶劣的、危险的、纵深的”任务,具有机动性强、适应能力和生存能力高、降低人员伤亡风险等诸多优点,因此在军事、民用等方面均拥有广阔的应用前景。无人车辆是一个集定位导航、环境感知、信息融合、规划决策、控制技术、人机交互等技术于一体的综合系统,集中地运用了计算机、现代传感、信息融合、通信、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术的综合体,世界各高校、科研院所及相关企业,都在积极进行无人车辆及相关技术的研发。

图1 美国crusher无人车

国内外发展现状

军用领域

近年来,具备非道路越野机动能力的军用无人车辆得到了快速发展。

2006年,美国卡耐基梅隆大学公布了其研制的crusher无人车,该无人车采用了6×6分布式轮毂电机驱动形式。它一经问世,便引起世界范围内的强烈关注。

2007年,履带式无人战车Black Knight(图2)在美国肯塔基州正式亮相。

图2 美国Black Knight无人车

图3 美国MULE无人车

图4 美国SMSS无人车

2010年,美国洛克希德·马丁公司所研制的MULE无人车(图3)问世,同样采用了6×6分布式驱动形式,且每个轮胎都配有摇臂式独立悬架,使车辆在机动性与越野性等方面均具有优秀的表现。

2011年,美国洛克希德·马丁公司研制的SMSS无人车(图4)被正式投入阿富汗战场。该无人车辆以6×6 land tamer轮式底盘为基础,采用速差转向方式,具备全地形越野能力,可适应山地、沙漠、绿洲等错综复杂的地形。

除美国外,其他国家也相继在军用无人车方面取得了一定成绩。

2009年,英国MIRA公司研制的MACE2轻型地面无人车亮相。

以色列guardium 系列无人车已发展至三代,其中guardium MK3于2012年正式装备部队。guardium MK1与 guardium MK2均以Tomcar全地形越野战车底盘为基础,采用4×4轮毂电机驱动方式。guardium MK3以福特F- 350为基础进行大量改造,使车辆负载能力大量提高,并同时拥有作战能力。

我国在军用无人车辆方面的研发尚处起步阶段。2015年,中国兵器工业集团北方车辆研究所成立的地面无人平台研发中心,展示了其最新研制的军用无人车辆(图5),其采用6×6分布式轮毂电机驱动形式,可实现零半径速差转向。据报道,该车具有单兵跟踪的能力,可携带物资随队行军,此外该车辆还可搭载专门的探测设备,以辅助士兵完成侦察等任务。

图5 中国兵器工业集团北方车辆研究所最新研制的无人车

徐彬 北京理工大学特种车辆研究所 博士后、车辆工程专业

李明喜 中国人民解放军军事交通学院 副教授、博士、车辆工程专业

民用领域

在民用领域,无人车辆技术也得到快速发展。民用领域发展的初级阶段是半自主驾驶阶段,例如自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)或智能巡航控制(Intelligent Cruise Control,ICC)系统及防碰撞系统(Collision Avoidance System,CAS)等各类辅助驾驶系统实现自主巡航、车距保持等功能,可大幅提高车辆的安全性。未来,民用领域发展的终极阶段是实现完全自主的无人驾驶,这也正是目前谷歌等智能车研发团队所追求的终极目标。由于交通事故造成的死亡人数逐年上升,而传感器、控制系统等相关技术日趋成熟。因此,民用无人驾驶车辆的研究同样在世界范围内掀起了巨大热潮。

受美国国防先进研究项目局(DAR PA)举办的地面无人挑战赛所带来的巨大推动性,美国各高校积极开展了无人车的相关研究。

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