电动无人巴士的控制系统设计开题报告
2020-04-12 04:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
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目的及意义（含国内外的研究现状分析）
1.1选题背景
随着人们生活水平的提高，越来越多的人出行会选择汽车代步，由此造成车的交通拥挤以及交通事故也日益增加。全世界每年发生的数百万交通事故中，90%以上是由于人们的一系列不规范驾驶行为以及各种违规操作，给社会的交通系统带来了极大的危害。在21世纪，以计算机技术、通信技术、人工智能飞速发展的今天，我们在实现无人驾驶技术领域的硬件与软件系统方面已经取得了较大的成就，推动无人车技术的落地，使无人驾驶技术真真正正的成为我们生活当中的一部分。同时，传统燃油车的大量使用也对环境造成了极大的污染，尤其是在城市拥堵的过程当中排出大量有害气体造成雾霾以及酸雨等现象严重危害人们的身体健康。人们日益增强的环保意识，也让新能源汽车受到越来越多的关注，所以电动化也是汽车工业发展的一个重要方向。
1.2研究意义
结合武汉理工大学校园巴士运行时间范围短以及节假日不运行，给同学们来往于各个校区之间带来了很大的不便利的情况，本文提出了一种新型的电动无人巴士，以改变原来人工驾驶的校园巴士运行时间短、节假日不运行以及运行时间间隔不确定给师生乘坐所带来的不便。同时，也在校园当中体现了科技的潮流，具有实际的运用价值。由于控制系统是电动无人巴士实现的关键部件，所以本毕业设计主要研究电动无人巴士的控制系统。
1.3国内外发展现状
（1）主要车企的自动驾驶平台比较：
从整理的表格来看，各大车企所采用的计算平台主要是NVIDA公司与Intel公司的Mobileye系列产品。
（2）NVIDA公司发布的自动驾驶芯片类型及性能：
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（3）Intel公司自动驾驶芯片类型及性能：
（4）汽车电子公司在自动驾驶上的发展：
| 高通amp;恩智浦NXP | 2016年5月恩智浦发布BlueBox平台，该平台集成S32V234汽车视觉和传感器融合处理器、S2084A嵌入式计算处理器和S32R27雷达微控制器，能够为汽车制造商提供L4级自动驾驶计算解决方案。S32V234是NXP的S32V系列产品中2015年推出的ADAS处理芯片，在BlueBox平台上负责视觉数据处理、多传感器融合数据处理以及机器学习。 |
| 瑞萨Renesas | 瑞萨在2017年4月也发布了一个ADAS及自动驾驶平台Renesas Autonomy。同时发布的还有R-CarV3M SoC，该芯片配有2颗ARM CortexA53、双CortexR7锁步内核和1个集成ISP，可满足符合ASIL-C级别功能安全的硬件要求，能够在智能摄像头、全景环视系统和雷达等多项ADAS应用中进行扩展。 |
| 德州仪器TI | TI在ADAS处理芯片上的产品线主要是TDAx系列，目前有TDA2x、TDA3x、TDA2Eco三款芯片。TDA2x主要是前置摄像头信息处理，包括车道报警、防撞检测、自适应巡航以及自动泊车系统等，也可以出来多传感器融合数据。TDA3x主要应用在后置摄像头、2D或2.5D环视，TDA2Eco支持高清3D全景环视。 |
| 英飞凌 | 英飞凌在2015年推出的芯片Real 33D，可实现司机疲劳检测等功能。在奥迪新A8使用的zFAS自动驾驶计算单元中，使用了英飞凌提供的Aurix芯片，实现A8最关键的TrafficJamPilot。 |
（5）国内IT公司在自动驾驶上的发展
| 地平线 | 2017年12月20日，地平线正式发布自动驾驶AI芯片“征程”。在参数上， 1.5W的功耗，实现1Tflops的算力，每秒处理30帧4K视频，对图像中超过200个物体进行识别，能够实现FCW/ LDW/ JACC等高级别辅助驾驶功能，满足L2的计算需求。 |
| 森国科 | 2017年12月也发布了自主研发的高性价比ADAS芯片SGKS6802X，配置了双核ARM Cortex A7处理器、高速双核8线程GPU和2D加速GPU；采用40nm 工艺，芯片典型功耗1500mW，全系统功耗1800mw(包括DDR)；最大支持4路编码处理能力，整数运算能力7200MIPS 3200MIPS，半精度浮点运算能力25.6GFLOPS，单精度浮点运算能力6.4GFLOPS；可支持LDW、FCW、PCW、TSR、NV、TFAH、ZCD、CTA、BSD、DFM、 RCW等ADAS算法，满足L2高级辅助驾驶的计算需求。 |
| 四维图新 | 四维图新在2017年7月正式发布的ADAS芯片，采用64位Quad A53架构，内置硬件图像加速引擎，支持双路高清视频输出，和四路高清视频输入，能同时支持高级车载影音娱乐系统全部功能和丰富的ADAS功能。 |
电动无人巴士，既符合了当今环保的要求也体现时代科技的进步，由于巴士可以行使在特定的园区或者相应路面设施齐全的道路上，例如工业园区、校园及景区环境、机场与城市之间的通行道路，这大大简化了控制策略的复杂度，刚好能够适应无人车技术从功能简单到能应对复杂工况的一个发展过程，也为无人车等级逐步达到Level 5提供了一个良好的过渡环境。
考虑到国内外的研究情况，以及当前硬件以及通信等相关技术的发展水平，本毕业设计当中的电动无人巴士目前的设计等级定在Level3到Level 4之间。
2. 研究的基本内容与方案
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研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施
电动无人巴士相对于传统电动巴士增加了感知系统、决策和规划系统、控制系统以及故障监测模块来确保无人驾驶车辆的安全行驶。本电动无人巴士采用分布式的控制结构，通过flexray及can总线通讯实现不同计算单元之间的协同控制。
3. 研究计划与安排
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进度安排（按周次填写）
| 第一周 | 收集关于电动无人巴士的资料并完成文献综述任务。 |
| 第二周-第三周 | 完成外文翻译和电动无人巴士控制系统设计的开题报告 |
| 第四周-第五周 | 确定电动无人巴士的横向控制策略与纵向控制策略，设计相应的控制策略及算法来对无人车的运动进行控制。 |
| 第六周-第七周 | 进行电动无人巴士的控制器电路的设计以及整车线束布置的设计任务。 |
| 第八周 | 完成电动无人巴士控制器电路的设计以及整车控制电路图纸的绘制。 |
| 第九周-第十周 | 完成整篇关于电动无人巴士控制系统设计论文的撰写及相关算法流程图的绘制。 |
| 第十一周-第十二周 | 通过智能小车完成对电动无人巴士控制策略的验证实验。 |
| 第十三周 | 完成论文的查重、修改以及相关图纸的修改任务，准备答辩PPT。 |
4. 参考文献（12篇以上）
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阅读的参考文献（15篇）
| 1 | 李力，王飞跃.智能汽车先进传感与控制.北京：中国工业出版社，2016. |
| 2 | 韩伟, 熊璐, 侯一萌,等. 基于线控制动系统的车辆横摆稳定性优化控制[J]. 同济大学学报(自然科学版),2017, 45(5):732-740. |
| 3 | 熊璐, 付志强, 柏满飞,等. 无人驾驶车辆的底层动力学控制研究[J]. 汽车技术, 2017(11):1-6. |
| 4 | 宋彦, 蔡宗亮, 许铁娟,等. 一种基于运动模式判断的无人车纵向控制方法:, CN 105511475 A[P]. 2016. |
| 5 | 郭景华, 李克强, 罗禹贡. 智能车辆运动控制研究综述[J]. 汽车安全与节能学报, 2016, 7(2):151-159. |
| 6 | 沈峘, 凌锐, 李舜酩. 基于预瞄最优曲率模型的大曲率转向控制方法[J]. 中国机械工程, 2012, 23(17):2111-2116. |
| 7 | 刘跃, 宋彦, 梁华为,等. 基于转弯曲率估计的无人车横向控制方法:, CN 104571112 A[P]. 2015. |
| 8 | 王聪. 基于预瞄的车辆路径跟踪控制研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014. |
| 9 | 贾超. 基于驾驶员模型的无人驾驶汽车路径跟踪控制[D]. 东北大学, 2012. |
| 10 | 段建民, 杨晨, 夏天. 基于Pure Pursuit算法的预瞄点确定方法:, CN104960520A[P]. 2015. |
| 11 | 刘晶晶. 轻型汽车电控转向系统设计与试验[D]. 吉林大学, 2011. |
| 12 | 徐照胜. 车辆自动驾驶仪控制系统的设计[D]. 安徽大学, 2012. |
| 13 | 佚名. 一种无人车的纵向智能控制系统[J].2017 |
| 14 | Jo K, Kim J,Kim D, et al. Development of Autonomous Car—Part I: Distributed SystemArchitecture and Development Process[J]. IEEE Transactions on IndustrialElectronics, 2014, 61(12):7131-7140. |
| 15 | Jo K, Kim J,Kim D, et al. Development of Autonomous Car—Part II: A Case Study on theImplementation of an Autonomous Driving System Based on DistributedArchitecture[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015,62(8):5119-5132. |
| 16 | Amer N H,Zamzuri H, Hudha K, et al. Modelling and Control Strategies in Path TrackingControl for Autonomous Ground Vehicles: A Review of State of the Art andChallenges[J]. Journal of Intelligent amp; Robotic Systems, 2017,86(2):1-30. |
| 17 | Attia R,Orjuela R, Basset M. Combined longitudinal and lateral control for automatedvehicle guidance[J]. Vehicle System Dynamics, 2014, 52(2):261-279. |
| 18 | Breed D S,Johnson W C, Duvall W E. VEHICLE WIRE HARNESS:, US20160347269[P]. 2016. |
| 19 | 中国人工智能系列白皮书-智能驾驶 2017 |
| 20 | 谭本忠. 新款国产车系电路图集[M]. 机械工业出版社, 2009. |
| 21 | 康拉德·莱夫, 莱夫, 孙策昌. BOSCH汽车电气与电子[M]. 北京理工大学出版社, 2014. |
| 22 | 许红军, 侯艳丽, 王殿生. 一种纯电动汽车的整车布置结构:, CN 203713589 U[P].2014. |
| 23 | 李永健. 一种新能源整车线束总成:,CN206264958U[P]. 2017. |
