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    无人驾驶汽车的起源及现状

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    《家用汽车》2017年第z2期

    摘要:无人驾驶汽车经过近50年的研究和发展,技术日趋成熟和完善,并将在2020年进入爆发期,交通系统的效率和安全性将得到极大提高。本文对国内外无人驾驶汽车的起源和最新发展现状进行了回顾,对关键技术进行了阐述,对后续20年无人驾驶汽车的发展进行了展望。

    关键词:无人驾驶汽车现状;关键技术;展望

    无人驾驶汽车是未来智能汽车,主要利用环境感知系统来感知车辆周围环境,并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息,控制车速和方向,从而使车辆安全、可靠地在道路上行驶?;乖げ?,无人驾驶可减少90%的交通事故、90%的通勤时间、90%的汽车数量、90%的能源消耗,每年能帮助减少汽车二氧化碳排放量约3亿吨。无人驾驶汽车是汽车、人工智能与通信高度融合的产物,民用市场前景广阔,潜在军用价值巨大。是国家计算机科学、模式识别和智能控制技术水平的代表。无人驾驶汽车是影响3个10万亿市?。ㄆ?、出行、社会效益)的革命性产业,是未来智慧城市最重要的组成部分。

    1国外无人驾驶汽车的起源及现状

    国外无人驾驶汽车的研究始于20世纪70年代。美国在20世纪80年代提出ALV(自主地面车辆)计划(8轮,驾驶环境为校园,低速),同时美国卡耐基•梅隆大学、麻省理工学院等都先后开始无人驾驶汽车的研究。由于技术过于复杂,加上各种条件的限制,之后各国都将研究的重点转移到高速公路的民用车辆上。1995年由美国卡耐基•梅隆大学研制的无人驾驶汽车,完成了横穿美国东西部5000多公里的州际高速公路试验,并获成功。2005年美国国防部举办“大挑战”比赛,美国斯坦福大学工程师们改装了一辆大众途锐多功能车,成功穿越沙漠并通过黑暗的隧道及泥泞的河床,在崎岖山道上长途跋涉近7个小时,最先到达终点。2014年以来,无人驾驶技术和道路测试发展迅猛。2016年9月14日,四辆福特Fusion作为优步(Uber)公司无人驾驶汽车载客“首秀”,在美国宾夕法尼亚州匹兹堡市上路测试。2016年谷歌自动驾驶汽车项目独立成立新公司Waymo,谷歌Google开发的自动驾驶汽车(有员工监督)在现实世界中的路测里程累计已超过200万英里(约322万公里)。2016年10月特斯拉宣布,所有新车的硬件都具备Autopilot2.0“完全自动驾驶功能”的硬件系统(软件系统包含多个辅助驾驶功能),包括8个360度摄像头(视距约合250米),以及12个超声波传感器(能探测硬性和软性障碍物),一个前向雷达以及一台随机携带的新款电脑,其计算能力是之前电脑的40倍,并且新的前置雷达可以穿过雨、雾和尘埃进行监测,且装备该系统的新车价格仅增加5000~8000美元。2017年3月,特斯拉推出自动驾驶系统Autopilot8.1,达到Level3级有条件自动驾驶水平。特斯拉汽车在开启Autopilot模式下累计已行驶2.22亿英里(约3.57亿公里)。

    2国内无人驾驶汽车的起源及现状

    我国无人驾驶汽车的研究始于20世纪80年代。1989年国防科技大学研制出我国首辆智能小车。1992年我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车在国防科技大学诞生。2000年6月我国第四代无人驾驶汽车在国防科技大学研制试验成功,最高时速76km/h。2010年国防科技大学和一汽成功联合研制出红旗旗舰无人驾驶轿车,该车装备了摄像机、雷达,可以自己导航,不需要人做任何干预操作,在高速公路上行驶的最高稳定速度为130km/h,最高峰值速度为170km/h。2015年12月初百度顺利完成无人驾驶汽车混合道路上路测试,之后宣布成立自动驾驶事业部,计划三至五年实现商用化。另外,北汽、广汽、上汽、长安、比亚迪也涉足无人驾驶汽车多年。

    3无人驾驶汽车的关键技术

    无人驾驶汽车的自动驾驶系统主要包括环境感知、定位导航和控制三大系统?;肪掣兄低诚嗟庇诩菔辉钡难劬?,是用摄像头、超声波传感器、雷达等一系列部件组成的感知???,去感知周围环境。定位导航系统相当于驾驶员的地图??刂葡低诚嗟庇诩菔辉钡拇竽院褪纸?,分析和处理收集来的信息,并发出指令控制速度和方向,正如驾驶员驾驶车辆一样,找到当前道路环境下的预瞄点,并控制。另外,无人驾驶汽车还需要车联网等系统的支持,以实现高效、安全运行。要实现真正的无人驾驶,感知技术的突破是关键。2015年10月特斯拉发布软件版本7.0,该版本的自动辅助驾驶是通过图像识别为主,雷达只是辅助的手段实现,但随之也发生了两起自动辅助驾驶没能避免的致命车祸。随后软件版本8.0对感知技术方案进行了彻底改造:改为雷达识别为主,图像为辅的方式。感知周边车辆的能力是原来的6倍,识别前方障碍物的能力大大增强,类似的道路中障碍物事故没有再次出现。特斯拉和谷歌代表两种感知技术路径。谷歌的高分辨率地图,是用其街景车和探测车测绘的,包括整个城市高精确度的经纬度以及每个位置的三维信息。之后使用雷达和高精度地图对车辆行进路线进行规划,并遵守交通规则,可以抵达该城市的任何地方,但仅限于该城市。尽管感知技术路径不同,但目前采用的都是静态感知。而自动驾驶一定要预测下面的几秒钟甚至更长时间里会发生什么,不然没有提前量来保障行驶安全。提高感知系统的性能,目前来看主要有两条路径,一种是让方法变得更灵活,即通过技术攻关提高对不确定性情况或因素的智能感知水平;另一种是让经验变得更可靠,看到的东西越来越多,能处理的也越来越多,经验丰富时就会判断更准确,通过已经确定的信息不断修正不确定的信息。这都有赖于深度学习的应用,而深度学习还没有进入大量应用的阶段。

    4无人驾驶汽车还需解决的其它问题

    除了技术问题和公路环境(如电子路标)问题,无人驾驶还要面对来自法规和市场等方面的挑战。2017年5月德国上议院通过了一项法规,准许无人驾驶汽车在德国公路上行驶。不过,这项法规要求任何时候都需要有人类驾驶员坐在驾驶席上,以准备随时对车辆进行控制。而在美国,已有14个州颁布了自动驾驶法律。另外,无人驾驶安全性的问题是大家最为关注的话题。美国机动工程师协会SAEL5的基本要求包括动态驾驶任务DDT,动态驾驶任务支援DDTFALLBACK,设计适用范围ODD。其中争议最大的莫过于设计适用范围(OperationalDesignDomain),包括系统安全运行道路类型、地理范围、速度范围、系统的操作环境(天气,白天和夜间等)、其他领域的限制。自动驾驶系统应该在设计适用范围能够安全运行,当偏离ODD时,车辆应以最小风险的状态过渡。无人驾驶的普及化是一个缓慢的过程,包括技术的进一步突破,法令的通过,以及乘客由于驾驶意外产生的心理阴影的消除。

    5无人驾驶汽车的未来展望

    美国机动工程师协会SAE将无人驾驶汽车的等级分为5级。0级无自动驾驶功能;1级是对方向盘或加减速中的一项进行辅助,如自适应巡航控制系统等;2级是对方向盘和加减速中的多项进行辅助,但司机必须随时待命,以便在自动系统停止工作时马上接管,如交通拥堵或高速公路辅助驾驶等;3级是有条件自动驾驶,人提供适当应答,如高速公路自动驾驶等;4级/5级才是真正的无人驾驶(其中4级为高度自动驾驶,需限定道路和环境;5级为完全自动驾驶),无需司机或乘客的干预或协助由出发地驶达目的地。目前所有车企都达到1级,大部分车企只达到2级,在无人驾驶汽车领域最为领先的特斯拉和谷歌公司也只达到3级。据预测,2020年无人驾驶或将进入爆发期。2017年5月特斯拉预计其自动驾驶系统将在2年后达到5级,届时特斯拉汽车将能够自主地从洛杉矶开到纽约,途中“无需人工触碰”。丰田力争在2020年左右实现自动驾驶汽车的商品化。大众也将在2020年推出辉腾电动版,采用最新的自动驾驶技术。此外,奔驰、通用、现代、起亚以及中国自主品牌巨头上汽、长安,都计划于2020年推出搭载自己最新自动驾驶技术的量产车型。宝马、福特、沃尔沃则将自动驾驶量产车的推出时间选择在了2021年,国内汽车巨头一汽、北汽、吉利则将推出时间点定在2025年。除此以外,要实现无人驾驶,还要结合各种结构化环境探索商业发展路径,如高速公路环境、城市环境和特殊环境下的应用,特别是城市环境下的无人驾驶将成为下一阶段研究重点,摩根士丹利分析师预测,2030年共享出行市场(租借无人驾驶汽车)的市场规模有望达到2.6万亿美元。

    6结语

    无人驾驶汽车是未来汽车发展的方向,是智能科技发展的必然产物。无人驾驶汽车尤其适合从事共享汽车(租借无人驾驶汽车)和长途高速运输,可极大地提高交通系统的效率和安全性。根据各大车企的研发计划,2020年全球将迎来自动驾驶汽车的爆发期。美国IHS汽车信息咨询公司曾发表报告指出,到2025年,全球无人驾驶汽车销量将达60万辆,在接下来的10年中销量将以每年43%的速度持续增长;到2035年,全球无人驾驶汽车将达2100万辆。

    参考文献

    [1]陈慧岩等.无人驾驶汽车概论[M].北京:理工大学出版社,2014.

    [2]刘少山等.第一本无人驾驶技术书[M].北京:电子工业出版社,2017.

    作者:张宇航 单位:武汉经济技术开发区第一中学

    家用汽车杂志责任编辑:张雨    阅读:人次