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[購車小助理]無人駕駛汽車的先進技術與發展趨勢分析

序言：專業知識分享 ， 提升專業技能

一、背景：

自汽車發明以來 ， 汽車工業就不斷促進著人類的創新與社會經濟的發展 。 隨著汽車產量與保有量的提高 ， 人們的出行變得方便快捷 ， 而由此帶來的交通擁堵與交通事故也成為了人類社會文明的一大阻礙 。 隨著計算機控制技術的發展 ， 越來越多的自動控制技術被應用在汽車上 ， 無人駕駛汽車也成為了汽車產業的一大變革 。 無人駕駛汽車也被稱為自動駕駛汽車或輪式移動機器人 ， 它在沒有人類輸入的情況下 ， 通過車載傳感器感知周圍環境 ， 并根據所獲取的信息 ， 依靠車內以計算機系統為主的智能駕駛儀實現駕駛 。

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1、國外無人駕駛汽車的發展歷程1950年代 ， 人們就開始了無人駕駛車輛的研究 。 1953年 ， 美國貝瑞特電子公司研制出全球第一臺自主導航車 ， 它是由一輛牽引式拖拉機改造而成的 ， 在一間雜貨倉庫中 ， 沿著布置在空中的導線運輸貨物 。

1980年代 ， 美國開展了自主地面車輛（AVL）項目 ， 該項目成功開發了一輛帶有8個輪子的無人駕駛機器人 ， 該機器人實現了低速良好路面上的自動駕駛 。 1994年 ， 戴姆勒－奔馳汽車公司和德國國防大學的ErnstDickmanns研制出兩臺比較相像的全自動化汽車 ， VaMP和Vita－2 ， 這2臺無人駕駛汽車在巴黎一條三車道公路上以130km的時速順利行駛了1000多km 。 1995年 ， 卡內基梅隆大學研究制成了智能車輛NavLab－V ， 該車完成了橫穿美國東西部的無人駕駛試驗 ， 行駛路程達上萬km 。 [購車小助理]無人駕駛汽車的先進技術與發展趨勢分析

2007年 ， 卡內基梅隆大學的Boss ， 一輛由2007款ChevyTahoe改裝的無人駕駛汽車 ， 以領先第2名20min的成績 ， 完成了無人駕駛汽車在復雜都市障礙賽道行駛的比賽 。 2008年 ， 一輛由大眾帕薩特轎車改裝的無人駕駛汽車 ， 斯坦福大學的“Junior”以40km／h的速度駛過兩個街區 ， 在一個寫有“停”的指示牌前停止了信號接收 ， 如圖1所2010年 ， Google公司研制的無人駕駛車輛開始了城市道路的行駛測試 ， 截止2012年8月8日 ， 這些無人駕駛汽車已經安全行駛了48萬km ， 超過了大部分普通轎車的生命周期 。 2012年 ， 美國內華達州機動車輛管理局為一輛搭載谷歌智能駕駛系統的汽車頒發了牌照 ， 這也使得無人駕駛汽車開始真正駛入普通人的視線 。 [購車小助理]無人駕駛汽車的先進技術與發展趨勢分析

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2、國內無人駕駛汽車的發展歷程

我國無人駕駛汽車研究開始較晚 ， 步伐較之歐美國家也略為落后 。 1980年 ， “遙控駕駛的防核化偵察車”由國家立項 。 1989年 ， 我國首輛智能小車在國防科技大學誕生 。

1992年 ， 國防科技大學研制成我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車 。 該車由一輛中型面包車改裝而成 ， 通過車載計算機、檢測傳感器和液壓控制系統 ， 使其既有人工駕駛性能也有自動駕駛性能 。 2000年4月 ， 國防科技大學研制的第4代無人駕駛汽車試驗成功 。 2003年 ， 在中國第一汽車集團公司的贊助下 ， 國防科技大學完成的紅旗旗艦CA7460無人駕駛平臺試驗 ， 標志著我國第一輛自主駕駛汽車的誕生 。 2011年 ， 同樣是由國防科技大學研制的紅旗HQ3無人駕駛汽車 ， 首次完成了從長沙到武漢286km的高速全程無人駕駛試驗 ， 實測全程自主駕駛平均時速87km 。 2012年11月底 ， 一輛由軍事交通學院研制的無人駕駛智能汽車從京津高速臺湖收費站啟程 ， 用一個小時左右到達天津東麗收費站 ， 全程行駛104km ， 成功完成高速公路測試 ， 成為我國第一輛官方認證完成高速公路測試的無人駕駛智能汽車 。

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二、無人駕駛汽車的發展階段

無人駕駛汽車的先進技術與發展階段雖然無人駕駛汽車技術已經得以實現 ， 但大部分相關技術仍然停留在試驗與概念階段 ， 無人駕駛汽車的推廣 ， 還需要一個漫長的過程 。 隨著技術的不斷成熟 ， 各種先進駕駛輔助與無人駕駛技術已經開始應用在了量產的汽車上 。

量產無人駕駛汽車的實現主要需要經歷4個階段 ， 駕駛員輔助階段、半自動駕駛階段、高度自動駕駛階段和完全自動駕駛階段 。

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1、駕駛員輔助階段

在這一階段中 ， 駕駛員擁有車輛全部的控制權 。 駕駛員負責車輛的一切駕駛與操作 ， 一些基礎的車輛輔助控制技術 ， 在特定情況下 ， 通過對車輛運行狀況及運行環境的檢測 ， 提示駕駛員駕駛相關的信息或警告駕駛員駕駛中可能出現的危險 ， 方便駕駛員在接到提示或警告后及時做出反應 。 這一階段的技術有倒車影像與倒車雷達 ， 車道偏離警告系統（LDW） ， 正面碰撞警告系統（FCW） ， 定速巡航系統以及盲點信息（BLIS）系統等 。 相較于其他發展階段 ， 這一階段的發展已很成熟 ， 相關技術在一些中高檔汽車上也已有了普遍的配備 。 在未來幾年的時間中 ， 這些技術 ， 將會通過降低其實現成本 ， 逐步應用在低檔汽車上 。

2、半自動駕駛階段

在這一階段 ， 駕駛員和車輛共享對汽車的控制權 。 駕駛員在任何時候負責有能力駕駛汽車 ， 駕駛輔助控制系統將實時監控車輛的運行 ， 在特定情況下 ， 一定程度上協助駕駛員控制車輛 。 這一階段的技術有自適應巡航系統 ， 車道保持輔助系統（AdaptiveCruiseControlandLaneKeepingAid） ， 陡坡緩降系統 ， 自動泊車系統等 ， 很多也已運用到量產車型 。 這一階段也是當前處于并在快速發展的階段 ， 未來幾年中 ， 將有更多的駕駛輔助控制系統應用在量產車上 。

2.1自適應巡航系統

自適應巡航系統是一種智能化的自動控制系統 ， 它是在定速巡航技術的基礎上發展而來的 。 在車輛行駛過程中 ， 安裝在車輛前部的車距傳感器（雷達）持續掃描車輛前方道路 ， 同時輪速傳感器采集車速信號 。 當與前車之間的距離過小時 ， ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統、發動機控制系統協調動作 ， 在不影響舒適的情況下使車輪適當制動 ， 并使發動機的輸出功率下降 ， 以使車輛與前方車輛始終保持安全距離；當需要更大的減速度時 ， ACC控制單元會發出聲光信號通知駕駛者主動采取制動操作；當與前車之間的距離增加到安全距離時 ， ACC控制單元控制車輛按照設定的車速行駛 。 自適應巡航控制系統一般在車速大于25km／h時才會起作用 。

2.2車道保持輔助系統

車道保持輔助系統是對車道偏離警告系統的升級 。 由于該系統是為在高速公路和和條件良好的鄉間公路上行駛而設計的 ， 因此它在車速高于65km／h才開始工作 。 時速65～200km／h之間 ， 輔助系統識別到本車道兩側的標記線時 ， 車道保持輔助系統處于待命狀態 ， 位于車輛前方的攝像機可監測左右兩邊的車道線 ， 在車輛靠近標線邊緣時 ， 即會以輕微的反側向扭轉力提醒駕駛員 。 若駕駛員未進行任何修正動作 ， 系統將通過方向盤震動向駕駛員發出警告 。 如果車輛在躍過標記線前使用了轉向燈 ， 系統將因接受了有目的的換道而不會發出警告 。

2.3自動泊車系統

自動泊車系統通過車輛周圍的雷達探頭測量自身與周圍物體之間的距離和角度 ， 從而判斷尋找合適的車位 ， 并通過車載電腦計算出操作流程 ， 配合車速調整方向盤的轉動 ， 從而完成車輛的自動泊入 。 在此過程中 ， 駕駛員只需參與擋位與剎車的控制 ， 可雙手離開方向盤 。 自動泊車功能對于駕駛初學者是一個非常有幫助的功能 。

3、高度自動駕駛階段

在這一階段 ， 駕駛員和車輛共享對汽車的控制權 。 在特定的交通環境下 ， 系統有完全的自動駕駛控制權 ， 駕駛員有能力偶爾控制車輛 。 現階段已經提出的高度自動駕駛技術有堵車輔助系統、高速公路自動駕駛系統和泊車引導系統 。 目前 ， 高度自動駕駛的技術尚未應用在量產車型上 ， 在未來幾年的時間 ， 部分技術的量產將會實現 。

3.1堵車輔助系統

堵車輔助駕駛功能是自適應巡航控制和車道保持輔助系統的集成與延伸 。 在車流行駛速度低于50km／h的情況下 ， 駕駛員通過簡單的按鍵操作啟動堵車輔助功能 ， 自動跟隨前方車輛行進 。 與自適應巡航系統不同的是 ， 堵車輔助系統可以實現車輛的啟停 ， 使汽車在非常低的車速時也能與前車保持設定的距離 。 同時車道保持輔助系統保持對轉向的控制 ， 保證車輛不會偏離車道 。 據報道 ， Volvo2014年將在其量產車型上配備該系統 。 堵車輔助系統的實現將極大地降低駕駛者在擁堵路段的駕駛疲勞 。

3.2高速公路自動駕駛系統

與城市路況不同 ， 高速公路的路況良好 ， 車輛的行駛也比較穩定 ， 因此高速公路的自動駕駛也成為了部分自動駕駛的著手點之一 。 高速公路自動駕駛系統集成自適應巡航控制、車道保持輔助系統、超車輔助系統以及道路標志識別系統等 ， 駕駛者僅需在進入高速公路后啟動系統并設置行駛路徑 ， 車輛便能夠實現自動跟車、變道 ， 并按照道路標示規范行駛 。 這一系統的實現 ， 將解決現代社會中最為危險、枯燥的高速公路駕駛 ， 極大地降低駕駛負擔 ， 減少因疲勞駕駛造成的交通事故 。

3.3自動泊車系統（自動尋徑）

自動尋徑的自動泊車系統是在自動泊車系統的基礎上發展而來的 。 車輛到達停車場入口 ， 駕駛員即可下車 ， 使用遙控鑰匙使車輛自動尋找可用車位停放 ， 并熄火落鎖 。 待到駕駛員需要離開時 ， 通過遠程遙控 ， 車輛自動從停車場內駛出 。 該系統的實現 ， 需要借助物聯網技術 ， 通過車輛與車輛以及車輛與設備的信息傳輸與交互 ， 提供停車場車位與交通信息 ， 實現安全、自動泊車 。 這一功能一旦實現 ， 駕駛員將不再需要花費大量時間尋找車位 ， 而將這一枯燥的工作交給車輛本身 。

4.完全自動駕駛階段

在這一階段 ， 系統具有完全的車輛控制權 ， 整個駕駛過程無需駕駛員參與 。 完全自動駕駛的實現將意味著自動駕駛汽車真正駛入了人們的生活 ， 也將使駕駛員從根本上得到解放 。 不過 ， 完全自動駕駛還要受到政策、法律等相關條件的制約 ， 真正量產還任重而道遠 。

三、車聯網對無人駕駛汽車發展的影響

對于無人駕駛汽車來說 ， 車輛對環境信息的識別 ， 將直接影響車輛的對行駛狀態的判斷及控制 ， 車聯網技術的發展 ， 將促進無人駕駛汽車發展的步伐 。

1、車輛與道路基礎設施之間的信息交換將無線數字傳輸模塊植入到當前的道路交通信號系統中 ， 數字模塊可向路經的汽車發放數字化交通燈信息、指示信息、路況信息 ， 并接受聯網汽車的信息查詢及導航請求 ， 然后可將有關信息反饋給相關聯網汽車 。 將無線數字傳輸模塊植入到聯網汽車中去 ， 令聯網汽車可接收來自交通信號系統的數字化信息 ， 并將信息于聯網汽車內顯示 ， 同時還將信息與車內的自動駕駛系統相連接 ， 作為汽車自動駕駛的控制信號 。 聯網汽車的顯示終端同時作為城市道路交通導航系統來使用 ， 在這個車聯網系統中 ， 衛星導航將不再需要 ， 導航信息將直接來自具有更快、更新、更全面導航功能的數字化交通系統；聯網汽車的數字傳輸模塊包含有聯網汽車的身份代碼信息 ， 即“數字車牌”信息 ， 這是車聯網對汽車進行通信、監測、收費及管理的依據 。

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2、車輛與車輛之間的信息交換

將無線數字傳輸模塊植入到聯網汽車中去 ， 數字模塊可以向周邊聯網汽車提供數字化燈號信息及狀態信息 ， 并且數字化信息與其傳統燈號信息是同步發送的 。 聯網汽車中的無線數字傳輸模塊可同步接收來自其他聯網汽車的數字化信息并在汽車內進行顯示 ， 同時將信息與車內的自動駕駛系統相連 ， 為聯網汽車的安全行駛提供依據［7］ 。 根據接收到的由其他聯網汽車發送的數字信息 ， 聯網汽車便會知道周邊聯網汽車的狀況 ， 包括位置、距離、相對速度及加速度等 ， 并在緊急剎車情況下 ， 可令隨后的聯網汽車同步減速 ， 有效防止汽車追尾事故的發生 。

3、車聯網面臨的挑戰

車聯網的實現面對的最大問題是信息安全問題 ， 包括位置定位的隱私安全以及車輛控制信息的安全 。 大部分的車聯網服務都和位置相關 ， 而位置同個人通訊產品一樣 ， 也是重要隱私之一 ， 因此 ， 需要國家立法才能確保車聯網的順利實施 。 同互聯網信息安全一樣 ， 車聯網的信息安全也極為重要 ， 網絡信息數據篡改將造成難以想象的交通災難 。

四、結語

總體來看 ， 我國無人駕駛汽車的發展需要多方面共同努力 。 汽車供應商對于各種車輛駕駛輔助功能的研究是無人駕駛汽車技術不斷向前發展的源動力；網絡信息技術與安全的發展是無人駕駛汽車技術進一步飛躍的保證；政策與法律的制定與實施 ， 是無人駕駛汽車真正上路的前提 。

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小米點評：現在的車聯網技術 ， 5G技術都在為無人駕駛技術的發展服務 ， 在未來出門只需在高德地圖中輸入目的地 ， 就可以在車里看電影或睡覺 ， 一覺醒來已到目的地 ， 科技改變生活 ， 未來可期 。