駛向未來(lái)的無(wú)人駕駛汽車(chē)

向陽(yáng)

無(wú)人駕駛汽車(chē)的誕生

研究開(kāi)發(fā)無(wú)人駕駛汽車(chē)最早出于軍事目的。1925年8月，美國(guó)陸軍的電子工程師Francis P. Houdina坐在一輛可用無(wú)線(xiàn)電操控前車(chē)的汽車(chē)上，操控了人類(lèi)歷史上第一輛有據(jù)可查的無(wú)人駕駛汽車(chē)。這兩輛組合式汽車(chē)通過(guò)后車(chē)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波來(lái)控制前車(chē)的方向盤(pán)、離合器、制動(dòng)器等部件，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化行駛。雖然這種駕駛方式并不安全也不完美，經(jīng)常會(huì)把無(wú)線(xiàn)電波發(fā)送到其他接收器上，但它可是真正意義上的第一輛“無(wú)人駕駛汽車(chē)”。

1956年，美國(guó)通用汽車(chē)公司正式對(duì)外展出了Firebird II概念車(chē)，這是世界上第一輛配備了汽車(chē)安全及自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的概念車(chē)。它使用了鈦金屬技術(shù)、電源盤(pán)式制動(dòng)器、磁點(diǎn)火鑰匙、獨(dú)立控制的燃?xì)鉁u輪動(dòng)力等新概念，看上去像是一輛“火箭車(chē)”。1958年，F(xiàn)irebird Ⅲ問(wèn)世，通用汽車(chē)公司通過(guò)預(yù)埋式的線(xiàn)纜，向安裝了接收器的汽車(chē)上發(fā)送電子脈沖信號(hào)，讓其自動(dòng)行駛。

無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展歷程

基于攝像頭的巡航系統(tǒng) 1966年，美國(guó)斯坦福大學(xué)研究所的SRI人工智能研究中心開(kāi)始研發(fā)一款擁有車(chē)輪結(jié)構(gòu)的多功能機(jī)器”Shakey”，它可以執(zhí)行開(kāi)、關(guān)燈這樣簡(jiǎn)單的動(dòng)作。雖然Shakey始終只能在室內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，但是其內(nèi)置的傳感器和軟件系統(tǒng)都開(kāi)創(chuàng)了自主自動(dòng)導(dǎo)航功能的先河。

1977年，日本筑波工程研究實(shí)驗(yàn)室拋棄了人們之前一直使用的脈沖信號(hào)控制方式，開(kāi)發(fā)出第一個(gè)基于攝像頭檢測(cè)前方標(biāo)記或者導(dǎo)航信息的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。這輛車(chē)配備了兩個(gè)攝像頭，并用模擬計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理，時(shí)速能達(dá)到30千米。

1983年，在美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（也就是大名鼎鼎的DARPA）的支持下，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、斯坦福大學(xué)和麻省理工大學(xué)等相繼開(kāi)啟了名為“陸地自動(dòng)巡航（ALV）”的新計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃的研究目的就是讓汽車(chē)擁有充分的自主權(quán)，通過(guò)攝像頭來(lái)檢測(cè)地形，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算出導(dǎo)航和行駛路線(xiàn)等解決方案。

動(dòng)態(tài)視覺(jué)計(jì)算 除了美國(guó)外，德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的航空航天教授Ernst Dickmanns也于二十世紀(jì)七八十年代開(kāi)創(chuàng)了一系列“動(dòng)態(tài)視覺(jué)計(jì)算”的研究項(xiàng)目，并且在歐洲道路環(huán)境與安全（EUREKA）項(xiàng)目的資助下，成功研發(fā)了多輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)原型。

1994年，該團(tuán)隊(duì)改裝了一輛奔馳S500轎車(chē)，并為其配裝了攝像頭和其他多種傳感器，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路周?chē)沫h(huán)境。這輛奔馳S500轎車(chē)在普通交通環(huán)境下成功地自動(dòng)行駛了超過(guò)1000千米。

便攜式計(jì)算設(shè)備 1986年，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛的探索。1995年，該團(tuán)隊(duì)研究人員對(duì)一輛雪佛蘭汽車(chē)進(jìn)行了改裝，在車(chē)身上加入了便攜式計(jì)算機(jī)、擋風(fēng)玻璃攝像頭、GPS接收器等設(shè)備，成功研制了“NavLab 1”。它的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由Marp、Sun3、Sun4三大部分組成，具有處理圖像、理解圖像、融合傳感器信息、規(guī)劃路徑和控制本體等功能。NavLab 1的傳感器主要包括彩色攝像機(jī)、陀螺、ERIM激光雷達(dá)、超聲傳感器、光電編碼器和GPS等。在CMU校園網(wǎng)道路運(yùn)行時(shí)，NavLab 1的時(shí)速為12千米，當(dāng)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器（ALVINN）控制本體時(shí)，其最高時(shí)速可以達(dá)到88千米。最終，NavLab 1成功地完成了從匹茲堡到洛杉磯的“不手動(dòng)”駕駛之旅，其中大約有98.2%的里程實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛，人們只在避障的時(shí)候?yàn)槠涮峁┝艘恍椭?。這項(xiàng)研究成果對(duì)于現(xiàn)在的無(wú)人駕駛技術(shù)有著非常重要的借鑒意義。

DARPA的重大挑戰(zhàn) 2004年，美國(guó)政府和軍方開(kāi)始重新研究自動(dòng)駕駛技術(shù)。當(dāng)年，研究團(tuán)隊(duì)成功地讓無(wú)人駕駛汽車(chē)穿越了Mojave沙漠。為了達(dá)成10年后至少有三分之一的軍用車(chē)輛能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)駕駛的目標(biāo)，DARPA每年都會(huì)舉辦獎(jiǎng)金高達(dá)100萬(wàn)美元的比賽。

這項(xiàng)比賽被專(zhuān)業(yè)人士視為人類(lèi)有史以來(lái)，對(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)發(fā)起的最重要挑戰(zhàn)。在這個(gè)挑戰(zhàn)的刺激下，無(wú)人駕駛汽車(chē)的功能變得越來(lái)越復(fù)雜，它們開(kāi)始學(xué)會(huì)處理其他車(chē)輛、交通信號(hào)、道路障礙等信息，以及如何與人類(lèi)駕駛員和睦相處。

谷歌的大計(jì)劃 2009年，谷歌公司在DARPA的支持下，開(kāi)始了無(wú)人駕駛汽車(chē)項(xiàng)目的研發(fā)。當(dāng)年，谷歌公司改裝的一輛豐田普銳斯在太平洋沿岸行駛了2.2萬(wàn)千米，歷時(shí)一年多。許多2005-2007年間在DARPA從事研究的工程師都加入了谷歌的團(tuán)隊(duì)，他們相繼成功地研發(fā)了視頻系統(tǒng)、雷達(dá)和激光自動(dòng)導(dǎo)航等技術(shù)。谷歌的大計(jì)劃就此開(kāi)始。

2014年，谷歌對(duì)外發(fā)布了完全自主設(shè)計(jì)的無(wú)人駕駛汽車(chē)。2015年，第一輛原型汽車(chē)正式亮相，并上路接受了測(cè)試。在這輛可愛(ài)的小車(chē)中，谷歌甚至完全放棄了方向盤(pán)的設(shè)計(jì)。

中國(guó)無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā) 中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究。

1992年，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)成功地研制了中國(guó)第一輛真正意義上的無(wú)人駕駛汽車(chē)。它裝有由計(jì)算機(jī)及其配套的檢測(cè)傳感器和液壓控制系統(tǒng)組成的駕駛系統(tǒng)，能夠在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)駕駛汽車(chē)。2003年7月，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)和中國(guó)一汽聯(lián)合研發(fā)的紅旗無(wú)人駕駛轎車(chē)高速公路試驗(yàn)成功，其自主駕駛最高穩(wěn)定時(shí)速可達(dá)13O千米，總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。2005年，上海交通大學(xué)成功地研制了首輛城市無(wú)人駕駛汽車(chē)，測(cè)試行駛近50萬(wàn)千米，其中最后8萬(wàn)千米是在沒(méi)有任何人為干預(yù)措施下完成的。2011年，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)打造的一輛無(wú)人駕駛汽車(chē)從長(zhǎng)沙開(kāi)至武漢，共計(jì)行駛了285千米。2013年，百度無(wú)人駕駛車(chē)項(xiàng)目起步。百度無(wú)人駕駛車(chē)可自動(dòng)識(shí)別交通指示牌和行車(chē)信息，配備了雷達(dá)、相機(jī)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航等電子設(shè)施，并安裝了同步傳感器。車(chē)主只要向?qū)Ш较到y(tǒng)輸入目的地，汽車(chē)即可自動(dòng)前往目的地。

2015年12月，百度無(wú)人駕駛車(chē)從位于北京中關(guān)村軟件園的百度大廈附近出發(fā)，駛?cè)隚7京新高速公路，經(jīng)五環(huán)路，抵達(dá)奧林匹克森林公園，隨后按原路線(xiàn)返回，全程自動(dòng)駕駛。此次路試首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)城市、環(huán)路及高速道路混合路況下的全自動(dòng)駕駛，完成了進(jìn)入高速（匯入車(chē)流）到駛出高速（離開(kāi)車(chē)流）的不同道路場(chǎng)景的切換，以及多次跟車(chē)減速、變道、超車(chē)、上下匝道、調(diào)頭等復(fù)雜駕駛動(dòng)作，測(cè)試時(shí)最高速度達(dá)到100千米/小時(shí)。

無(wú)人駕駛技術(shù)的核心

當(dāng)然，無(wú)人駕駛技術(shù)不是一蹴而就的，而是靠不斷創(chuàng)新累積而成的，其發(fā)展大致要經(jīng)歷以下四個(gè)階段。

駕駛輔助

駕駛輔助能為駕駛員在駕駛時(shí)提供必要的信息采集，在關(guān)鍵時(shí)候，給予清晰、精確的警告，相關(guān)功能有：車(chē)道偏離警告（LDW）、正面碰撞警告（FCW）、盲點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)（BSM）和自動(dòng)泊車(chē)輔助（PLA）等。目前，這些功能已在中高檔車(chē)上廣為應(yīng)用。

半自動(dòng)駕駛

駕駛員在得到警告后，如果仍未采取相應(yīng)措施，半自動(dòng)系統(tǒng)就會(huì)介入，讓汽車(chē)自動(dòng)做出相應(yīng)反應(yīng)（當(dāng)然駕駛員可根據(jù)需要進(jìn)行自主取舍）。半自動(dòng)駕駛功能有緊急自動(dòng)剎車(chē)（AEB）、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）、車(chē)道保持系統(tǒng)（LKA）和自動(dòng)泊車(chē)（PA）等，這些功能已在高配置車(chē)上應(yīng)用。

高度自動(dòng)駕駛

該系統(tǒng)能在駕駛員的監(jiān)控下，讓汽車(chē)通過(guò)識(shí)別路上的各種信息，臨時(shí)或長(zhǎng)時(shí)間處于自動(dòng)控制下行駛。目前相關(guān)技術(shù)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，只可在特殊環(huán)境下演示。

完全自動(dòng)駕駛

當(dāng)汽車(chē)、手機(jī)、道路、生活小區(qū)、商店、加油站、停車(chē)位（場(chǎng)）等與人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)的一切，都實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)信息網(wǎng)聯(lián)化時(shí)，汽車(chē)能根據(jù)人的意圖或指令，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、自動(dòng)找車(chē)位泊車(chē)、自動(dòng)候車(chē)載人、自動(dòng)開(kāi)啟車(chē)內(nèi)設(shè)備等。汽車(chē)使用者可以在車(chē)上專(zhuān)心從事其他活動(dòng)。屆時(shí)，自動(dòng)駕駛技術(shù)不僅可以保證行駛路線(xiàn)最優(yōu)化，縮短行車(chē)時(shí)間，更能保證人車(chē)安全，但這需要經(jīng)過(guò)若干年后才能實(shí)現(xiàn)。

隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展演變，如今無(wú)人駕駛汽車(chē)主要包括六大核心技術(shù)系統(tǒng)。

隨著無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)的高速發(fā)展，全球智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在迎來(lái)新一輪的高潮，許多方面都將進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)概念也將紛紛得到實(shí)際應(yīng)用。除了谷歌、百度、斯坦福大學(xué)和中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)等互聯(lián)網(wǎng)巨頭和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)外，傳統(tǒng)汽車(chē)廠(chǎng)商也紛紛開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā)。相信在不久的將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)更多讓我們耳目一新的無(wú)人駕駛汽車(chē)。