淺談無人駕駛汽車技術(shù)原理

丁日智長安大學(xué)

淺談無人駕駛汽車技術(shù)原理

丁日智
長安大學(xué)

摘要：無人駕駛汽車是電子信息化高度發(fā)展的產(chǎn)物，它依靠車載傳感器來感知周圍情況，通過強(qiáng)大的軟件處理系統(tǒng)來分析判斷，進(jìn)而操控汽車行駛速度和方向，是一種無人駕駛的智能汽車。

關(guān)鍵詞：無人駕駛汽車；發(fā)展；激光雷達(dá)；技術(shù)原理

一、無人駕駛汽車的發(fā)展情況

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)的不斷突破，自上世紀(jì)七十年代，美國、德國、英國等西方發(fā)達(dá)國家便對(duì)無人駕駛汽車進(jìn)行著力研究，并在實(shí)用性和技術(shù)層面取得了巨大的成就，駕駛方式從人為操縱駕駛逐漸發(fā)展為無人駕駛。

從有人駕駛到無人輔助駕駛一般可分為四個(gè)階段。第一階段為輔助駕駛：該系統(tǒng)只是為駕駛員提供特定的精確信息或警告，如車道偏離、碰撞警告、盲點(diǎn)提示等；第二階段為半自動(dòng)駕駛：當(dāng)駕駛員受到系統(tǒng)警告后仍未及時(shí)做出正確措施時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)響應(yīng)處理情況，避免意外發(fā)生；第三階段為高度自動(dòng)駕駛：汽車在駕駛員的監(jiān)控下可在一定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)行駛，但無法完全脫離駕駛員，在較為復(fù)雜的情況下仍需人為操控駕駛；第四階段為全自動(dòng)駕駛：行駛過程中不需要人為干涉，汽車做到全自動(dòng)行駛，在行駛前人們只需輸入相應(yīng)的指令即可。

目前前三個(gè)階段大部分廠商已經(jīng)研發(fā)出來，并投入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中。如在英國倫敦希斯羅機(jī)場(chǎng)，許多輛無人駕駛汽車秩序井然地接待乘客開往機(jī)場(chǎng)。還有一些無人駕駛汽車也已在西方國家亮相，它們的目的是幫助人們短距離出行。至今，美國谷歌的無人駕駛汽車技術(shù)水平最高，走在世界前列。谷歌已經(jīng)對(duì)無人駕駛汽車進(jìn)行了長時(shí)間地測(cè)試研究，成熟度相當(dāng)高，正處于第四階段。據(jù)消息報(bào)道，由谷歌研發(fā)的無人駕駛汽車已經(jīng)行駛了七十多萬英里，實(shí)用性和安全性都特別可靠。

在我國，無人駕駛技術(shù)已進(jìn)行了20多年的發(fā)展，成為我國重要的科技發(fā)展計(jì)劃之一。我國現(xiàn)已培養(yǎng)了大批人才、不斷創(chuàng)新技術(shù)，強(qiáng)有力地推動(dòng)了無人駕駛技術(shù)發(fā)展。2014年7月24日，百度已啟動(dòng)無人駕駛汽車研發(fā)計(jì)劃，并已將視覺、聽覺等識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在無人汽車系統(tǒng)研發(fā)中。

二、無人駕駛汽車技術(shù)原理

無人駕駛汽車是利用多種車載傳感器獲取車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息進(jìn)行智能處理分析判斷，從而控制車輛的行駛方向和速度，使得可以有效安全地行駛在道路上。簡(jiǎn)單地說，無人駕駛汽車類似于一個(gè)機(jī)器人，可以進(jìn)行自主操縱。

首先，無人駕駛汽車?yán)密囕d傳感器感知路況和周邊環(huán)境，這是一個(gè)難點(diǎn)。若無法獲取準(zhǔn)確信息，那么無人駕駛將會(huì)發(fā)生不堪設(shè)想的后果。早期無人駕駛汽車采用磁導(dǎo)航技術(shù)，即在道路上埋設(shè)一定的導(dǎo)航設(shè)備(如磁釘或電線)，實(shí)施繁瑣，線路不易變更，行駛靈動(dòng)性差。隨后部分無人駕駛汽車采用廉價(jià)的光學(xué)攝像頭，但該技術(shù)需要極高地模式識(shí)別和圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)車輛的行駛方向和速度難以快速準(zhǔn)確地判斷，不過可對(duì)十字馬路的紅綠燈進(jìn)行很好地識(shí)別。也有無人駕駛汽車采用雷達(dá)進(jìn)行輔助駕駛，雷達(dá)成本低，但車載雷達(dá)發(fā)射功率有限，無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)，若有障礙物遮擋，那么雷達(dá)的探測(cè)能力將大打折扣。目前，谷歌研發(fā)的無人駕駛汽車?yán)玫氖羌す饫走_(dá)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)靠的是不斷改變激光的波長，向周圍的物體發(fā)出光，計(jì)算光反射所用的時(shí)間來實(shí)時(shí)三維識(shí)別周邊情況，還可結(jié)合地圖推斷當(dāng)前所處地理位置，已接近實(shí)用性。只是目前該項(xiàng)技術(shù)設(shè)備成本很高，難以普及，在一些軟件處理方面還有待優(yōu)化改進(jìn)。

其次，無人駕駛汽車將傳感器獲取的信息傳輸給CPU，CPU會(huì)根據(jù)信息像人腦一樣做出智能化準(zhǔn)確的判斷。而人工智能化判斷則需要后臺(tái)有個(gè)強(qiáng)大的軟件處理系統(tǒng)，不斷地分析處理各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)不同的行駛操作。例如：無人駕駛汽車會(huì)根據(jù)周圍情況，在保證安全的前提下自主完成超車行駛?cè)蝿?wù)；行駛過程中若碰到障礙物或其他車輛，它會(huì)智能改變車道或降低車速等待其他車輛通過；無人駕駛汽車還會(huì)識(shí)別路邊交通指標(biāo)和紅綠燈選擇正確的行駛速度和車道……在這些過程中，軟件處理系統(tǒng)若有一步判斷失誤便極有可能造成交通事故或違反交通規(guī)則，因此對(duì)軟件處理系統(tǒng)的要求是十分苛刻的，不允許出現(xiàn)任何失誤。此外，越強(qiáng)的軟件處理系統(tǒng)，它遭遇黑客攻擊和故障的不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)也越大，一旦系統(tǒng)被攻占，由不法分子控制，那么后果是難以想象的。這一點(diǎn)谷歌的技術(shù)較為成熟，并已運(yùn)用到實(shí)際中，安全性十分高。但據(jù)消息稱，2016年2月14日，谷歌一輛無人駕駛汽車在低速行駛的情況下，由于判斷失誤碰上了一輛公交車。所以，若想完全實(shí)現(xiàn)無人駕駛，在軟件處理和算法上還需要不斷加強(qiáng)，類似Alphago一樣不斷地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，進(jìn)而做出步步精準(zhǔn)的判斷。

最后，通過電控系統(tǒng)，將處理完的各種信號(hào)最終轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，操控機(jī)械裝置，完成車輛的各種動(dòng)作。通過幾十年的發(fā)展，這方面基本已經(jīng)完善。就如今的大部分汽車而言都是利用電控系統(tǒng)，講各種操縱動(dòng)作解讀為一組電子信息傳遞給汽車機(jī)械裝置。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)很好的應(yīng)用于無人駕駛汽車，人們可以花更多的時(shí)間去研究前兩方面的技術(shù)難關(guān)。

三、無人駕駛汽車未來展望

無人駕駛汽車的發(fā)展空間還很大，人們還需要攻克各方面難關(guān)來實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人駕駛?？梢钥隙ǖ氖侵悄芑噷?huì)逐漸步入我們的生活，給人們帶來更多便利。如今人們估計(jì)到2020年，汽車車身周圍會(huì)配置全方位檢測(cè)雷達(dá)，當(dāng)檢測(cè)到車距過小時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)剎車，防止碰撞。到2030年，基本上實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)駕駛，人們可以在較復(fù)雜路況下只控制方向盤或只踩油門和剎車了。我想未來的生活可能是這樣的，我們只要對(duì)著手機(jī)說目的地，手機(jī)將會(huì)把訊息傳達(dá)給汽車，汽車會(huì)自主開到家門口，并自動(dòng)選擇好最佳路線，此時(shí)你只要進(jìn)入汽車內(nèi)按下按鈕便可前往目的地，在此期間你不需要任何操作，只需享受舒適的行程即可。隨著高科技的發(fā)展，無人駕駛汽車的功能也將更完善，產(chǎn)業(yè)化前景更美好。

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作者簡(jiǎn)介：丁日智（1995-），男，漢族，浙江臺(tái)州人，長安大學(xué)學(xué)生，本科，電子信息，電子自動(dòng)化。