無人駕駛汽車的起源與發(fā)展

賈玉龍

（武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院 湖北 武漢 430070）

1 引言

無人駕駛汽車，通過應(yīng)用感知技術(shù)來探測(cè)車輛行駛環(huán)境，并依據(jù)所得到的道路信息、障礙信息，有效的控制車速及其行進(jìn)方向，從而確保車輛的安全穩(wěn)定行駛。研究發(fā)現(xiàn)，無人駕駛技術(shù)可大大降低各類交通事故的發(fā)生率，同時(shí)還能減少能源損耗以及尾氣排放。無人駕駛汽車的發(fā)展與應(yīng)用，前景非常廣闊，能夠創(chuàng)造極高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，更是未來智慧城市發(fā)展的重要構(gòu)成。

2 國(guó)外無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

自上個(gè)世紀(jì)七十年代開始，國(guó)外就已開始無人駕駛汽車技術(shù)的研究。美國(guó)最早提出的是ALV（自主地面車輛）計(jì)劃，同時(shí)各大高校也開始有關(guān)無人駕駛技術(shù)的研究。但技術(shù)較為復(fù)雜，且受到應(yīng)用條件的限制，成果極為有限。

1995 年，美國(guó)卡耐基?梅隆大學(xué)推出的無人駕駛汽車獲得成功，實(shí)現(xiàn)了5000多公里的高速道路試驗(yàn)。2005年，美國(guó)斯坦福大學(xué)推出的多功能車，實(shí)現(xiàn)了在崎嶇道路上的長(zhǎng)途穿行。到了2014年，無人駕駛技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。2016年，福特Fusion迎來了無人駕駛汽車的載客“首秀”。在同一年，Google創(chuàng)建獨(dú)立的自動(dòng)駕駛汽車公司W(wǎng)aymo，Google研發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)際測(cè)試?yán)锍桃堰_(dá)到200多萬英里。

2016年10 月，特斯拉在新車上都已安裝Autopilot 2.0“完全自動(dòng)駕駛功能”的硬件系統(tǒng)（軟件部分包括多項(xiàng)輔助功能），且成本并未增加多少。2017年3月，特斯拉宣布推出Autopilot 8.1系統(tǒng)，大大提升了無人駕駛汽車的等級(jí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，特斯拉在Autopilot模式下已行駛超過2.22億英里。

3 國(guó)內(nèi)無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)無人駕駛汽車的發(fā)展相比國(guó)外，不管是技術(shù)上還是理念上都有所落后。在1992年，國(guó)內(nèi)推出了首輛真正意義上的無人駕駛汽車。2000年，國(guó)內(nèi)第4代無人駕駛汽車研制成功，時(shí)速達(dá)到76km/h。

2010 年，國(guó)防科技大學(xué)與一汽共同研發(fā)的無人駕駛轎車，已實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航功能，無需人為干預(yù)，能夠在高速道路上進(jìn)行穩(wěn)定行駛。

2015 年，百度實(shí)現(xiàn)了無人駕駛汽車的道路測(cè)試，同時(shí)宣布創(chuàng)建自動(dòng)駕駛事業(yè)部，計(jì)劃盡快完成商用化。此外，北汽、比亞迪等汽車公司也已逐步涉足無人駕駛領(lǐng)域。

4 關(guān)鍵技術(shù)

無人駕駛汽車最關(guān)鍵的部分在于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，主要包括以下三部分：環(huán)境感知、定位導(dǎo)航和控制系統(tǒng)。環(huán)境感知類似于駕駛?cè)藛T的眼睛，一般由攝像裝置、傳感器件等構(gòu)成，用來對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知。定位導(dǎo)航類似于駕駛?cè)藛T的地圖，用來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能?？刂葡到y(tǒng)類似于駕駛?cè)藛T的大腦，用來對(duì)道路信息進(jìn)行分析，并發(fā)出相應(yīng)的指令。此外，還要用到車聯(lián)網(wǎng)等的支持，以確保車輛的自動(dòng)、安全運(yùn)行。

實(shí)踐表明，要達(dá)到完全的無人駕駛，必須在感知技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。2015年，特斯拉推出7.0版本的感知系統(tǒng)，主要通過圖像識(shí)別來實(shí)現(xiàn)，并以雷達(dá)技術(shù)為輔助，但隨之出現(xiàn)了兩起安全事故。之后的8.0版本對(duì)相關(guān)方案進(jìn)行了升級(jí)，改為雷達(dá)技術(shù)為主，圖像識(shí)別為輔。經(jīng)過此次改造，車輛對(duì)周圍的感知能力大大增強(qiáng)，對(duì)各類障礙物的識(shí)別能力也有所提升，有效的提高了自動(dòng)駕駛的安全性。

谷歌則代表了感知技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展方向。谷歌使用街景車、探測(cè)車等測(cè)繪得到高精度地圖，覆蓋整個(gè)城市的經(jīng)緯度以及各相關(guān)位置的三維信息。隨后采用雷達(dá)和地圖對(duì)車輛的前進(jìn)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠到達(dá)城市內(nèi)的任意位置，但也只限于這一城市。

通過對(duì)當(dāng)前所應(yīng)用的感知技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，大部分都屬于靜態(tài)感知。而自動(dòng)駕駛應(yīng)該能夠預(yù)估到接下來幾秒鐘或者一段時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生什么，不然就無法確保行駛的安全。因此，應(yīng)進(jìn)一步完善感知技術(shù)，目前主要包括以下兩種研究方向，一種是提高技術(shù)的靈活性，也就是增強(qiáng)對(duì)某些不確定性狀況的感知能力；另一種是提高經(jīng)驗(yàn)的可靠性，觀察到的范圍越大，得到的信息也就越多，以此實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的判斷，并利用已確認(rèn)的信息對(duì)無法確認(rèn)的信息加以修正。以上都要依靠深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。

5 未來展望

美國(guó)SAE對(duì)無人駕駛汽車的等級(jí)進(jìn)行劃分，包括5級(jí)。0級(jí)未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛；1級(jí)是對(duì)方向盤或加減速進(jìn)行輔助；2級(jí)是對(duì)方向盤等多項(xiàng)功能進(jìn)行輔助，但駕駛員應(yīng)做好準(zhǔn)備，以便隨時(shí)予以接管；3級(jí)是有條件自動(dòng)駕駛，駕駛員適當(dāng)干預(yù)；4級(jí)為高度自動(dòng)駕駛，但需要滿足一定的道路條件；5級(jí)為完全自動(dòng)駕駛，無需駕駛員的干預(yù)。

目前來說，國(guó)內(nèi)外汽車生產(chǎn)企業(yè)都已達(dá)到1級(jí)，大部分達(dá)到2級(jí)，最為成功的特斯拉、谷歌也只達(dá)到3級(jí)。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，到2020年無人駕駛將進(jìn)入高速發(fā)展期。2017年，特斯拉提出其自動(dòng)駕駛系統(tǒng)到2019年將達(dá)到5級(jí)，到時(shí)候無人汽車將可以自主地從一座城市開到另一座城市，途中“無需人為干預(yù)”。豐田提出到2020年實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的商品化。大眾也將在2020年推出最新的自動(dòng)駕駛方案。以一汽、吉利等為代表的國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)則爭(zhēng)取在2025年推出自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車。

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)無人駕駛，還需考慮到多種結(jié)構(gòu)化環(huán)境探索商業(yè)發(fā)展路徑，比如城市環(huán)境、某些特殊環(huán)境下的應(yīng)用，尤其是城市環(huán)境將成為未來的發(fā)展重點(diǎn)，有分析師給出預(yù)測(cè)，2030年共享出行（租賃無人駕駛汽車）的市場(chǎng)容量有可能達(dá)到2.6萬億美元。

總的來說，無人駕駛汽車必將是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，也是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市交通擁堵問題日漸嚴(yán)重，人們的方便出行逐漸成為一個(gè)亟待解決的問題。無人駕駛汽車的推出，非常適合共享出行以及長(zhǎng)途運(yùn)輸，能夠有效地提高交通運(yùn)輸?shù)男始捌浒踩浴?/p>

[1]端木慶玲，阮界望，馬鈞.無人駕駛汽車的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2014，52(3)：30-33.

[2]鄧學(xué)，陳平，鄭宏達(dá)，等.無人駕駛已悄然上路——汽車顛覆時(shí)代無人駕駛熱血而來[J].機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，2016(4)：44-56.

[3]張宇航.無人駕駛汽車的起源、現(xiàn)狀及展望[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017(19)：109-110.