國(guó)內(nèi)外人工智能汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)及所需技術(shù)

唐山學(xué)院 張浩

1 AI 人工智能汽車(chē)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

1.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展

國(guó)內(nèi)智能汽車(chē)行業(yè)起步較晚，目前仍然處于初級(jí)階段。我國(guó)智能汽車(chē)目前已經(jīng)出現(xiàn)較強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭。不僅僅是車(chē)企，具有智能研發(fā)實(shí)力的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也參與到人工智能汽車(chē)制造這場(chǎng)革命中。百度與吉利、奇瑞聯(lián)合推出互聯(lián)網(wǎng)造車(chē)計(jì)劃，并由百度提供互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)智能化。各互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與車(chē)企的聯(lián)合衍生出中國(guó)特有的互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)。比亞迪汽車(chē)與科大訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)公司合作推出比亞迪D++DiLink 智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)為人工智能汽車(chē)的量產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。近兩年，國(guó)內(nèi)人工智能汽車(chē)如雨后春筍迅速興起，但由于基礎(chǔ)薄弱，汽車(chē)內(nèi)的核心處理部件依賴(lài)英特爾、IBM、三星等外國(guó)企業(yè)，所以我國(guó)人工智能汽車(chē)行業(yè)出現(xiàn)了多但不強(qiáng)的趨勢(shì)。在我國(guó)很多車(chē)企和互聯(lián)網(wǎng)新興造車(chē)也都在研發(fā)人工智能汽車(chē)，但目前為止并沒(méi)有新的突破進(jìn)展，這也與相關(guān)部門(mén)的政策有一定關(guān)系。2017 年以后我國(guó)政府也開(kāi)始重視起人工智能，開(kāi)始大力投入并支持人工智能行業(yè)，這一舉動(dòng)也加快了人工智能汽車(chē)的發(fā)展。

圖1 2019 年上海國(guó)際車(chē)展展出的智能汽車(chē)

伴隨著我國(guó)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略“中國(guó)制造2025”計(jì)劃的實(shí)施，我國(guó)人工智能汽車(chē)也在不斷地進(jìn)步，希望能引進(jìn)新的技術(shù)，加速自主創(chuàng)新，相信我國(guó)智能汽車(chē)會(huì)越來(lái)越好。

1.2 國(guó)外發(fā)展

歐美智能汽車(chē)起步較早，有良好的技術(shù)積累。但和國(guó)內(nèi)相同也是車(chē)企聯(lián)合互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)制造智能汽車(chē)。美國(guó)谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)駕駛L4 級(jí)別的高度智能。Uber 網(wǎng)約車(chē)甚至已經(jīng)上路運(yùn)營(yíng)，你可以用手機(jī)軟件預(yù)約無(wú)人駕駛的汽車(chē)將你送達(dá)目的地。特斯拉作為全球量產(chǎn)智能汽車(chē)的代表，不僅僅在電動(dòng)新能源方面有所突破，在智能方面也非常領(lǐng)先。可以說(shuō)特斯拉是唯一一個(gè)達(dá)到L3 級(jí)別的量產(chǎn)智能汽車(chē)，自適應(yīng)巡航、車(chē)道偏離系統(tǒng)、特定條件下的自動(dòng)駕駛、自動(dòng)制動(dòng)在特斯拉汽車(chē)上也都有體現(xiàn)。在德國(guó)，寶馬、奔馳公司也在加快它們智能汽車(chē)的量產(chǎn)步伐。寶馬提出了“ACES”規(guī)劃，將自動(dòng)駕駛、互聯(lián)、電動(dòng)或零排放、共享作為未來(lái)出行的四大重點(diǎn)。在自動(dòng)駕駛方面，它通過(guò)收購(gòu)Cruise Automation 研究Super Cruise 半自動(dòng)駕駛技術(shù)。另外通過(guò)升級(jí)ConnectDrive 系統(tǒng)增加更多互聯(lián)駕駛功能，推動(dòng)網(wǎng)聯(lián)技術(shù)發(fā)展。

日韓方面人工智能汽車(chē)起步也比較早，并且發(fā)展速度極快。有超越歐美的趨勢(shì)，日本的豐田、三菱等車(chē)企聯(lián)合松下、日立等電器公司來(lái)推出自己的智能化汽車(chē)。豐田汽車(chē)以ACC 自適應(yīng)巡航起家，并一步步邁向無(wú)人化智能汽車(chē)，豐田公司作為日系車(chē)巨頭，雖然在過(guò)去幾年里反復(fù)強(qiáng)調(diào)其研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的初衷不是追求完全自動(dòng)駕駛，而是在利于人們操控的基礎(chǔ)上，可以提高車(chē)輛行駛安全系數(shù)、減少車(chē)禍的新一代安全技術(shù)，但在最近幾年不斷精進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車(chē)技術(shù)的過(guò)程中，豐田還是在一步步向無(wú)人駕駛靠攏。日本也非常支持智能汽車(chē)的發(fā)展，憑借高水平的人才投入和良好的科技基礎(chǔ)，日本的人工智能汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的非常迅速。

圖2 為東京豐田汽車(chē)博物館的可實(shí)現(xiàn)L3 級(jí)別智能駕駛的汽車(chē)和概念汽車(chē)

韓國(guó)人工智能汽車(chē)也不亞于日本，電子行業(yè)巨頭三星聯(lián)合現(xiàn)代起亞等韓企也在研發(fā)人工智能汽車(chē)。智能行業(yè)是韓國(guó)的強(qiáng)項(xiàng)，三星這些年也在汽車(chē)領(lǐng)域頻頻發(fā)力。在2016 年，三星斥資80億美元收購(gòu)美國(guó)汽車(chē)零部件制造商Harman 國(guó)際工業(yè)公司。2017年5 月，三星獲得了韓國(guó)首家自動(dòng)駕駛汽車(chē)測(cè)試牌照

人工智能汽車(chē)的研發(fā)和量產(chǎn)，依賴(lài)于全世界車(chē)企研發(fā)人員的共同努力，只有全球互相交流，各行業(yè)互相協(xié)作，在人工智能汽車(chē)上才能真正有所突破。

2 AI 人工智能汽車(chē)所需技術(shù)

2.1 所需硬件列表

激光測(cè)距器：能夠及時(shí)準(zhǔn)確的繪制出周邊環(huán)境狀況，并轉(zhuǎn)換為3D 形式傳至車(chē)載電腦。

車(chē)載雷達(dá)：車(chē)載雷達(dá)分為毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、矩陣?yán)走_(dá)。我們目前所研發(fā)的智能汽車(chē)一般采用毫米波雷達(dá)，精度較高經(jīng)濟(jì)性好。每臺(tái)車(chē)至少裝有2 個(gè)雷達(dá)。通常情況下為8 探頭雷達(dá)。

微型傳感器：用來(lái)監(jiān)控車(chē)輛路線(xiàn)偏離情況，配合GPS 導(dǎo)航使用。

高速車(chē)載電腦（ECU）：儲(chǔ)存和處理各感應(yīng)器傳來(lái)的信息，并將執(zhí)行指令發(fā)送至執(zhí)行單位，與普通車(chē)載電腦相比容量可達(dá)100GB 以上。并且可靠性更高。

高清攝像頭：用來(lái)偵查交通信號(hào)燈以及行人往來(lái)車(chē)輛等其他障礙物，也為行駛記錄動(dòng)態(tài)信息。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System，ADAS）功能。前方碰撞預(yù)警（Forward collision warning，F(xiàn)CW），泊車(chē)輔助（Park assist，PA），車(chē)道偏離預(yù)警（Lane departure warning，LDW），自動(dòng)泊車(chē)（Automatic parking，AP），盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)（Blind spot detection，BSD），全景可視系統(tǒng)（Surround viewsystems，SVS），前方碰撞輔助（Forward collision assist，F(xiàn)CA），瞌睡警示（Drowsiness alert），車(chē)道保持輔助（Lane departure assist，LKA）。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 環(huán)境感知技術(shù)

通過(guò)車(chē)載傳感器對(duì)車(chē)輛周?chē)鷫木尺M(jìn)行感知，其中包括車(chē)輛自身信息、周邊環(huán)境與道路信息。列如：其他車(chē)輛行駛速度、位置確認(rèn)、行人動(dòng)態(tài)信息等等。同時(shí)可對(duì)自身車(chē)速、油量、轉(zhuǎn)向度、加速度等進(jìn)行感知。

2.3.2 定位導(dǎo)航技術(shù)

分為定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)，包括相對(duì)定位（如維度儀，里程表）、絕對(duì)定位GPS、組合定位。定位技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)基本基于網(wǎng)絡(luò)地圖?？梢?jiàn)高精度網(wǎng)絡(luò)地圖在自動(dòng)駕駛中的重要作用。

2.3.3 路徑規(guī)劃技術(shù)

路徑規(guī)劃技術(shù)是為汽車(chē)實(shí)時(shí)提供駕駛路徑的技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)控制智能汽車(chē)可以為無(wú)人駕駛提供最優(yōu)的行車(chē)路徑?？煽刂破?chē)躲避障礙物，指令轉(zhuǎn)向控制器等，路徑規(guī)劃技術(shù)可為汽車(chē)規(guī)劃全局路徑。

2.3.4 決策控制技術(shù)

決策控制技術(shù)是人工智能汽車(chē)的關(guān)鍵部分。它通過(guò)傳感器提供的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)信息，對(duì)車(chē)輛的各執(zhí)行元件進(jìn)行決策行為。決策技術(shù)具體還要參考汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)特征、行為特征動(dòng)力性、機(jī)械性能做出決策。較為合適的決策技術(shù)有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模糊控制等。決策控制系統(tǒng)可分化為反射式、反應(yīng)式和綜合式。

3 人工智能汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)功能

不同級(jí)別的人工智能汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)的功能不同，這里我們分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三個(gè)級(jí)別來(lái)說(shuō)明。

初級(jí)：ABS 防抱死剎車(chē)，EPS 電子車(chē)身穩(wěn)定（不同品牌名稱(chēng)不同也稱(chēng)作ESC，VSA 等），GPS 導(dǎo)航，自動(dòng)空調(diào)，藍(lán)牙互聯(lián)等。

中級(jí)：自動(dòng)泊車(chē)，ACC 自適應(yīng)巡航，車(chē)道偏離預(yù)警，碰撞預(yù)警，半自動(dòng)無(wú)人駕駛等。

高級(jí)：高度無(wú)人駕駛，路線(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃，車(chē)聯(lián)網(wǎng)，智能終端互聯(lián)，生態(tài)互聯(lián)。

4 存在的難題

（1）傳感器成本高，導(dǎo)致人工智能汽車(chē)不能大規(guī)模量產(chǎn)，傳感器的精度雖符合要求，但穩(wěn)定性還有很大的未知性，提高傳感器穩(wěn)定性降低成本是目前影響智能汽車(chē)發(fā)展的一大難題。

（2）系統(tǒng)不夠完善，不管是電腦系統(tǒng)存在的系統(tǒng)漏洞，還是汽車(chē)執(zhí)行系統(tǒng)出現(xiàn)的配合不完善的問(wèn)題，都一直在困擾著人工智能汽車(chē)的發(fā)展。在這方面還需要大量的路試數(shù)據(jù)去驗(yàn)證系統(tǒng)的完善性。

（3）最大的難題莫過(guò)于安全問(wèn)題，豐田杰路馳定速巡航事件2012、奔馳定速巡航事件、UBER 自動(dòng)駕駛死亡事件、特斯拉ModelS 自動(dòng)啟動(dòng)連撞五車(chē)。人工智能汽車(chē)的安全性目前還不能完全控制，無(wú)論汽車(chē)如何發(fā)展，它始終是服務(wù)于人類(lèi)的，如果不能提供安全保障，一切科技都毫無(wú)意義。

（4）政策難題，我國(guó)還未允許高度無(wú)人駕駛汽車(chē)上路載客行駛，雖然在上海靜安區(qū)開(kāi)放了兩條無(wú)人駕駛汽車(chē)測(cè)試道路。希望科技日益完善，相關(guān)部門(mén)也開(kāi)放政策。

5 結(jié)語(yǔ)

人工智能汽車(chē)，已經(jīng)成為了可與芯片半導(dǎo)體行業(yè)并駕齊驅(qū)的重要發(fā)展行業(yè)，在未來(lái)人工智能在汽車(chē)行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景，必然是自動(dòng)駕駛。汽車(chē)要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，感知、決策與控制三大系統(tǒng)缺一不可。其中，首要解決的便是圖像識(shí)別能力，而傳感器的“智能”水平很大程度上決定了自動(dòng)駕駛汽車(chē)在復(fù)雜路況上的可靠度，因此深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用便成為了關(guān)鍵所在。