無人駕駛汽車的瓶頸問題及創(chuàng)新優(yōu)化

魏浩冉

（鄭州大學(xué)，河南 鄭州450001）

進(jìn)入21 世紀(jì)，計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能等技術(shù)都有了很大程度的突破。計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展為其他學(xué)科的發(fā)展和改進(jìn)提供了技術(shù)工具支撐，汽車工業(yè)正在日漸成熟，作為未來汽車的重要發(fā)展方向——無人駕駛汽車，得到了進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)會。無人駕駛汽車可以將人從枯燥的長途駕駛中釋放出來，保留駕駛本身的樂趣，讓駕駛更加安全。

無人駕駛汽車實(shí)質(zhì)是一種通過車內(nèi)的智能駕駛系統(tǒng)模擬人的駕駛行為，將人從駕駛中解放出來的輪式移動機(jī)器人[1]。為了模擬人的駕駛行為，首先需要借助車輛傳感器和智能設(shè)備來獲取車輛外部的路況和車況，獲取了外部信息后需要將信息傳輸給車載智能設(shè)備，智能設(shè)備通過操作車輛的四大系統(tǒng)來驅(qū)動車輛行駛，將人從枯燥的長途駕駛中釋放出來，保留駕駛本身的樂趣，讓駕駛更加安全。

1 簡述

1.1 無人駕駛汽車的階段性目標(biāo)

無人駕駛是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，為了更加直觀了解發(fā)展的程度，專家將無人駕駛分成了不同的階段。國際自動機(jī)工程師學(xué)會（SAE International）將無人駕駛汽車的發(fā)展過程分為6 個(gè)階段：L0 級，即由駕駛員對汽車進(jìn)行一切的操作；L1 級，輔助駕駛員對汽車進(jìn)行縱向的控制，提供輔助制動；L2 級，在L1 的基礎(chǔ)上加入橫向控制，具備更多的自動控制功能；L3 級，在部分路況下可以交給系統(tǒng)進(jìn)行自主駕駛，系統(tǒng)無法處理時(shí)交給駕駛員處理；L4 級，在部分工況下可以實(shí)現(xiàn)完全的自主駕駛，系統(tǒng)能夠自己解決突發(fā)狀況；L5 級，所有工況下都能實(shí)現(xiàn)無人的自動駕駛[2]。

1.2 無人駕駛汽車的研究成果

目前，歐美日等汽車工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)強(qiáng)國在無人駕駛的研究上都已進(jìn)行了樣車測試，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。無人駕駛汽車的發(fā)展方向有兩種，一種以谷歌等IT 公司為代表，希望通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法、高精度數(shù)字地圖直接邁入L4 級的自動駕駛；另一種以奧迪、沃爾沃等汽車主機(jī)廠為代表，希望提高汽車的硬件設(shè)備，從L1 級開始逐步實(shí)現(xiàn)無人駕駛的目標(biāo)。谷歌作為IT 行業(yè)的巨頭，具有驚人的研發(fā)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，2012 年谷歌第一輛搭載了環(huán)境感知傳感器、先進(jìn)的無人駕駛算法等尖端技術(shù)的無人駕駛汽車正式問世[3]。目前，谷歌的無人駕車汽車已安全駕駛了480 000 km。奧迪在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域的成果，為其提供了龐大的資金，支持其進(jìn)行無人駕駛汽車的研究，奧迪的專利數(shù)量位列主機(jī)廠第一位，這也從側(cè)面說明奧迪的無人駕駛技術(shù)積累深厚。

2 無人駕駛汽車的瓶頸

2.1 技術(shù)問題

2.1.1 全天候感知

為了實(shí)現(xiàn)無人駕駛的最終目標(biāo)，車輛必須感知外界環(huán)境，進(jìn)行環(huán)境感知的重點(diǎn)在于使車輛更好模擬人類駕駛員感知能力。環(huán)境感知的任務(wù)是感知車身狀態(tài)和交通狀態(tài)，現(xiàn)在的GPS 只能獲取車輛的行駛速度、姿態(tài)方位等信息，而要感知交通狀態(tài)，需要借助雷達(dá)、相機(jī)視覺傳感器等捕捉外界信息。

但現(xiàn)在的相機(jī)和雷達(dá)存在著制約進(jìn)一步發(fā)展的缺點(diǎn)，如相機(jī)易受光照、視角、尺度、陰影、污損和遮擋等諸多不確定因素的干擾，雷達(dá)不易解決凹坑反射、煙塵干擾和雨雪霧等惡劣天氣的探測難題，且相機(jī)和雷達(dá)傳感器感知的范圍都是有限的，在汽車行駛過程中可能存在感知的盲區(qū)，這些因素都制約著車輛獲取外界的信息。

2.1.2 人機(jī)交互

在實(shí)現(xiàn)完全無人駕駛的路上，L2、L3 都是重要的發(fā)展階段，這兩個(gè)階段都需要人和無人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行交互。當(dāng)前進(jìn)行人機(jī)交互主要的問題是什么時(shí)候由人負(fù)責(zé)、什么時(shí)候該由系統(tǒng)負(fù)責(zé)。例如，ESP 是單駕雙控模擬，當(dāng)人和系統(tǒng)都感知到路面突發(fā)的狀況，想要控制汽車時(shí)，可能會出現(xiàn)爭奪駕駛權(quán)的情形，這可能使汽車錯(cuò)過最佳的避險(xiǎn)時(shí)機(jī)。如何在最短的時(shí)間內(nèi)完成駕駛權(quán)的交接也是一個(gè)難題，在谷歌的無人駕駛測試中，很多事故的發(fā)生都是由于駕駛員和系統(tǒng)爭奪控制權(quán)造成的。

2.2 成本問題

若是想大規(guī)模普及和應(yīng)用無人駕駛汽車，成本問題是當(dāng)前需要率先解決的問題。無人駕駛汽車為了能夠更好感知環(huán)境，需要數(shù)目眾多的相機(jī)視覺傳感器、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。以奧迪A8 為例，整車共搭載了12 個(gè)超聲波傳感器、4個(gè)360°全景攝像頭、1 款前置攝像頭、4 個(gè)中程雷達(dá)、1 個(gè)遠(yuǎn)程雷達(dá)、1 個(gè)紅外攝像機(jī)，安裝這些裝置的整車價(jià)格約200萬。要實(shí)現(xiàn)更高級別的自動駕駛需搭載更多的傳感器，成本無疑會進(jìn)一步上升，這么高的成本將制約非常多的人使用無人駕駛汽車。

2.3 倫理、法律、制度問題

任何新興的事物在發(fā)展的過程中無疑都會對現(xiàn)存的事物產(chǎn)生沖擊，無人駕駛汽車作為汽車領(lǐng)域的新興事物對現(xiàn)在的倫理和制度產(chǎn)生了沖擊。在倫理上，無人駕駛汽車需要解決事故責(zé)任的問題，當(dāng)人乘坐無人駕駛的汽車時(shí)，無人駕駛系統(tǒng)判斷危險(xiǎn)將要發(fā)生且不可避免時(shí)，是將保護(hù)乘客放在首位，還是優(yōu)先保護(hù)行人，這個(gè)倫理問題需要進(jìn)一步討論。在法律上，首先中國法律不允許無人駕駛汽車上路，《道路交通安全法》及相關(guān)條例只允許有資格的駕駛?cè)笋{駛機(jī)動車上路，這無疑將無人駕駛汽車排除在道路之外。其次，當(dāng)事故發(fā)生后，事故的責(zé)任是該由車內(nèi)的乘客來承擔(dān)，還是汽車制造廠商來承擔(dān)，當(dāng)前的法律法規(guī)也沒辦法解決這個(gè)問題。制度方面，當(dāng)前傳統(tǒng)汽車的道路測試標(biāo)準(zhǔn)對于無人駕駛汽車并不適合，這也是發(fā)展無人駕駛汽車需要克服的問題。

3 創(chuàng)新優(yōu)化方案

3.1 車路協(xié)同感知、優(yōu)化人機(jī)交互

針對當(dāng)前的傳感器無法滿足無人駕駛要求的現(xiàn)狀，發(fā)展車路協(xié)同技術(shù)具有重要的意義。車路協(xié)同（cooperative vehicle-infrastructure）技術(shù)是基于無線傳輸網(wǎng)絡(luò)、新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取道路信息，來提高道路交通安全、緩解交通擁堵并能提高整個(gè)系統(tǒng)通行效率[4]。整個(gè)車路協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)該包括車載感知系統(tǒng)、路邊感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。車載感知系統(tǒng)通過車載傳感器感知車輛自身的運(yùn)行狀況、道路狀況和車輛的位置等。路邊感知系統(tǒng)感知道路交通狀況、道路氣象和路面狀況等。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將收集的信息進(jìn)行匯總、分配給每個(gè)無人駕駛系統(tǒng)，幫助系統(tǒng)了解當(dāng)前車輛的狀況。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過云端的超級計(jì)算機(jī)為車輛規(guī)劃最合適的路徑。該技術(shù)可以幫助無人駕駛減少對雷達(dá)等傳感器的依賴，感知外部環(huán)境。

為了解決當(dāng)前人機(jī)共駕所存在的控制冗余與博弈特性，要求提高無人駕駛控制系統(tǒng)的智能化水平，給系統(tǒng)分配更多的控制權(quán)。當(dāng)人和系統(tǒng)同時(shí)控制環(huán)對車輛時(shí)，高智能化水平的無人駕駛系統(tǒng)可以識別駕駛員的操作意圖，實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)決策步調(diào)的一致性，也能夠提高駕駛員的操作能力，提高安全通行的能力[5]；當(dāng)人駕駛時(shí)，為了保障駕駛員的駕駛樂趣，無人駕駛控制系統(tǒng)可以交出大部分的控制權(quán)，潛伏起來；當(dāng)駕駛員處理不了當(dāng)前狀況時(shí)，無人駕駛操作系統(tǒng)可以迅速出來操作車輛，減少人機(jī)交接操作權(quán)的時(shí)間。

3.2 降低應(yīng)用成本

無人駕駛汽車的成本很大一部分來自于雷達(dá)，雷達(dá)是無人駕駛汽車上最貴的零部件，雷達(dá)相當(dāng)于人的眼睛，還有超過人眼的反應(yīng)速度，因而價(jià)格不菲。降低整車的成本，關(guān)鍵在于降低雷達(dá)的價(jià)格。雷達(dá)制造廠商可以通過改進(jìn)雷達(dá)接收器的制造工藝或形成規(guī)?；纳虡I(yè)應(yīng)用，通過批量生產(chǎn)的方式來攤薄生產(chǎn)成本，降低雷達(dá)的使用價(jià)格。也可以通過減少雷達(dá)的使用降低整車的生產(chǎn)制造成本，通過改進(jìn)相機(jī)視覺傳感器的感知算法讓它替代雷達(dá)工作。特斯拉則是依托于自身強(qiáng)大的軟件開發(fā)能力，讓無人駕駛控制系統(tǒng)進(jìn)行海量學(xué)習(xí)，使其具有更高的駕駛能力，以此來減少雷達(dá)的使用。

3.3 完善制度和法律法規(guī)

無人機(jī)駕駛系統(tǒng)作為新生事物，開始時(shí)處于“政策真空”，需要進(jìn)行法律的革新。所以可以看到，歐美等汽車工業(yè)強(qiáng)國紛紛承認(rèn)了無人駕駛系統(tǒng)的合法地位，規(guī)范了自動駕駛汽車的道路測試，允許將其應(yīng)用于交通領(lǐng)域。這些年，中國陸續(xù)出臺了很多地方性的監(jiān)管規(guī)范，中央也出臺了相應(yīng)的管理辦法，助力中國無人駕駛汽車的發(fā)展。國家交通運(yùn)輸部為了解決無人駕駛汽車的測試道路標(biāo)準(zhǔn)問題，聯(lián)合工信部、公安部聯(lián)合下發(fā)了中國的測試標(biāo)志——《智慧網(wǎng)聯(lián)汽車自動駕駛功能測試規(guī)程》，助力國內(nèi)自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)語

無人駕駛在解決道路擁堵、空氣污染和交通事故方面具有非常大的優(yōu)勢，能給社會帶來巨大的效益，推動整個(gè)汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，顛覆人們的出行方式。但當(dāng)前無人駕駛面臨諸多的問題，涉及技術(shù)、成本和制度等方方面面，需要逐步完善，相信通過人們的努力無人駕駛的最終目標(biāo)一定能夠?qū)崿F(xiàn)。