无人驾驶汽车及其发展

研究前沿Researchfrontiers·24·中国高新科技2019年第41期无人驾驶汽车及其发展摘要：无人驾驶汽车作为未来汽车发展的重要方向，已经成为人们追求的最终出行方式，引领了未来科技领域的至高点。文章首先介绍了无人驾驶汽车及其特点，然后阐述无人驾驶汽车的国内外研究现状及优缺点，最后对无人驾驶汽车进行了总结。关键词：无人驾驶；无人驾驶汽车；技术发展；智能出行文章编号：2096-4137（2019）05-024-04DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2019.05.04■文／宋飞扬0　引言无人驾驶汽车能彻底颠覆传统的驾驶方式，给人们带来革命性的出行方式变革。无人驾驶汽车又称四轮智能移动机器人，它被重新定义和使用，人们不仅可以从操纵车辆中释放出来，而且可以把汽车作为移动办公室、电影院、书房，甚至是“住房”。无人驾驶汽车不仅能在日常生活中广泛应用，在国防军事方面也存在着巨大的潜力。无人驾驶汽车能减少直接参战人数，从而减少战场伤亡人员。无人驾驶汽车改变了人们的出行方式，逐步得到重视，是未来典型的热门的应用之一，将像新能源汽车一样进入寻常百姓家。1　无人驾驶汽车及其特点1.1　无人驾驶汽车简介广义来讲，无人驾驶汽车可以定义为一种四轮智能移动机器人，它将多种技术集合起来，达到自动驾驶的目的。无人驾驶汽车利用自身硬件设备感知道路状况，经过计算后控制车辆做出反应。无人驾驶汽车最终目的是实现真正的无人驾驶，但是由于技术、法律法规、道路等条件的限制，目前只能做到辅助驾驶，还不能实现真正的无人驾驶。随着无人驾驶汽车技术的不断发展，这一目标可能离我们越来越近了。无人驾驶汽车分为两种：一种是车辆自身利用车载激光雷达、惯性陀螺仪、雷达等传感器，感知道路状况及车辆周围环境，经过计算机处理后由车辆行驶系统执行；另一种则与车联网有关，属于智能交通范畴，例如通过MANET或VANET等系统将道路上全部汽车组成一张“车联网”，从而达到给车辆设定行驶路线，但这对道路环境与地图定位精确度要求非常大。如果能利用相关的技术巧妙地将两者结合起来，那么无人驾驶可以发展为一种根据远近、路面规划、拥堵情况等路线的智能驾驶系统，在行驶过程中无人驾驶能实现更高效率、更优化的无人驾驶功能。无人驾驶汽车是一种集自动驾驶、智能计算、人工智能等多种领域科技为一体的高科技产物，体现了一个国家的科技发展和技术水平，在国防军事和国民经济领域有着广阔的发展前景，因此成为现代工业核心竞争力的表现。1.2　无人驾驶汽车的优点随着人们出行方式的改变和对安全的重视，无人驾驶汽车逐渐成为人们未来生活的理想交通工具。未来无人驾驶汽车不仅可以缩短人们浪费的时间，甚至有些时候比人驾驶汽车更加安全。许多专家预测，到2020年，全自动驾驶汽车就会上路，这些无人驾驶汽车的到来，将会给人们的生活带来巨大的变化。无人驾驶车辆称之为智能移动机器人，不仅集成了各种技术的“新物种”，更重要是具有多种优点，形成了未来发展的方向，无人驾驶汽车的优点如下。（1）能大幅度降低路面交通事故。据世界卫生组织统计，全球每年约有125万人死于交通事故，2017年中国的车祸死亡人数约为6万人，居世界第二。大部分交通事故是因为驾驶员难以长时间集中精力驾驶车辆或者难以处理紧急复杂状况。如果无人驾驶汽车能真正的普及与推广使用，车辆能长时间受控于无人驾驶系统，就能从根本上大幅度减少交通事故。（2）减少路面交通拥堵。车联网可以将道路上所有汽车连接起来，根据路面交通状况判断哪些路段畅通、拥堵，从而更好地规划行车路线，不仅能减少路面交通拥堵，还能缩短行程时间。研究前沿Researchfrontiers·25·中国高新科技2019年第41期（3）释放驾驶员的双手。无人驾驶汽车技术成熟后，车辆完全由控制系统控制，甚至不需要方向盘，达到全程不需要人的操控，这样就可以让人享有更多的自由时间，娱乐放松，而不是将全程用在把握方向盘上。（4）购买私家车的人数将减少。据美国密歇根大学交通运输研究所研究调查显示：与购买私家车自己驾驶出行相比，越来越多的人愿意乘坐无人驾驶出租车出行，通过预算，这种方案可以节省80％的开支。（5）停车场资源将不再紧张。据美国银行最新调查显示，城市空间31%的土地都用来建造停车场。如果人们购买的无人驾驶汽车，会在到达目的地后自动寻找泊车位置，这不仅能减少时间的浪费，还能减缓停车场压力。2　无人驾驶汽车的国内外研究现状早在20世纪70年代，发达国家就开始着手对无人驾驶汽车的研究，我国从20世纪80年代开始研究无人驾驶汽车。无人驾驶汽车是创新科技领域的衡量标志，也代表了国家工业领域的水平。2.1　无人驾驶汽车的国外研究现状随着国外先进科技的不断发展，越来越多人把目光投向了无人驾驶汽车，其中谷歌、德尔福、福特等公司在无人驾驶汽车领域已经掌握了核心研发技术，并在不断努力改造无人驾驶汽车。图1　谷歌无人驾驶汽车（1）谷歌无人驾驶汽车。如图1所示，谷歌无人驾驶汽车（GoogleDriverlessCar）是谷歌公司于2009年提出的无人驾驶汽车项目。2009年谷歌将一台丰田普锐斯改装成谷歌第一代无人驾驶汽车，该车采用了车载64束激光雷达对路面状况进行判断。2011年，谷歌将一辆雷克萨斯RX450H改装成第二代无人驾驶汽车，加了环境感知技术，提高了自身深度学习水平，拓宽了车联网的应用。2012年，谷歌获得了内华达州的无人驾驶汽车上路测试的牌照，这是无人驾驶汽车的一个里程碑。2014年4月，谷歌正式更新无人驾驶汽车项目的信息，并在同年5月发布了第三代无人驾驶汽车，该车是谷歌自主研发的纯电动无人驾驶汽车，整合了谷歌原本的优势资源，如谷歌地图等，在接下来的一年在山景城进行路测。2016年5月，谷歌与克莱斯勒公司合作生产了100辆Pacifica混动厢式车，车上搭载了整套无人驾驶所需的硬件和软件设备。2016年12月，谷歌宣布成立无人驾驶汽车公司Waymo，并展示了Pacifica改造的概念车，同月宣布本田公司共同研发L级别的完全自动驾驶技术。（2）德尔福研发自动驾驶技术与初创公司合作。英国的汽车零件供应商德尔福研发了一套软件和传感器网络，可装配到现有车型上，实现自动驾驶。2015年4月，一辆奥迪SQ5搭载了这项技术，在美国行驶了3000英里，99%路程是在自动驾驶情况下行驶的。2016年1月，德尔福在CES上展示了新自动驾驶概念车，鼓励消费者相信车辆可以实现自动驾驶，不过仍需驾驶员保持警惕。（3）福特成立“智能移动技术有限责任公司”。为了成为移动技术、车联技术、自动驾驶技术、客户体验及数据分析领域的领导者，福特成立了名为“智能移动技术有限责任公司”的子公司。两个月后，福特向Pivotal软件公司注资近2亿美元，加快云计算软件的开发，并与其他4位投资人向一家初创公司CivilMaps提供了660万美元的种子融资，研发了自动驾驶所需的3D地图，又于一个月后和百度向硅谷一家激光雷迪公司Velodyne公司投资1.5亿美元，研发研究前沿Researchfrontiers·26·中国高新科技2019年第41期自动驾驶汽车的激光雷迪。（4）路虎捷豹计划引入辅助驾驶系统。2016年2月，路虎捷豹投资7900万美元加入一项英国自动驾驶汽车研发的项目，搜集数据并测试汽车通信技术。2016年7月，路虎捷豹计划在接下来的4年里部署了至少100辆车组成车队，在公路上测试自动驾驶技术和互联技术。2.2　无人驾驶汽车的国内研究现状国内整车制造企业开启转型之路，不断投入财力、人力研发测试无人驾驶车辆，并把无人驾驶相关技术作为未来竞争的重要手段。同样，互联网科技公司，百度、腾讯、阿里等在无人驾驶领域具有长远的布局，不仅培养和储备大量相关的技术人才，而且要在市场上抢占技术先锋，推动无人驾驶车辆的快速发展。2016年4月，阿里巴巴和上汽集团紧密合作，联合推出了阿里第一辆互联网无人驾驶车辆，正式进军无人驾驶汽车领域。2018年7月，百度公司与金龙客车合作开发了无人驾驶客车“阿波龙”，如图2所示。依托百度公司在云计算、人工智能、图像处理等方面的优势，该车达到L4级别，没有配备方向盘和驾驶座，充电2小时可续航100公里。图2　无人驾驶客车“阿波龙”奥迪与华为宣布建立合作关系，希望在中国蓬勃发展的自动驾驶领域立身扬名，共同为中国汽车开发自动驾驶技术。华为展示了一款配备摄像头与传感器的奥迪Q7样车，结合了无人驾驶系统和云功能系统，但目前为止并没有过多地透露合作的进展情况。美国科技博客TheVerge指出，如果奥迪不选择与华为公司合作，那么他有可能落后于与百度公司合作的梅赛德斯-奔驰。奥迪也将于2019年在中国建立一个研发中心，用于开发无人驾驶项目。长安汽车实现了无人驾驶汽车从重庆一路北上到北京的国内无人驾驶汽车长途驾驶记录。百度无人驾驶汽车同样在北京进行了初次无人驾驶汽车道路试验并取得了成功。到2020年，无人驾驶汽车有望在北京到崇礼的延崇高速上实现道路测试。西安交大“发现号”无人驾驶汽车“行路自如”。从2000年起，西安交大人工智能与机器人研究所在郑南宁院士的带领下开始了对无人驾驶汽车的研究，在智能汽车的系统结构、道路环境感知、多传感智能辅助驾驶等技术融合取得了显著的进展。在2014年研究所荣获IEEE智能交通系统杰出团队奖，是目前国内唯一获奖团队。3　无人驾驶汽车发展存在的问题尽管无人驾驶汽车不断被推动和发展，其相关的技术逐渐趋于成熟和完善，但是无人驾驶汽车的发展和市场推广仍然存在着一系列的问题。无人驾驶汽车的发展，主要面临以下3个方面的问题。（1）技术难题。目前无人驾驶汽车面临着许多技术问题，其中，车辆图像采集和处理是最棘手的技术问题。神经网络和机器学习被用于车辆视觉系统，但其技术仍处于初级阶段，不够成熟，除此之外，激光扫描仪存在无法穿越固体障碍物的问题，一旦出现障碍物（如突然出现行人或汽车时），激光扫描仪不能及时检测出障碍物，可能会导致严重的后果。无人驾驶汽车不仅要检测出周围的车辆，还必须检测出行人、车道、信号灯、指示牌等一系列标识。（2）成本问题。无人驾驶汽车遇到的另一个重要的瓶颈是相关硬件和软件面临的挑战，例如需要稳定可靠、可实现量产化的低成本雷达传感器以及相对应的图像信息解析和处理的软件开发。无论传统整车制造企业还是互联网科技公司，均需要投入庞大的研发资金用于无人驾驶技术研究，激光雷达传感器高达几万美元，已经超过了普通的整车价格，质优价廉的激光雷达传感器是实现无人驾驶汽车推广和成熟的前提条件之一。（3）安全性问题。无人驾驶汽车在道路行驶时，由于车辆没有驾驶员操控以及技术没有完全成熟，可能会导致严重的交通事故，甚至死亡事件。4　结语未来汽车已经不局限于一种交通工具，更是向研究前沿Researchfrontiers·27·中国高新科技2019年第41期新一代互联网终端发展。无人驾驶汽车在现代化生活中的地位非常高，将多种领域的尖端技术整合起来，实现了汽车脱离驾驶员但能保证其驾驶操控性与安全性的目的。无人驾驶汽车将从根本上改变传统汽车的出行方式，大大减少了交通事故的发生率。随着物联网、大数据、云计算的不断深入发展，无人驾驶汽车的性能将得到更深的挖掘，相信在不远的未来，无人驾驶汽车将在中国成为大众化的出行方式。车辆实现真正的无人驾驶，完全由车辆自我控制，使驾驶员的双手从方向盘中解脱出来，还有很长的道路，这主要受现有技术和硬件水平的限制。从根本上实现车辆的无人驾驶，需要快速突破人工智能、机器视觉、路径规划、动力学控制和软硬件的限制。人工智能在互联网、大数据、云计算的不断深入，需要更加完善、成熟的机器学习、深度学习的理论和方法应用，尤其深度学习和机器学习在无人驾驶车辆机器视觉中对成像的应用，也需要多传感器融合对无人驾驶车辆的精确定位，如果无人驾驶车辆不能做到这一点，那么实现它的路径规划和无人控制也就没有任何意义。因此，需要综合INS、激光雷达、雷达、惯性陀螺仪等实现车辆信息的综合，并能适应复杂多工况的全气候精确定位。无人驾驶车辆还需要突破互联网、云计算等方面的限制，