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现代汽车与汽车文化

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浅谈无人驾驶汽车的发展

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浅谈无人驾驶汽车的发展

摘要：无人驾驶汽车排出了驾驶员驾驶汽车过程中的人为因素，大大提高了交通系统的效率和安全性，是未来汽车发展的一个重要方向。关键词：无人驾驶汽车 发展 关键技术 道德争议

无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人—车—路”闭环控制的方式，将驾驶员从该闭环中解放出来，消除了人工驾驶过程中的人为因素，大大提高了交通系统的效率和安全性。

一．无人驾驶汽车的国内外发展现状

（一）国外现状

发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究。目前，在可行性和实用性方面,美国和德国走在前列。美国是世界上研究无人驾驶车辆最早、水平最高的国家之一。早在20世纪80年代,美国就提出自主地面车辆(ALV)计划,这是一辆8轮车,能在校园的环境中自主驾驶,但车速不高。美国其它一些著名大学,如卡耐基梅隆大学、麻省理工学院等都先后于20世纪80年代开始研究无人驾驶车辆。然而,由于技术上的局限和预期目标过于复杂,到20世纪80年代末90年代初,各国都将研究重点逐步转移到问题相对简单的高速公路上的民用车辆的辅助驾驶项目上。1995年,一辆由美国卡耐基梅隆大学研制的无人驾驶汽车Navlab2V,完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。在全长5000km的美国州际高速公路上,整个实验96%以上的路程是车辆自主驾驶的,车速达50～60km/h。不过在这次实验中Navlab2V仅仅完成方向控制,而不进行速度控制(油门及档位由车上的参试人员控制)。丰田汽车公司在2000年开发出无人驾驶公共汽车。这套公共汽车自动驾驶系统主要由道路诱导、车队行驶、追尾防止和运行管理等方面组成。安装在车辆底盘前部的磁气传感器将根据埋设在道路中间的永久性磁石进行导向,控制车辆行驶方向。

2005年,美国国防部“大挑战”比赛上,最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆大众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛,第一个到达了终点。在赛道上,无

人驾驶汽车需要穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行使,整个行程无人驾驶汽车需要绕过无数个障碍。

在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司在2007年推出了其研制的无人驾驶汽车。这辆无人驾驶智能汽车由德国大众汽车公司生产的帕萨特2.0改装而成,外表看来与普通家庭汽车并无差别,但却可以在错综复杂的城市公路系统中实现无人驾驶。行驶过程中,车内安装的全球定位仪随时获取汽车所在准确方位的信息数据。隐藏在前灯和尾灯附近的激光扫描仪是汽车的“眼”,它们随时“观察”汽车周围约183m内的道路状况,构建三维道路模型。除此之外,“眼”还能识别各种交通标识,如速度限制、红绿灯、车道划分、停靠点等,保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。最后由无人驾驶汽车的“脑”———安装在汽车后备厢内的计算机,将两组数据汇合、分析,并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换档、加速、转弯、刹车甚至倒车。在茫茫车海和人海中,它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人,从容前行。

2014年5月28日Code Conference 科技大会上，Google 也拿出了自己的新产品——无人驾驶汽车。无人驾驶汽车项目的负责人表示，Google无人驾驶汽车的软件系统可以同时“紧盯”街上“数百个”目标，包括行人、车辆等，做到安全行车万无一失。Google无人驾驶汽车曾在谷歌总部所在的加州山景城长期行驶，已经记录到了数千英里的安全行车数据。不过目前这辆无人驾驶汽车还很初级，Google希望它可以尽可能地适应不同的使用场景，只要按一下按钮就能把用户送到目的地。

（二）国内现状

我国自主研制的无人车——由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车，2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验，历时3小时22分钟，途遇复杂天气，部分路段有雾，在咸宁还遭逢降雨。

红旗HQ3全程由计算机系统控制车辆行驶速度和方向，系统设定的最高时速为110公里。在实验过程中，实测的全程自主驾驶平均时速为87公里。国防科技大学方面透露，该车在特殊情况下进行人工干预的距离仅为2.24公里，仅占自主驾驶总里程的0.78%。

从20世纪80年代末开始，在贺汉根教授带领下，2001年研制成功时速达76公里的无人车，2003年研制成功我国首台高速无人驾驶轿车，最高时速可达170公里；2006年研制的新一代无人驾驶红旗HQ3，则在可靠性和小型化方面取得突破。此次红旗HQ3无人车实验成功创造了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，这标志着我国在该领域已经达到世界先进水平。

二．无人驾驶汽车的关键技术

无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面:车辆定位和车辆控制技术。这两方面相辅相成共同构成无人驾驶汽车的基础。

车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础。目前常用的技术包括磁导航和视觉导航等。其中,磁导航是目前最成熟可靠的方案,现大多数均采用这种导航技术。例如,荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的ParkShuttle系统,上海交通大学的CyberC3系统等。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响,即使风沙或大雪埋没路面也一样有效,而且便于维护。另外,通过变换磁极朝向进行编码,可以向车辆传输道路特性信息,诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息。但是,磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线),系统实施过程比较繁琐,且不易维护,变更运营线路需重新埋设导航设备。视觉导航就不存在这个问题。视觉导航的优点是车载计算机可以在试验样车偏离目标车道前,事先知道并预防其发生,同时当在高速公路使用时,不需要对现有的道路结构做变化,并且在混合交通中,也可使用;不过，当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白色标线不清晰时,导航系统会失效。但由于视觉导航对基础设施的要求很低,被公认为是最有前景的定位方法。

车辆控制技术是无人驾驶汽车的核心,主要包括速度控制和方向控制等几个部分。无人驾驶其实就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶。通过对驾驶员的驾驶行为进行分析可知,车辆的控制是一个典型的预瞄控制行为,驾驶员找到当前道路环境下的预瞄点,根据预瞄点控制车辆的行为。目前最常用的方法是经典的智能PID算法,例如模糊PID、神经网络PID等。

除以上两个方面,无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部分,还需要一些其它相关技术的支持,如车辆调度系统、通讯系统和人机交互系统等,最终得以实现整个交通系统的高效、安全。

三．无人驾驶汽车的发展方向

无人驾驶汽车的研究,可以归纳为3个方面:高速公路环境、城市环境和特殊环境下的无人驾驶系统。就具体研究内容而言, 3个方面相互重叠,只是技术的侧重点不同。

1、高速公路环境下的无人驾驶系统

这类系统将使用在环境限定为具有良好标志的结构化高速公路上,主要完成道路标志线跟踪、车辆识别等功能。这些研究把精力集中在简单结构化环境下的高速自动驾驶上,其目标是实现进入高速公路之后的全自动驾驶。尽管这样的应用定位有一定的局限性,但它的确解决了现代社会中最为常见、危险、也是最为枯燥的驾驶环节的驾驶任务。

2、城市环境下的无人驾驶系统

与高速环境研究相比,城市环境下的无人驾驶由于速度较慢,因此更安全可靠,应用前景更。短期内,可作为城市大容量公共交通(如地铁等)的一种补充,解决城市区域交通问题,例如大型活动场所、公园、校园、工业园、机场等。但是,城市环境也更为复杂,对感知和控制算法提出了更高的要求。城市环境中的无人自动驾驶将成为下一阶段研究重点。例如,美国国防部“大挑战 ”比赛2007年将采用城市环境。目前这类环境的应用已经进入到小范围推广阶段,但其大范围应用目前仍存在一定困难,例如可靠性问题、多车调度和协调问题、与其它交通参与者的交互问题、成本问题、商业模型等。

3、特殊环境下的无人驾驶系统

无人驾驶汽车研究走在前列的国家,一直都很重视其在军事和其他一些特殊条件下的应用。但其关键技术和基于高速公路和城市环境的车辆是一致的,只是在性能要求上的侧重点不一样。例如,车辆的可靠性、对恶劣环境的适应性是在特殊环境下考虑的首要问题,也是在未来推广应用要重点解决的问题。四．无人驾驶汽车引发的道德争议

无人驾驶技术似乎近在咫尺，我们已经准备好要踏入一个无人驾驶的“理想时代”。有些人同意这种想法。通用汽车和卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的研究者正在合作开发无人驾驶车，并希望在2018年前投入市场。而另一些人则觉得这种想法不可信。老实说——人们喜欢驾车！有时候，驾驶会让人感到轻松惬意，而且要让人们愿意托付性命，无人驾驶技术还得解决许多问题。驾驶员失误也有其反面优势，那就是人类的判断能力。无人驾驶技术永远是将保护车辆和车内人员作为第一要务。而一个驾驶员则可能宁愿牺牲自己的车来保护他人。例如，驾驶员在驾驶时前方有辆车突然打滑，而驾驶员已经来不及停车。此时，在驾驶员的左边有一辆大卡车，右边则是一群等着过马路的孩子，那么驾驶员可能会选择撞向大卡车，以避免撞到行人。而无人驾驶车辆无法识别孩子们——它只会简单地看到右边的阻力较少，而将车转而冲向右边。这是个极端的例子，但是类似的问题有待解决，只有这样我们才能安心告诉车该往哪儿走，然后轻松享受无人驾驶之旅。五．结语

无人驾驶汽车是未来汽车发展的方向，人类在不久的将来就会用上智能型无人驾驶汽车。需要指出的是，研制和发展无人驾驶汽车并非要全部替代驾驶员的岗位，只是在需要替代的领域和场合作替代而已。无人驾驶汽车油漆适合从事旅游、观光、竞赛、竞技、应急救援、为残疾患者服务、长途高速客运、货运、消防、军事用途等，以发挥可靠、安全、便利

及高效的性能优势，减少事故，弥补人驾驶汽车的不足。

参考文献：

[1] 林一平.无人驾驶技术探秘 [J].交通与运输.2003.18（3）：30~32 [2] 杨欣欣.智能移动机器人导航与控制技术研究 [D].北京: 清华大学计算机科学技术系，1999 [3] 杨 明.无人自动驾驶车辆研究综述与展望.哈尔滨工业大学.2006.1259—1262 [4] 孙振平，安向京，贺汉根.视觉导航的自主车 [J].机器人.2002.24（2）

[5] 朱蓓玲，宋 键.全自动无人驾驶车辆功能与特点 [J].地下工程与隧道.2005.15(4):33~36

心得体会：

选修这门课之前，我对汽车的认识尚少，四个轮子，载人，再无其他。做好了每节课被各种专业术语淹没的准备，也做好了一张PPT里充斥着各种汽车常识的相关文献密密麻麻眼花缭乱的准备，庆幸的是，这些都没有发生，授课内容浅显易懂，老师的语言也很通俗直白，特别适合我这种汽车白痴。我一直以为PPT要花俏才会引人注目，在这门选修课上我体会到了白底黑字不一样的精彩——版面简洁很重要，内容是关键，演讲者才是核心，当然，最好有图片„„

以前一直以为车标是恒久不变的，后来才知道车标跟文字一样，与时俱进，车标也有车标的历史，也有它背后的故事，有它的意义和象征，就好像奔驰的三叉星符号，最初的三叉星并没有那么具有时代感，目前所能找到的所有资料中记载的最早的奔驰标志里只有“ORIGNAL BENZ”加齿轮的图案，后来到1909年新商标中月桂花代替了齿轮纹样，而英文只留下了精简的“BENZ”字样，也就是说，最初的奔驰中并无三叉星符号的。其实三叉星最初登场是在戴姆勒公司，最广为流传的说法是：它表现了戴姆勒本人在海、陆、空各个领域发展的抱负。需要注意的是，三叉星的符号在DMG公司首次登场时周围并无圆圈符号。这演变当中也许有许多复杂的原因，但由于找不到有依据的解说，这里也就不细讲了。

这门选修课上了解到一个品牌的车并不一定适合每一个人，甚至一个品牌的不同车型也不一定适合每个人，一个品牌的某个车型可能就对应这某个车主的个性，就说奔驰，奔驰在欧洲出事率是最低的，除了车本身的优异性能外，车主的性格占据很大原因，所以盲目追求豪车并不可取，适合自己的才是最好的。

这门课程可以让我学习到基本的知识外，同时，也让我通过一些名人的故事或汽车企业的经历受到一定的启发，在生活上给以我一些动力。而老师的上课方式灵活，语言幽默，这也使我很够更深刻地了解汽车的相关知识。课堂上老师会通过一些动画介绍汽车的历史或者汽车发动的的运行原理，通过这些视频我们感受到了汽车的技术与艺术。

前段时间的同学演讲，可以让我们从个多人的角度去观赏汽车分析汽车，了解更多人的爱好。我虽然没有参与演讲，但我相信那些参加的同学他们在整个过程中的收获绝对不止我在PPT上看到的，我在课堂上听到的那么多，他们不仅学习了相关的汽车知识，也在演讲的过程中收获勇气、信心和经验。

总之，关于汽车文化的相关知识我还得继续学习。因为汽车已经成了我们日常生活中不可缺少的一部分，它不再仅仅是我们出行的交通工具，它甚至成为我们家庭的一份子，未来更是如此，而汽车知识将会是一种常识，一种不可缺少的文化。