未来生活进行时: 无人驾驶的智能汽车—— 一场由来已久的无硝烟未来之战

We’re also confident that self-driving cars will transform car sharing, significantly reducing car usage, as well as help create the new “highway trains of tomorrow.” —— BloomBerg

无论喜欢与否,不得不承认的一个事实是,随着科技的不断发展,人们从拥有汽车,学习驾驶汽车,一步步发展至今,技术都在朝着逐渐让智能机器来帮助人们驾驶汽车,从而让人们能从驾驶中得到解放这一方向上发展。

可是,无人驾驶的智能汽车技术,同时却又是每一家汽车品牌商选择不高调公开的领域。在我们的历史上,无人驾驶技术的发展由来已久⋯⋯

资料整理、编辑: Vivian Peng @DamnDigital
Cover Image: Wang Qi@DamnDigital
(原创内容,转载请注明来自DamnDigital)

 

智能汽车和人一样,有着敏锐的“眼睛”,聪明的“头脑”和灵活自如的“脚”,“头脑”是电子计算机和自动操纵系统之类的装置,这些装置都装有非常复杂的电脑程序,所以这种汽车能和人一样会“思考”、“判断”“行走”,可以自动启动、加速、刹车,可以自动绕过地面障碍物。在它的“眼睛”扫描中,如果前面有障碍物,就发出电信号。在复杂多变的情况下,它的“大脑”能随机应变,根据电信号和当时当地的实际情况,自动选择最佳方案,指挥汽车正常、顺利地行驶。为对当前情况作出准确的对策,要预先估计到各种各样的情况,将解决不同情况的最佳方案的数据一一输入汽车中的微型计算机中。在汽车行驶过程中,微型计算机就可根据实际情况相应地从所储存的方案中选择最合适的。

汽车可以无人驾驶,开到目的地后还可以自行泊车,这并非科幻小说,而在10年内就将变成现实。美国通用汽车公司计划在2015年前测试无人驾驶汽车技术,2018年左右将无人驾驶汽车推向市场。 为了减少交通事故,美国正在推广防止翻车的电子稳定性控制系统,要求2012年推出的新车型必须配备这种技术。接下来,美国还要实施车辆之间的通讯系统。

Google: 有专利执照的无人驾驶汽车

谷歌已获得了将半自动混合驾驶汽车转型为全自动驾驶的技术专利;换言之,感谢Google, 成功实现人控驾驶到自动无人驾驶的转型。

Google的这种新型汽车可以识别“路线带”,并由其输入数据,告知汽车何处停车,或发出“前行10米”等简单指令;同时,另一套感应装置用来感知行驶过程中的环境,例如树木、路灯及一些知名的标识等。此项专利中“路线带”主要是通过在道路上设立标记来实现,尽管射频链接似乎是一种更可行的方式。

Google智能无人驾驶汽车上路试玩~

在过去数年间,谷歌已经将这项技术在包括丰田普锐斯及奥迪TT (详情 图片 报价)在内的数个车型上展开实验。在16万英里的行驶距离中,有超过1000英里实现了自动行驶。尽管搜索引擎巨头谷歌在研究无人驾驶技术已经是个众所周知的事实,但在此项技术定型之前,谷歌并未将之公之于众。

此项技术是汽车行业迈向全自动化的重要一步。一旦将此项技术与谷歌地图结合,前景必将十分广阔。

虽然无人驾驶汽车目前已经在内华达州的公共高速路上进行测试了,但是目前还不能对消费者进行发售,预计还需要几年时间。据美联社称,汽车厂商如果要测试无人驾驶技术,根据2011年美国内达华州率先通过无人驾驶汽车行驶合法化的法案后,相关的法规细则随后出台。这部法规是由Google无人汽车制造商、保险公司和执法部门联合起草的。

据悉,无人驾驶汽车内必须要配备数据采集的装置(类似飞机上的黑匣子),实验阶段的产品必须挂红色牌照,等车子通过测试,并面向大众的时候,车辆才能挂绿色拍照。

根据无人驾驶汽行驶的法规,等车辆正式允许被上路之后,车辆可以真正实现无人驾驶,但是无论操控汽车的人在不在车内,一旦汽车发生事故,操控汽车的人需对事故负责。

 

由来已久的未来争夺之战

随着谷歌自动驾驶汽车这一消息的传播,不仅仅是IT行业,汽车行业的人们都开始纷纷骚动,试图搞明白谷歌的这一行为到底只是个有趣的实验,还是的确是汽车行业一个真正的挑战。

用Google自己的话来说:

“我们想通过改变交通方式来改善人们的生活。跟Google里其他的很多事情一样,我们想解决那些宏大而重要的问题,然后我们再去解决其他的。”—— 卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)机器人技术科学家克里斯托弗·厄姆森(Christopher Urmson)

但是谷歌其实是想做一台能开车的计算机,而汽车行业则一直试图让他们的汽车能够更多地像计算机一样来开车。伴随着不断增加的功能强大价格低廉的传感器,精密的算法和摩尔定律,全球的汽车制造商已经慢慢地重新开始定义驾驶员的概念,为我们卸下各种开车的负担,无论是换档,还是并排停车。自动汽车并不是即将到来,它们已经来了!一个更加有趣的问题是:不是我们什么时候能够完全摆脱轮子,而是当我们最终实现这一目标时汽车将会拥有何种形式和功能。

Google并非唯一研究无人驾驶汽车的公司。事实上,几乎所有传统大汽车公司都在研制各自的无人驾驶自动汽车。还有一些硅谷的研发实验室也加入了这个行列。

从20世纪70年代开始,美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究,目前在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。我国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究,国防科技大学在1992年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。

去年,一辆宝马无人驾驶汽车沿着高速公路从慕尼黑开到因戈尔施塔特。奥迪将一辆无人驾驶汽车送到了落基山的派克峰进行测试。而大众正和斯坦福大学合作,建造Junior的改进版。去年11月,在东京车展上,丰田展示了它的普锐斯AVOS(自动汽车驾驶系统),车主可以遥控让汽车行驶到指定地点。通用的阿兰·陶伯预言,10年之后,无人驾驶汽车将开始销售。自动化工程师协会之类的组织已经成立特别委员会,负责起草自动汽车标准。

无人驾驶技术的历史


原图来自:Wired
中文译图来自:Yeeyan 

1912年:凯迪拉克的自动启动系统意味着驾驶人不再用手动曲柄启动汽车。

1939年:奥兹莫比尔公司推出了第一个自动变速系统。

1951年:克莱斯勒推出第一款油压转向系统

1958年:克莱斯勒的巡航控制系统使得驾驶人不用再时时注意行驶速度。

1970年:克莱斯勒Imperial首先配备防抱死刹车系统。

1997年:部分丰田车配备基于雷达的自适应巡航控制,可与前车自动保持安全驾驶距离。

2002年:丰田推出Night View(夜视),一款车内监视器,可显示前方道路的近红外图像,凸显障碍。

2003年:梅赛德斯推出Pre- Safe系统,采用感应器预测迫在眉睫的撞击,采取各种防范措施。

2004年:英菲尼迪(日本豪华车品牌)推出第一款“离开车道”警示系统,在车驶离车道时提醒驾驶人。

2005年:沃尔沃推出第一款盲点警报系统,当有车进入驾驶人盲点时就会发出警报。

2006年:雷克萨斯(丰田旗下高档品牌)推出相机-声纳辅助的平行泊车系统。

2007年:卡内基梅隆大学的Tartan车队赢得美国国防部的自动汽车比赛大奖。

2008年:梅赛德斯引进Attention Assit,在驾驶人显露疲劳征兆时发出警告。

2009年:沃尔沃推出行人监测系统。

2010年:奥迪无人驾驶自动汽车TTS行驶12 .42公里,抵达落基山派克峰顶。

2010年:7辆车组成的Google无人驾驶汽车车队开始在加州道路上试行。

2010年:梅赛德斯F800 Style概念车展示赛车助手,一款低速适应巡航控制系统。

2011年:中国国防科技大学创造的一辆无人驾驶汽车行驶177英里,从长沙开至武汉。

2020年:通用汽车公司的阿兰·陶伯估计,这一年自动驾驶系统将成为汽车标准配置。

 

无人驾驶汽车 蓄势待发的成熟技术

无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体,是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物.

目前,无人驾驶汽车所需要的技术已经基本具备,这些技术包括以雷达为基础的巡游控制系统、运动传感器、路线变化报警装置和卫星数字地图。可以说,影响无人驾驶汽车问世的最大障碍不是技术而是人为因素,即政府的规章以及有人偏爱自己驾驭汽车,享受一切尽在控制中的感觉。

整理了几个目前比较热门和主流的关于自动驾驶智能汽车的技术系统。包括:防抱死制动系统——可以监控轮胎情况,了解轮胎何时即将锁死,并及时做出反应;安全预警系统,巡航控制系统,自动泊车系统,自动导向车辆系统。

防抱死制动系统 ABS

您可能还没意识到,防抱死制动系统其实就算无人驾驶系统。很惊讶吧?毕竟防抱死制动器需要驾驶员来操作。但该系统仍可作为无人驾驶系统系列的一个代表,因为防抱死制动系统的部分功能在过去需要驾驶员手动实现。不具备防抱死系统的汽车紧急刹车时,轮胎会被锁死,导致汽车失控侧滑。驾驶没有防抱死系统的汽车时,驾驶员要反复踩踏制动踏板来防止轮胎锁死。而现在的防抱死系统可以代替驾驶员完成这一操作——并且比手动操作效果更好。该系统可以监控轮胎情况,了解轮胎何时即将锁死,并及时做出反应。而且反应时机比驾驶员把握得更加准确。防抱死制动系统是引领汽车工业朝无人驾驶方向发展的早期技术之一。

稳定控制系统

另一种无人驾驶系统是牵引或稳定控制系统。这些系统不太引人注目,通常只有专业驾驶员才会意识到它们发挥的作用。牵引和稳定控制系统比任何驾驶员的反应都灵敏。与防抱死制动系统不同的是,这些系统非常复杂,各系统会协调工作防止车辆失控。

当汽车即将失控侧滑或翻车时,稳定和牵引控制系统可以探测到险情,并及时启动防止事故发生。这些系统不断读取汽车的行驶方向、速度以及轮胎与地面的接触状态。当探测到汽车将要失控并有可能导致翻车时,稳定或牵引控制系统将进行干预。这些系统与驾驶员不同,它们可以对各轮胎单独实施制动,增大或减少动力输出,相比同时对四个轮胎进行操作,这样做通常效果更好。当这些系统正常运行时,可以做出准确反应。相对来说,驾驶员经常会在紧急情况下操作失当,调整过度。

安全预警系统

安全预警系统正在豪华汽车品牌中普及。各类汽车的安全预警系统各不相同,但共通之处是其可预判碰撞的发生,并采取防护措施保障乘车人的安全。以前文中提到的追尾事故为例,假如汽车装备有安全预警系统,当该车接近前面停下的车辆时,系统将发出警报,同时开始启动制动器,驾驶员随后只需轻触制动踏板就可发挥最大制动力。与此同时,汽车会降低引擎动力,使车速减慢以降低碰撞的严重程度。最后,当系统测知碰撞无法避免时,会准备释放安全气囊并收紧所有安全带,保障乘车人安全。最妙的是,这些措施加在一起的时间,都比驾驶员猛踩急刹车所需的时间要短。

(自适应)巡航控制系统 ACC

巡航控制系统也是常见的无人驾驶系统,大多数汽车中都已装备。巡航控制系统使汽车保持在一个由驾驶员设置的恒定速度,无需再频繁踩踏油门。然而巡航控制系统并不是完全的无人驾驶,因为驾驶员一定要始终注意前方是否有慢速行驶的车辆。

自适应巡航控制系统则可以解决这个问题。虽然只有少数车辆装备了该系统,但该系统的工作原理其实很简单。通过车辆前部的雷达感应器,自适应巡航控制系统可以探测到前方物体及其移动速度。当设置巡航控制时,自适应巡航控制系统将维持一个恒定速度,但也会同时与前方车辆保持预设的距离。也就是说,假如您将自适应巡航系统设置在80公里/小时,而前方有一辆车以60公里/小时的速度行驶,自适应巡航控制系统将自动降低车速,并在两车之间维持一定安全距离。

自动泊车系统

车辆损坏的原因,多半不是重大交通事故,而是在泊车时发生的小磕小碰。泊车可能是危险性最低的驾驶操作了,但我们仍然会把事情搞得一团糟。虽然有些汽车制造商给车辆加装了后视摄像头和可以测定周围物体距离远近的传感器——甚至还有可以显示汽车四周情况的车载电脑——有的人仍然会一路磕磕碰碰地进入停车位。

由于雷克萨斯LS 460L采用了高级泊车导航系统,该车的驾驶员不会再有类似的烦恼。该系统通过车身周围的传感器来将车辆导向停车位(也就是说驾驶者完全不需要手动操作)。当然,该系统还无法做到像《星际迷航》里那样先进。在导航开始前,驾驶者需要找到停车地点,把汽车开到该地点旁边,并使用车载导航显示屏告诉汽车该往哪儿走。停车位需要比车身长2米(LS的车身较长)。自动泊车系统是无人驾驶技术的一大成就。通过该系统,车辆可以向驾驶员那样观察周围环境,及时做出反应并安全地从A点行驶到B点。虽然这项技术还不能让人完全放手,让汽车自动载您回家,但毕竟是朝着这个方向迈出了第一步。

自动导向车辆系统

我们都曾听过这样的传闻:小孩子或小狗不小心发动汽车并引发事故。但您听说过可以帮您驾车的青蛙吗?我们说的当然不是池塘里的青蛙,而是指FROG技术(Free Ranging On Grid,意为网格自由测距)。FROG技术被应用于自动导向车系统,而自动导向车就属于无人驾驶车。该技术与我们上页讨论的自动泊车系统类似,但比它更先进。

FROG车配备了车载电脑,包含该车运行区域的地图。该车从已知地点出发,然后通过该地图决定从起点到目的地的路线。通过计算车轮旋转数来得出已经行驶的距离(就好像您通过数自己走的步数来计算走了多远)。该车还可通过行驶区域的各种校准点(为FROG车准备的电子路标)来确认自身位置。某些码头已经采用了这项技术。FROG车可以用来装货,并自动运送到卸货区域。

FROG还可以用于公共交通枢纽。乘客来到站台按下按钮——就跟呼叫电梯一样。FROG车到达后,乘客上车并通过按钮选择目的地——同样像是电梯中的操作。通过使用车载电脑、地图和校准点,FROG车就可将乘客送到他们想去的地点。

FROG技术的问题在于其只能应用于有限的区域之内。自动化高速公路被认为是可将无人驾驶技术扩展到更大区域的方式。虽然人们正在测试各种方案,但其核心内容基本不变,即自动化高速公路要与智能汽车协同工作。这种智能汽车一般拥有类似自适应巡航控制系统的高级系统。高速公路先不断将速度、路面状况、障碍物和方向等信息告知车辆,然后车辆会解读这些信息并做出反应。

终极自动驾驶机器

下一代的汽车将不会纠结于马力和力矩,而是集中在雷达测距,通信延迟和相机像素这些问题。下面是一张图片,展示了技术将会怎样推动未来的汽车发展。


原图来自:Wired

1 雷达 Radar

高端汽车已经装载了雷达,它可以用来跟踪附近的物体。例如,梅赛德斯的自动巡航控制系统便是一种事故预防系统,它的后保险杠上有一个装置,当它在汽车的盲点内检测到物体时便会发出警报。

2 车道保持系统 Lane-keeping

在挡风玻璃上装载的摄像头可以通过分析路面和边界线的差别来识别车道标记。如果汽车不小心离开了车道,方向盘会轻微震动来提醒驾驶者。

3 激光测距系统 LIDAR

谷歌采用了Velodyne公司的车顶激光测距系统,这一系统使用64个激光,以每分钟900次的速度向上发出光束,产生的点云可以提供给汽车360度的视角。

4 红外摄像头 Infrared Camera

梅赛德斯的夜视辅助功能使用了两个前灯来发送不可见且不可反射的红外光线到前方的路面。而挡风玻璃上装载的摄像头则用来检测红外标记,并且在仪表盘的显示器上呈现被照亮的图像(其中危险因素会被突出)。

5 立体视觉 Stereo Vision

梅赛德斯的原型系统在挡风玻璃上装载了两个摄像头以实时生成前方路面的三维图像,检测诸如行人之类的潜在危险,并且预测他们的行动。

6 GPS/惯性导航系统

一个自动驾驶员需要知道他正在去哪儿。谷歌使用Applanix公司的定位系统,以及他们自己的制图和GPS 技术。

7 车轮角度编码器 Wheel Encoder

轮载传感器可以在谷歌汽车穿梭于车流中时测量它的速度。

【V】梅赛德斯6D立体视觉智能识别系统


图片来自:Yeeyan 

立体视觉不仅可以指出潜在的障碍物,还能分析这些障碍物分别都是什么。它可以在人类驾驶员发现之前,就早早地区分开行人和骑自行车的人。它也可以区别开静止的汽车和信箱。还可以避免那些通常由于人们“注意力失明”所造成的潜在危险,有时候我们还真是,即使正看着某个东西也会注意不到。

 

未来之争——无人驾驶技术的价值探讨

正方主要观点:安全;智能交通与物联网

反方主要观点:技术成熟程度之忧; 道德伦理⋯⋯

1. 安全

安全是拉动无人驾驶车需求增长的主要因素。每年,驾驶员们的疏忽大意都会导致许多事故。既然驾驶员失误百出,汽车制造商们当然要集中精力设计能确保汽车安全的系统。

2.智能交通与物联网

正如我们曾经在智能交通的专题《未来生活进行时:无线通信智能化——无“线”智能 沟通未来》中提到过的,未来智能交通管理中最重要的一环是车辆的智能通信技术实现。 尤其是其中的车对车通信系统,几乎每一个汽车生产商都在这方面有自己的技术产品。而这也是在迈向终极的无人驾驶汽车中至关重要的技术组成部分,更是最热门的技术应用领域——物联网的重要组成部分。

Inter-Vehicle Communication Technology 车辆间通信系统,是智能化应用所探讨的重要议题之一,将无线智能通信技术应用于高速公路与交通系统中,即可实现当车辆接近至一定范围时实现自动组网通信,有效地减少交通事故的发生,保障了道路和人身安全。

目前在这一领域颇有建树的为人所熟知的品牌包括通用汽车,以及福特在去年发布的“车对车无线技术Ford Intelligent Vehicle technology ”,还有BMW的BMW Car-to-X Communication。这些技术目前都是在WI-FI,GPS,以及蓝牙等技术的结合基础之上实现的再开发与结合,旨在实现汽车之间进行“对话”,帮助减少汽车碰撞和燃油消耗。该技术是在蓝牙、移动程序和导航系统之外的又一进步。利用其他应用程序和工具减少整个行程的拥堵,让汽车找到不拥堵的路段,从而大大减少汽车油耗。

争议:

说到这里,大家现在可能会认为所有这些无人驾驶技术都近在咫尺,我们已经准备好要踏入一个无人驾驶的“理想时代”。的确,大部分业界人士都同意这种想法,车辆无人驾驶技术的优点是使出行更安全(因为去除了人为失误因素)、缓解交通压力、并减少环境污染。而另一些人则不然。

老实说——人们喜欢驾车!

有时候,驾驶会让人感到轻松写意。

现在人们一天没有一刻是脱离网络,Facebook, 微博而存在的,人们的生活变得越来越虚无。但人们只有在开车的时候,不会经常看手机,不会上网,不会刷微博,聊天⋯⋯行车是目前仅存的欣赏生活美好风景的旅程了⋯⋯

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,您驾驶时前方有辆车突然打滑,而您已经来不及停车。此时,在您的左边有一辆大卡车,右边则是一群等着过马路的孩子。大多数司机会选择撞向大卡车,以避免撞到行人。而无人驾驶车辆无法识别孩子们——它只会简单地看到这条道路阻力较少,而将车转而冲向这边。这是个极端的例子,但是类似的问题有待解决。


By David G. Klein, Copyright New York Times

而目前为止,尽管各个国家都对智能汽车技术应用领域颇有兴趣,也非常重视,但,真正的无人驾驶技术更多应用于军事领域,而如果是日常生活,也许并不会那么快就真的会出现上路的无人驾驶智能汽车。最多也差不多是享受下局部的智能技术之便。而完全不用人驾驶,放心地交给智能技术和机器,光是让人们适应和放心,也需要好一阵子了吧?

您如何看待呢?

 

资料来源:

Wired: Let the Robot Drive: The Autonomous Car of the Future Is Here

译言网:【连线】让机器人来驾驶:未来的无人驾驶汽车已经到来

Connected Vehicle Technology Challenge

The Greater Good

New York Times: Can I See Your License, Registration and C.P.U.?

New York Times: SMARTER THAN YOU THINK-Google Cars Drive Themselves, in Traffic

Google Tests Self-Driving Cars That May Improve Safety, Reduce Emissions

Google Robot Cars Automation Gone too far

无人驾驶汽车

 

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