【智能驾驶】刘玉超:IT人与汽车人的跨界创新

刘玉超博士,中国指挥与控制学会副秘书长、高级工程师,曾担任李德毅院士学术助手,研究方向指控系统、智能驾驶,提出基于云变换的变粒度计算方法,获得清华大学计算机科学与技术专业博士学位。先后承担和参与重大科研和型号项目10余项,组织“中国指挥控制大会”、“CICC青年科学家论坛”、“不确定性人工智能教学培训”等学术活动10余次,组织编写《智能网络与指挥控制》、《智能驾驶一百问》等图书4部,获得部级科技进步奖5项,申请发明专利4项,发表学术论文20余篇。

首先简单介绍一下我们团队,在李德毅院士带领下我们清华团队是从2007年开始智能驾驶研究的,最开始是在缩微车上,搭建缩微的城市道路环境,利用全国大学生飞思卡尔比赛的缩微车平台,加装传感器,设计智能算法,实现在缩微道路环境下的自主行驶。

缩微智能交通环境

2009年我们开始做大车的智能驾驶,也经历过车辆后加装、艰苦的改装调试过程,我们逐步认识到:智能驾驶一定是IT界和汽车界跨界创新的产物。我们和军事交通学院、宇通客车、清华大学汽车系、长安等汽车人合作,开始了IT人和汽车人的跨界融合,研制的猛狮系列智能车在中国智能车未来挑战赛中多次夺冠。同时,我们也完成了两个重要的里程碑:

2012年11月军交猛狮3号车完成了第三方测试的京津封闭高速环境下的无人驾驶,最高时速110公里;

2015年8月在三轮、拖拉机、农用车混杂的郑开大道,包括宇通智能公交车在内的5辆智能车完成了开放城际快速路的无人驾驶;

去年我们编写了一本科普读物《智能驾驶一百问》,所以下面我想通过几个问题来谈谈我们对智能驾驶的认识和理解。

第一个问题,很多人常说无人驾驶,它跟智能驾驶一样吗,智能车和人是什么关系?

我们知道,智能车主要是通过给车辆装备多种传感器设备(包括摄像头、雷达、卫星导航设备等)和智能系统来实现,涉及动态感知、智能认知和自动控制全过程。我们希望智能车能让生活变得更轻松、更安全、更和谐,智能车不仅仅是一个机器,更是人类社会的一部分,所以我们更愿意称之为轮式机器人,希望他成为人类的伴侣。因此,从这个角度我们认为智能驾驶可以分为四个阶段:离线辅助驾驶,如高德导航、预警提醒等;局部自动驾驶,如自适应巡航、紧急制动等;自主无人驾驶,如谷歌、百度等很多智能车研究项目都属于这一类;人机共驾,主要是实现以人为本的人机协同共驾,就像是骑士和马的关系。

智能驾驶是要改变驾驶过程中人与车之间的关系,既可以通过自主驾驶将人从低级、持久、繁琐的驾驶活动中解放出来,又可以在智能车难以判断的复杂和危险情况下,将驾驶权移交车内乘员,自主驾驶与人工驾驶自然切换,通过人机交互让人与机器和谐相处。因此,智能驾驶不能简单等同于无人驾驶,真正的无人驾驶可能更多用于军事领域,在危险、复杂环境执行任务,车内没有乘员,而且军事无人系统通常也都是人在回路中的指挥与控制。

第二个问题,智能驾驶现在为什么这么火?

我们说智能驾驶是IT人和汽车人的跨界创新,还是从这两个方面来看。

1、自从1885年德国工程师卡尔.奔驰发明第一辆汽车(三轮内燃机车)以来,汽车工业走过了130年辉煌历程,改变了全球交通、社会形态和人类生活,成为现代文明的重要标志,极大提升了人类移动生活品质,汽车行业充满成就感。当前汽车电子的发展已经相当成熟,车辆动力学性质已经相当完善。所以智能驾驶的出现首先是建立在汽车工业发展成熟的基础上,汽车电子从改善汽车行驶性能转向以人为本的辅助驾驶为主。

2、随着汽车电子和移动互联网的发展,娱乐和信息引入汽车生活势不可挡,大众对移动生活品质要求越来越高,这就需要从根本上改变车辆驾驶方式,把人从低级、繁琐、持久的驾驶活动中解脱出来,从长时间疲劳驾驶的状态中解放出来,借助传感器、自动化和人工智能等信息技术来实现零追尾、零碰撞、零死亡,进而可望改变整个社会交通状况,实现安全、便捷的交通。

当前,信息技术和智能制造成为热点,智能驾驶集位置服务、车联网和机器人等技术于一身,无论是实践云计算、物联网,还是研发机器人,智能驾驶都被推到风口浪尖,占有重要位置。2013年麦卡锡公司预测未来25年影响世界经济的12项颠覆性技术,显然前六项都与智能驾驶息息相关,王飞跃教授说IEEE花了上百万,开了两年系列会议论证了智能车与Smart grids的关系,可见第8、10和12项与智能车也密切相关。

第三个问题,智能驾驶这件事有多难,汽车界、IT界都怎么看?

记得我们最开始研究智能驾驶中的科学问题——视听觉认知计算时,有的老师提出我们是否需要造一个类人的眼睛及其认知方法才能实现智能驾驶。其实对于实现智能驾驶这件事来说,我们不是要模拟人类的所有认知能力,毕竟我们对人类的生物认知机理也还没有搞清楚。将车道保持、换道、超车、让车、避让移动障碍物等驾驶活动从人的认知活动中抽象并剥离出来,用驾驶脑专门模拟人类低级、繁琐、持久的驾驶行为并保证其正确性和完备性,这样的驾驶脑不会分散注意力,永远专注,永不疲倦。

受传感器和计算能力的限制,有些事情不一定非要智能车自身去独立完成,智能车也是移动互联网的一个终端,还有网络的支持。智慧城市建设中道路的信息化将有助于智能车工程化的实现,比如交通标志牌、红绿灯识别是最难的,算法在实际应用中由于摄像头受光线影响准确率很低,然而这件事对于车联网、车路协同来说就是很简单的事。同时利用包括智能车传感器在内的大数据,也可优化交通基础资源,实时监控交通设施,提供高效的信息服务,有效建立车联网和物流网。此外,驾驶地图作为先验知识对于智能驾驶很重要,例如目前我们在试验过程中就是将红绿灯的位置和形状等信息标注到路口地图中,作为先验知识,从而降低红绿灯的识别难度。

虽然说智能驾驶是IT人和汽车人的跨界融合,但是大家各自理解的技术道路也有差异。我们可以用渐进式发展和跨越式发展来形容。

渐进式发展:汽车行业当务之急是利用IT技术,特别是智能技术,改进能源和动力系统,节能减排,提升驾乘的安全性和舒适性。其次是实现汽车信息化、车联网。完全的无人驾驶感觉是可望不可及,而且还涉及到法规和伦理,但可通过不断增加自动驾驶要素,逐步提高主动安全,这样一来就可以通过智能驾驶来拉长汽车产业发展的繁荣期,保持品牌优势。

跨越式发展:为提高人类移动生活品质,需要从根本上改变车辆驾驶方式,把人从低级、繁琐、持久的驾驶活动中解脱出来,把人类从全球“第一杀手”中解救出来。另外,我们还可以把智能驾驶的速度回归到人类移动的生活状态,轮式机器人方便简洁、自适应、自学习;家里用、办公室用、周边用、市区用;助老、助残、助儿童;时刻在线,成为人联网/物联网中的移动端设备。

第四个问题,智能驾驶涉及哪些技术,一个算法工程师就能搞定吗?

我们认为智能驾驶不仅仅是技术研究更是一项系统工程,我们团队分为10个课题组:架构组、机械组、电子电气组、雷达组、图像组、导航组、决策组、控制组、交互组、实验组。李德毅院士提出课题组的工作模式:模块化架构、柔性化配置、AB角编程;矩阵式组织、常态化试验、交叉式验证;离线调程序、在线调参数;递进调模块、增量调智商;多握手、少招手。我们在长期的实践中也逐步总结出了一套智能驾驶试验与评估的方法!

智能车依靠视觉、雷达、惯导等多种传感器进行感知,必然是多元异构,没有哪一种传感器是完美的,传感器不理想是常态!也不存在完美无缺的传感器组合!车载传感器要综合考虑性能、可靠性和成本三要素。轮式机器人的传感器配置方案和智能驾驶实现途径具有多样性。

目前车企对智能驾驶谨慎的主要原因就是高可靠的安全行驶。百年汽车工业成功的三大要素:规模化生产、精细化管理、高可靠运行,IT人在跨界创新的同时必须深刻认识这一点。

讲一个我们在2015年智能车未来挑战赛中跨界融合的故事:

2015年10月24日在第五届车载信息服务产业年会上,李德毅院士和清华大学汽车系李克强教授决定联合组队,让可实现批量化生产的长安睿骋线控车参加11月15日举行的“2015中国智能车未来挑战赛”,经过多方组织协调,11月5日长安睿骋线控车顺利到达江苏常熟,11月6日-7日李克强教授团队对车辆控制系统和动力性能进行了调试测试,11月8日开始我们团队加装智能系统并组织试验调试,仅用1个星期的时间,参加比赛获得第四名,比赛过程中还因为轮胎爆胎,换胎耽误了7分20秒。

这件事我们团队作为智能车跨界融合的一个典型案例,里面包含三个关键问题:一是汽车界车辆线控改造得好,车辆控制平稳;二是IT界系统架构灵活、程序稳定性和移植性好;三是智能化和自动化之间的握手紧密,虽然只有1个星期时间,但我们两个团队在车辆到达之前进行了充分的沟通交流,相互学习。在这里解释下握手和招手的区别,我们程序员之间常说“你把接口留好就行”,其实这就是典型的招手,不去关心和考虑对方的事;握手就是大家各向前走一步多了解一下对方,跨界创新需要更多的应该是握手。

目前,仅仅由研究院所和高校利用后改装的汽车,在封闭道路环境下的无人驾驶试验,已经成为过去时,必须要进入智能车工程化和市场化的新阶段。从以车载传感器为代表的智能车零部件、到整车的智能鲁棒性评测,要形成规模化生产智能车的全新产业生态,从而形成智能车市场切入的突破口。

相对于老百姓买得起的智能车而言,城市公共交通工具,如快速公交路上的智能驾驶客车,公园、学校、机场、旅游景区中的智能摆渡、巡逻和观光车等将来得更快。各种各样的智能商用车的社会化运营甚至会改变城市和社会的组织形态。

最后用李德毅院士列出的智能车产业化几个重要里程碑作为结尾:

1)谁能成为我国生产车载毫米波雷达、多线激光雷达、线控液压/汽压制动器量产首家过万台的企业?

2)谁能成为我国生产驾驶脑板卡量产首家过万的汽车电子企业?

3)政府何时能发放我国智能车生产许可证?何时能发放智能车驾照?

4)谁能成为我智能车量产首家过千辆的车厂?

5)哪个企业能够成为我国首个将智能车用作移动共享工具的服务性行业?

6)哪个城市能够成为我国首个快速公交智能车联网运行城市?

智能车的产业化之路必将是且行且探索,需要IT人和汽车人的携手共同努力。分享完毕,祝大家新年快乐,也祝愿2016年我们在智能车产业化方面能取得新的进步!谢谢!

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-02-05

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