一文带你看懂自动驾驶

一文带你看懂自动驾驶——中国人工智能系列白皮书

▌汽车智能化发展

汽车智能化技术在减少交通事故、缓解交通拥堵、提高道路及车辆利用率等方面具有巨大潜能,已成为众多企业的竞争热点。我国发布的《中国制造 2025》中明确指出将智能网联汽车作为一项重点发展对象,并定义智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车内网、车外网、车际网的无缝链接,具备信息共享、复杂环境感知、智能化决策、自动化协同等控制功能,与智能公路和辅助设施组成的智能出行系统,可实现“高效、安全、舒适、节能”行驶的新一代汽车。

智能汽车(图 1-1)是新一轮科技革命背景下的新兴技术,集中 运用了现代传感技术、信息与通信技术、自动控制技术、计算机技术 和人工智能等技术,代表着未来汽车技术的战略制高点,是汽车产业 转型升级的关键,也是目前世界公认的发展方向。

图 1-1 智能汽车

在智能驾驶技术的研究方面,美国起步较早,早在 1939 年纽约世界博览会上, 美国通用汽车公司首次展出了无人驾驶概念车 Futurama。 1958 年,美国无线电公司(RCA, Radio Corporationof America)和通用集团联合,对外展示了智能驾驶汽车原型。依赖于预埋线圈的道路设施,车辆可以按电磁信号指示确定其位置与速度,控制方向盘、油门和刹车。

自 20 世纪 80 年代,在美国国防部先进研究项目局(DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency)的支持下掀起了智能车技术研究热潮。1984 年由卡耐基梅隆大学研发了全世界第一辆真正意义的智能驾驶车辆,如图 1-2 所示。该车辆利用激光雷达、计算机 视觉及自动控制技术完成对周边环境的感知,并据此做出决策,自动 控制车辆,在特定道路环境下最高时速可达 31km/h。

图 1-2 第一辆真正意义的智能驾驶车辆

欧洲从 20 世纪 80 年代中期开始研发智能驾驶车辆,其研究不强 调车路协同,而是将智能驾驶车辆作为独立个体,并让车辆混行于正 常交通流。日本智能驾驶技术研发起步较晚,且更多关注于采用智能 安全降低事故发生率,以及采用车间通信方式辅助驾驶。日本在智能 安全及车联网方面的研究走在世界前列,但对完全智能驾驶技术关注 较少。

▌汽车智能驾驶技术的内涵

汽车智能驾驶具有“智慧”和“能力”两层含义,所谓“智慧” 是指汽车能够像人一样智能地感知、综合、判断、推理、决断和记忆;所谓“能力”是指智能汽车能够确保“智慧”的有效执行,可以实施 主动控制,并能够进行人机交互与协同。自动驾驶是智慧和能力的有 机结合,二者相辅相成,缺一不可 3。

为实现“智慧”和“能力”两方面内容,自动驾驶技术一般包括 环境感知、决策规划和车辆控制三大部分。类似于人类驾驶员在驾驶 过程中,通过视觉、听觉、触觉等感官系统感知行驶环境和车辆状态, 自动驾驶系统通过配置内部传感器和外部传感器获取自身状态及周 边环境信息。内部传感器主要包括车辆速度传感器、加速传感器、轮 速传感器、横摆角速度传感器等;主流的外部传感器包括摄像头、激 光雷达、毫米波雷达以及定位系统等。通过这些传感器提供海量的全 方位行驶环境信息。不同传感器的量测精度、适用范围都有所不同, 为有效利用这些传感器信息,需要利用传感器融合技术将多种传感器 在空间和时间上的独立信息、互补信息以及冗余信息按照某种准则组 合起来,从而提供对环境综合的准确理解。决策规划子系统代表了自 动驾驶技术的认知层,包括决策和规划两个方面。决策体系定义了各 部分之间的相互关系和功能分配,决定了车辆的安全行使模式;规划 部分用以生成安全、实时的无碰撞轨迹。车辆控制子系统用以实现车 辆的纵向车距、车速控制和横向车辆位置控制等,是车辆智能化的最 终执行机构。 “感知”和“决策规划”对应于自动驾驶系统的“智 慧”;而“车辆控制”则体现了其“能力”。

▌汽车智能驾驶技术分级

美国高速公路安全管理局(NHTSA)将汽车智能化水平分成五个 等级:无自主控制;辅助驾驶;部分自动驾驶;有条件自动驾驶;高 度自动驾驶。SAE 将汽车智能化水平划分为六个等级:人工驾驶;辅 助驾驶;部分自动驾驶;有条件自动驾驶;高度自动驾驶;全自动驾 驶。

《中国制造 2025》将智能汽车分为 DA,PA,HA,FA 四个等级, 并划分了各自的界限 2。其中,DA 指驾驶辅助,包括一项或多项局 部自动功能,如 ACC,AEB,ESC 等,并能提供基于网联的智能提 醒信息;PA 指部分自动驾驶,在驾驶员短时转移注意力仍可保持控制,失去控制 10 秒以上予以提醒,并能提供基于网联的智能引导信 息;HA 指高度自动驾驶,在高速公路和市内均可自动驾驶,偶尔需 要驾驶员接管,但是有充分的移交时间,并能提供基于网联的智能控 制信息;FA 指完全自主驾驶,驾驶权完全移交给车辆。

通常将自动驾驶和无人驾驶视作不同的两个概念,二者之间泾渭 分明。自动驾驶是指可以帮助驾驶员转向和保持在车道内行驶,实现 跟车、制动以及变道等操作的一种辅助驾驶系统,驾驶员可以随时介 入对车辆的控制,并且系统在特定环境下会提醒驾驶员介入操控。同 自动驾驶汽车相比,无人驾驶汽车也配备有各类传感器和相应的控制 驱动器,但是取消了方向盘、加速踏板和制动踏板,汽车在没有人为 干预的情况下自主完成行驶任务。

▌国内外技术发展现状

▌国外智能驾驶技术现状

汽车自动驾驶技术发展初期,研究者通过无线通信或在道路上铺 设电缆、磁诱导设备来实现车辆的自动控制。 1921 年 World Wide Wireless 期刊上出版的一篇论文中提出,通过无线通信技术实现无人驾驶技术。1955 年美国 Barret Electronics 公司研制出了第一台自动引导车辆系统 AGVS(Automated Guided Vehicle System),它是一个运行在固定线路上的自动运输平台,具有无人驾驶智能车辆的基本的特征 5。1961 年,斯坦福大学介绍了其研发的自主驾驶汽车 Stanford Cart, 该车上装有一个摄像机,通过有线电缆控制 6。日本机械技术研究所 在 1978 年进行了世界上首次基于机器视觉的自主汽车驾驶系统道路试验,速度达 30km/h。1980 年,慕尼黑联邦国防军大学开发了无人 驾驶汽车 UniBW,车上装配有 8 个 16 位英特尔微处理器,车速可以 达到 90km/h 7 。同时,美国俄亥俄州立大学的 Robert E. Fenton 提出 了AHS(Automated Highway Systems)概念,旨在促进高速自主驾驶汽 车发展。20 世纪 80 年代,德国联邦国防军大学Ernst Dickmanns 开发 的视觉导航汽车“Va-Mors”在没有交通流干扰的情况下车速可以得 到 100km/h,为汽车智能化发展奠定了重要基础。1994 年,梅塞德斯 -奔驰的“VaMP”完成了 1600km 测试,全程有 95%为自主驾驶 7。 2004 年,美国政府通过资助军事项目Demo Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ推动自主驾 驶技术发展。其中最先进的 DEMO III 智能车辆集成了多种子系统, 包括 CCD 立体视觉系统、激光深度成像仪、GPS导航系统、惯性导 航包及遥视机器人驱动系统,该车辆可以在多种恶劣环境下(如雨天、 路面有污垢等)、多种光照条件(比如白天、黑夜和阴影等)下实现 自主驾驶。

在汽车智能化技术发展历程中, 美国卡内基•梅隆大学研制了 NavLab 系列智能车辆。其中,NavLab-1系统于 1986 年基于雪弗兰 的一款厢式货车改装而成,装有 Sun3、GPS、Warp 等计算机硬件, 但由于软件的局限性,直到上世纪80 年代末,它的最高速度也只有 32km/h。NavLab-5 系统是 1995 年建成的,CMU 与 Assist-Ware技术 公司合作开发研制的便携式高级导航支撑平台 PANS 为系统提供计 算基础和 I/O 功能,并能控制转向执行机构,同时进行安全报警。它 使用了一台便携式工作站 Sparc Lx,能够完成传感器信息的处理与融 合、路径的全局与局部规划。NavLab-5以 Pontiac 运动跑车作为基础, 在试验场环境道路上的自主行驶平均速度达到 88.5km/h,首次进行了 横穿美国大陆的长途自主驾驶公路试验,自主行驶里程为 4496km, 占总行程的 98.1%。车辆的横向控制实现了完全自动控制,而纵向导航控制仍由驾驶员完成。NavLab-11系统是该系列最新的智能车平台, 车体采用了Wrangler 吉普车,最高车速达到 102km/h。装备的传感器 包括差分 GPS、激光雷达、摄像机、陀螺仪和光电码盘等。

斯坦福大学 Michael 基于大众帕萨特研制出无人驾驶车辆Junio,车上装备有五个激光雷达 (IBEO, Riegl,SICK, Velodyne) ,一个 GPS/INS 系统(Applanix),五个 BOSCH 雷达,两个 Intel 四核计算机,一个由大众汽车电子实验室开发的电传线控接口。

意大利帕尔玛大学VisLab 实验室一直致力于 ARGO 项目研究。 于 1998 年沿着意大利的高速公路网进行了 2000 公里的长距离道路 试验,整个试验途经平原和山区,也包括高架桥和隧道,试验车的无 人驾驶里程为总里程的 94%左右,最高车速达到了 112km/h。在 2010 年,ARGO 试验车装载了 5 个激光雷达、7 个摄像机、GPS 全球定位 系统、惯性测量设备以及 3台 Linux 电脑和线控驾驶系统,同时将太 阳能作为辅助动力源,沿着马可•波罗的旅行路线,全程自动驾驶来 到中国上海参加世博会,行程 15900km,经历了多种极端环境条件。2013 年,他们研制的智能车在无人驾驶的情况下能够实现交通信号 灯识别、避开行人、安全驶过十字路口和环岛等功能。

除高校在自动驾驶领域的积极研究外,众多汽车厂商也相继开展 了相关研究计划。奥迪推出的无人驾驶系统使用两个雷达探头、八个 超声波探头和一个广视角摄像机,可以在设定的时间内,按照导航系 统提供的信息,在最高 60km/h 的速度下自主转向、加速和刹车,实 现完全的自主驾驶。特斯拉开发了自动驾驶系统 Autopilot,并安装在 了 8 万辆 Model S 上。车辆挡风玻璃中间安装有一个MobileyeEyeQ3 视觉系统、前保险杠下方安装有一个毫米波雷达、车辆四周安装有 12 个超声波雷达。通用于2010 年推出了电动联网概念车 EN-V,它能够 通过对实时交通信息的分析,自动选择路况最佳的行驶路线,从而避免发生交通堵塞。沃尔沃于 2015 年 3 月 25 日至 28 日在北京六环高 速公路上进行高度自动驾驶测试和展示,测试中,自动驾驶车辆以 70km/h 的速度巡航,自动驾驶系统在真实的道路情况下完成了自动 转弯、跟车、制动等动作,此间完全没有人为干预。尼桑计划于 8 月 下旬在日本上市全新 Serena,该车型将配备日产ProPILOT 自动驾驶 系统,该系统支持车道保持和自动跟车等功能。宝马携手大陆集团在 自动驾驶领域展开了合作,共同开发驾驶辅助系统。

以谷歌为代表的 IT 公司在自动驾驶领域的表现也十分活跃,谷 歌公司于 2009 年开始研发无人驾驶技术,2012年,美国内华达州机 动车辆管理部门为其无人驾驶汽车颁发了首例驾驶许可证。谷歌无人 驾驶车辆搭载了雷达、车道保持系统、激光测距系统、红外摄像头、 立体视觉系统、GPS 以及车轮角度编码器等设备,而外部装置的核心 便是车顶的 64 线激光雷达,它能提供200 英尺以内的精细 3D 地图 数据。据 2015 年 11 月底谷歌提交给机动车辆管理局的报告,谷歌的 无人驾驶汽车在自动驾驶模式下已经完成了 130 多万英里。2013 年, 苹果公司宣布向汽车领域进军,开发了智能车载系统 CarPlay,并在 2014 年 3 月 4 日的日内瓦国际汽车展上进行了展示。CarPlay 能够支 持“电话”、“音乐”、“地图”、“信息”和第三方音频应用程序。梅赛 德斯-奔驰,法拉利、宝马、福特、通用等汽车厂商也陆续展示各自车 型与 CarPlay 的整合界面。

为促进自主驾驶技术的发展, 美国国防部高级研究计划局(DARPA)于 2004 到 2007 年共举办了 3 届 DARPA 无人驾驶挑战赛。 2004年的第一届 DARPA 挑战赛在美国的 Mojave 沙漠进行,道路全 长 240km,参赛队伍共有 21 支,有 15 支进入了决赛,但却没有一支 队伍完成整场比赛。第二届DARPA 挑战赛于 2005 年举行,有五支 队伍通过了全部考核项目, 其中来自斯坦福大学的 Stanley 以30.7km/h 的平均速度和 6 小时 53 分 58s 的总时长夺冠。2007 年 11月,第三届 DARPA 挑战赛在美国加利福尼亚州一个后勤空军基地举 行。比赛要求参赛车辆在 6小时内完成 96km 的城市道路行驶,同时 遵守所有交通规则。这次比赛不仅要求参赛车辆完成基本的无人行驶, 更重要的是参赛车辆要与其他车辆进行实时交流,相遇时能主动避让。 最终来自卡内基•梅隆大学的 BOSS车辆以总时长 4小时 10 分 20秒, 平均速度22.53km/h的成绩取得了冠军。

▌国内智能驾驶技术现状

相比之下,国内在自主驾驶方面研究的起步稍晚。从 80 年代末 开始,国防科技大学先后研制出基于视觉的 CITAVT 系列智能车辆。 其中,在 CITAVT-Ⅰ、CITAVT-Ⅱ型无人驾驶小车的研制过程中对无 人驾驶汽车的原理进行了研究;CITAVT-Ⅲ型的研究以实现在非结构 化道路下遥控和自主驾驶为目的;CITAVT-Ⅳ型自主驾驶车基于BJ2020SG 吉普车改装而成,该车型以研究结构化道路环境下的自主 驾驶技术为目标,空载条件下速度最高为 110km/h,车辆具有人工驾 驶、遥控驾驶、非结构化道路上的低速自主驾驶和结构化道路上的自 主驾驶四种工作模式 10。

清华大学在国防科工委和国家“863 计划”的资助下从 1988 年 开始研究开发 THMR 系列智能车。THMR-Ⅴ智能车能够实现结构化 环境下的车道线自动跟踪,准结构化环境下的道路跟踪,复杂环境下 的道路避障、道路停障以及视觉临场感遥控驾驶等功能,最高车速达 150km/h。THMR-Ⅴ智能车采用了基于扩充转移网络的道路理解技术, 大幅度降低了道路图像处理和车道线识别的计算量,并通过实验测得 在车道线跟踪阶段全部计算过程的周期小于 20 毫秒,保证了实际场 景下的实时性要求 11。

吉林大学从上世纪 90 年代初开始,在智能车辆的体系结构、道路边界识别、车辆的路径跟踪及车体控制等方面取得了一定成果,先 后开发了 JLUIV、DLIUV 系列智能汽车。重庆大学研制开发出 CQAC 系列视觉导航智能车辆。西安交通大学开发了基于 DSP 高速视频处 理系统的Springrobot 智能车,可实时完成道路检测、行人检测、车辆 检测等。

国内一汽集团、上汽集团、长安汽车等车企也纷纷涉足自动驾驶。 一汽集团于 2007 年与国防科技大学合作,在红旗 HQ3 车型基础上完 成高速公路自动驾驶样车。2011年 7 月 14 日,红旗 HQ3 无人车完 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;2013 年具备 PA-HA 功能的红旗 H7 投放市场;2015 年 4 月, 一汽集团正式发布了其“挚途”技术战略,标志着一汽集团的互联智 能汽车技术战略规划正式形成。根据该战略的十年发展计划,“挚途” 战略将从当前的 1.0 发展到 4.0。目前“挚途”1.0 已经于 2013 年应 用到红旗轿车上,具备紧急制动、防碰预警、车道偏离等驾驶辅助功 能。计划在 2018 年前实现的“擎途”2.0 计划,可以通过自主研发的 智能互联驾驶系统实现手机叫车、自动泊车和编队跟车功能,且有望 搭载于红旗 H7 和解放商用车上。而在 2020 年实现“挚途”3.0,可 以实现 V2X 功能,能够整合高速代驾及深度感知和城市智能技术。最终在 2025 年实现“挚途”4.0,实现高度自动驾驶技术整车产品渗 透率达 50%以上。2015 年 4 月 19 日,一汽在同济大学举行了“挚途” 技术实车体验会,包含有“手机叫车、自主泊车、拥堵跟车、自主驾 驶”等 4 项智能化技术。手机叫车功能可在视距范围内通过手机发出叫车指令,车辆自动行驶到指定地点,中途可自动躲避行人;自主泊 车可通过手机界面寻找车位,输入停车指令,完成平行或垂直泊车任 务;拥堵跟车功能可在堵车时自动跟随前车走停、转弯、加减速,可 识别交通标识和车间危险,可降低拥堵驾驶的疲劳和烦躁。

2013 年,上汽集团在自动驾驶领域“结盟”中航科工,并且在 2015 年的上海车展上展示了自主研发的智能驾驶汽车 iGS。iGS 可以 通过摄像头和雷达观测周遭环境,再把路况数据传达给控制软件进行 分析,给出指令。iGS 可以初步实现远程遥控泊车、自动巡航、自动 跟车、车道保持、换道行驶、自主超车等功能。

长安汽车在 2015 年 4 月发布了智能化战略“6 54”,即建立 6 个 基础技术体系平台,开发 5 大核心应用技术,分 4 个阶段逐步实现汽 车从单一智能到全自动驾驶。目前长安汽车已经完成第一阶段开发试 验,即在 4 月完成的 2000 公里高速公路路试。现已进入第二阶段, 将在 2018 年实现组合功能自动化,如集成式自适应巡航、全自动泊车、智能终端 4.0 等。未来在第三阶段,实现有限的自动驾驶,如高 速公路全自动驾驶等;计划在 2025 年完成第四阶段,实现汽车全自 动驾驶,并进入产业化应用。当前,长安汽车已掌握智能互联、智能 个性化、智能驾驶三大类 60 余项智能化技术,其中,结构化道路无 人驾驶技术已通过实车技术验证。

北汽集团在 2016 年 4 月份的北京车展上,展示了其基于EU260 打造的无人驾驶汽车。车辆通过加装毫米波雷达、高清摄像头、激光 雷达和 GPS 天线等元器件识别道路环境,同时配合高清地图进行路线规划实现无人驾驶。北汽无人驾驶汽车目前搭载的无人驾驶感知与 控制元器件大部分都采用了国产化采购,目的是为未来的量产打下基 础。在 2016 年 7 月 6 日,北汽集团新技术研究院与盘锦市大洼区人 民政府在北京市举行无人驾驶汽车战略合作协议签约仪式,双方将在 “红海滩国家风景廊道”合资合作共同开发建设无人驾驶体验项目。

长城汽车在 2012 年成立了专业团队,对汽车无人驾驶等智能技 术进行研发。目前哈弗 H8、H9 及部分后续车辆已经完成了驾驶辅助 (ADAS)阶段的开发。预计在2020 年,将会推出能够在高速公路上实现自动驾驶的车辆。长城无人驾驶技术通过多种传感器的应用,可 实现对道路情况与周围环境的全方位探测,并经过内部智能电子控制 单元高速运算,直接控制车辆的电子转向系统、发动机管理系统及制 动系统等机构,实现车辆加减速、变换车道、跟随车辆以及超车等动作。

百度公司于 2013 年开始了百度无人驾驶汽车项目,其技术核心 是“百度汽车大脑”,包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制 四大模块。2015 年百度无人驾驶汽车在国内首次实现了城市、环路和 高速公路混合路况下的全自动驾驶,测试时的最高速度达 100km/h。 乐视超级汽车公司于 2015 年 1 月 20 日在北京成立,发布了智能系统“LeUI”,将贯穿汽车、手机、TV 等所有乐视智能终端。LeUI Auto 版能够通过语音与乘员进行交互,可以通过挥手、轻点、指向和抓取 等手势进行人机交互,同时内嵌了地图导航功能。

▌公开性智能驾驶比赛

进入 21 世纪后,美国国防部先进研究项目局于 2004、2005、2007年举办了三届 DARPA 挑战赛,掀起了智能驾驶技术研发的热潮 12。

首届比赛于 2004 年在美国莫哈韦沙漠举行,全长240 公里,21 支车队报名参赛,15 支通过资格测试,所有车队均未能完成首届比赛 的测试。完成程度最高的来自卡耐基梅隆大学的 SandStorm 也仅仅跑完了 11.78 公里,不足全程的 5%。

第二届比赛于 2005 年举行,全长 212 公里,仍侧重于考察车辆 在非结构化道路自动驾驶的能力,全程无人、车干扰。23 支车队报名 参赛,5 支跑完全程。斯坦福大学的 Stanley 和卡耐基梅隆大学的 SandStorm、Highlander 获得前三名。

第三届比赛于 2007 年举行,全长 89 公里,侧重于考察车辆在城区结构化道路的自动驾驶能力,有少量行人及车辆干扰,53 支队伍报 名,11 支通过资格测试,6 支车队跑完全程。卡耐基梅隆大学的 Boss、斯坦福大学的 Junior 和弗吉尼亚理工的 Odin 获得前三名,如图 1-3 所示。

图1-3 三届 DARPA 挑战赛冠军 SandStorm、Stanley、Boss

2006年起,欧洲开始举办陆地机器人测试(ELROB,European Land-Robot Trial),在真实场景下测试包括智能驾驶汽车在内的陆地 机器人性能。共举行了三届军事场景和两届民用场景测试,军事主题 包括侦察监测、自主导航、编队运输等,民用场景包括安全、消防、 灾难控制等。18 支队伍参加首届测试,大部分采用无线遥控方案,机 械故障频发。后几届测试中,自主车辆占比和任务完成度逐年提高。 ELROB 测试对欧洲智能驾驶技术研发起到了积极促进作用。

2005 年, Vislab 实验室智能驾驶车辆TerraMax 参加第二届 DARPA 挑战赛,完成全程,获得第五名,如图 1-4 所示。2010 年, 其智能驾驶车辆历时 3 月横跨 9 国,完成从帕尔马到上海共13000km 的智能驾驶试验。2013 年,其智能驾驶车辆完成了包括环岛行驶、交 通信号灯、躲避行人在内的城市智能驾驶环境测试。

图1-4 Vislab 实验室 TerraMax 智能驾驶车辆

2011 年在荷兰举行的第一届合作驾驶挑战赛(GCDC: Grand Cooperative Driving Challenge)旨在加速 CACC 系统的实现,缓和世 界各地的交通问题,为各国的研究团队提供了展示先进的 CACC 技 术的平台。2016 年 5 月第二届 GCDC 比赛在荷兰海尔蒙德举办,由 欧洲的项目 i-GAME(2013 年十月份启动)支撑,来自六个欧洲国家 的十个学生团队参加,在海尔蒙德到埃因霍温的高速公路上测试(图 1-5),测试场景包括:两车队汇合,十字路口穿越,转向和自动让道 等。

图 1-5 GCDC 比赛

2015年 6 月 9 日,在美国加州举行的美国国防部高等研究计划 署(DARPA)机器人挑战赛日前落下帷幕,此次比赛要求参赛队伍建造可以执行核清理等相关任务的机器人,包括驾车、拆卸和开门、使 用标准电动工具在墙上切割孔洞、连接消防栓以及旋转打开阀门等。

图 1-6 韩国 Hubo 机器人赢得 DARPA 冠军

2015 年自动驾驶汽车挑战赛 Autonomous Vehicle Competition (AVC),由电子产品厂商 SparkFun 在其位于科罗拉多州博尔德市 的总部所在地主办,挑战赛的规则是:开发一款机器人,机器人本身 能够自行在该公司的停车场辨识方向。在所有参赛的 71 支队伍中, 有一半队伍都能顺利完成AVC 挑战赛的第一个弯道。但只有少数的 自动驾驶汽车能够度过所有的难关——躲避木桶、跳跃坡道等。

2017 年 2 月首场电动无人驾驶比赛 Roborace 在布宜诺斯艾利斯 举行,所有参赛车辆都采用相同设计,完全比拼软件设计能力。两辆 DevBot 无人驾驶电动赛车(图 1-7), 在布宜诺斯艾利斯的 ePrix Formula E 赛道上展开比拼。不幸的是,失败的一方因为事故而中途退赛。中途撞车赛车的“胜利者”最高时速达到 115 英里(约合 185 公里)。

图1-7 参赛中的DevBot 无人驾驶电动赛车

▌国内智能驾驶比赛

为促进我国无人驾驶技术发展,国家自然科学基金委于 2008 年 提出了“视听觉信息的认知计算”重大研究计划,并于 2009 年起主 办中国智能车未来挑战赛,截止目前已举办 7 届赛事。

第一届比赛于 2009 年在西安举办,包括机械性能测试、交通信 号灯识别、交通标志识别和交通标线识别等基本能力测试,以及自主 驾驶测试。共有 10 支队伍参赛,最终湖南大学取得冠军。

第二届比赛于 2010 年在西安举办,比赛内容仍然包括基本能力 测试和自主驾驶测试,同上届内容相比,基本能力测试中增加了沿锥 形标曲线行驶和定点泊车。共有 10 支队伍参赛,最终中国科学院合 肥物质研究院的“智能先锋”无人驾驶车辆获得冠军。

第三届比赛于 2011 年在鄂尔多斯举行,比赛要求参赛车辆完成 约 11 公里的真实道路环境行驶,全程包括交通标识和信号灯识别、 动静态障碍物识别、路口通行、U 形掉头、停止线停车等科目,国防 科技大学的“开路雄狮”无人驾驶车辆获得了冠军。

第四届比赛于 2012 年在赤峰举办,比赛内容包括城区道路测试 和乡村道路测试,重点考察车辆的安全性、智能性、平稳性和速度。 共有 15 支队伍参加了此次比赛,军事交通学院的“猛狮 3 号”取得 了冠军。

第五届比赛于 2013 年在常熟举办,包括环湖公路测试和城市道 路测试,全程 18 公里,共有 18 支队伍参赛,最终北京理工大学获得 冠军。

第六届比赛于 2014 年在常熟举办,比赛内容包括通过拱桥、驶 入/驶出高架桥匝道、交叉路口通行等科目,共有 22 支队伍参赛,军 事交通学院取得了冠军。

第七届比赛于 2015 年也在常熟举办,此次比赛主要侧重于真实 道路环境测试,共有 20 支队伍参加比赛,军事交通学院的猛狮车队 夺冠。

2016 年第八届“中国智能车未来挑战赛”在常熟举行(图 1-8), 本次比赛包括真实综合道路环境测试和认知能力离线测试两部分。其 中道路环境测试分为真实高架快速道路测试(约 22 公里)和城区道 路测试(约 6 公里),考察在遵守道路交通法规、减少交通事故前提下无人驾驶车辆的交通场景识别能力及不同道路环境的适应性和正 常行驶 4S 性能(即安全性(Safety)、舒适性(Smoothness)、敏捷性 (Sharpness)和智能性(Smartness),也是首次提供真实高架快速道 路、城区道路的测试环境与条件;认知能力离线测试是首次在真实道 路交通场景数据库基础上,通过仿真环境评估无人驾驶车辆的视觉信 息环境认识基础能力。另外,本届比赛首次实现无人机与无人驾驶车协同。

图1-8 比赛中的智能汽车

2016年 12 月中国智能汽车大赛(CIVC)在上海国际汽车城国家 智能网联汽车(上海)试点示范区封闭测试区举行(图 1-9)。大赛定位 于行业高端交流平台和技术实践测评标尺,旨在通过汽车智能化功能 测试、汽车自动驾驶测试和汽车智能互联测试等一系列立体化、实践 性、全方位的测评,促进中国智能汽车行业发展进步

图 1-9 来自国内部分院校、研究机构及汽车制造商的 19 支参赛队伍

2017年 6 月 28 日至 30 日,世界智能驾驶挑战赛(WIDC)在天津举行(图 1-10)。赛事由无人驾驶组、智能辅助组、信息安全组三个组别组成,其中无人驾驶组有 19 支车队参赛,智能辅助组有 20 支车 队参赛,信息安全组有 24支车队参加。无人驾驶组比赛设置初赛和决赛,共测试 15 个场景;智能辅助组比赛包含自动泊车(AP)、自动 紧急制动(AEB)、车道偏离预警与保持(LDW&LKA)三个测试项 目,主要针对装有智能辅助驾驶系统的量产车进行测评,从而为消费 者提供汽车智能化水平的信息;信息安全组比赛主要针对具有智能化 功能的汽车进行信息安全的攻防测评,从而推动全球汽车信息安全技 术进步和发展。

图 1-10 参加世界智能驾驶挑战赛的车辆通过非机动横穿测试项目点

▌汽车自动驾驶产业概述

传统车企一般采取从辅助驾驶到自动驾驶的逐步递进方案,20 世 纪 90 年代已经出现了能够批量生产装车的辅助驾驶系统。2000 年之 后,辅助驾驶得到了越来越多的关注,各车企也都投入了大量的研究 资源,与此同时,越来越多的辅助驾驶系统出现在了高端车型上。近年来,辅助驾驶逐渐过渡到中低端车型。图 1-11 为我国学者于 2012 年调研得到的辅助驾驶系统的消费认知度情况,可以看出此时辅助驾 驶系统已经得到了较为广泛的关注。

图 1-11 辅助驾驶系统认知度

▌国内外相关政府政策

世界各国都在积极制定自动驾驶普及路线图,放宽无人驾驶汽车与无人机相关法律法规。

▌国外情况

  • 美国

2012 年 5 月 8 日,谷歌的智能驾驶汽车在美国内华达州上路测 试。内华达州是允许谷歌智能驾驶汽车上路测试的第一个州,该州的 机动车辆管理局(DMV)向谷歌发出首张许可证,测试的内容是检测谷 歌的智能驾驶汽车如何在拥挤的街道和高速公路上行驶及做出各种 反应。内华达州一直领导着允许智能驾驶汽车上路的立法工作。2011 年,内华达州立法委员会通过了美国第一部允许测试智能驾驶汽车的 法案。据该法案规定,在对智能驾驶汽车进行测试时,车内必须搭载 两名测试人员,一人坐在驾驶位,另一人坐在副驾驶位。2012 年 9 月, 由美国谷歌公司注入智能驾驶技术的汽车已获美国加利福尼亚州法 案通过,2015 年起可以在加州内的道路上行驶,这标志着智能驾驶汽 车已被合法化。

美国通过立法的形式,制定《联邦机动车辆安全标准》;推动车 辆强制安装 DSRC;高速公路安全管理局制定自动驾驶汽车指导方针 和政策框架;成立交通变革研究中心,推进示范测试,从战略、立法、 测试层面上都有全面的布局。

  • 欧盟

2015 年 2 月,欧盟携欧洲十几家整车制造商和零配件供应商共同推出 “ Adaptive ” 项目( Automated Driving Applications & Technologies for IntelligentVehicles,“智能车辆自动驾驶应用和技术”),旨在开发能在城市道路和高速公路上行驶的部分或完全自动化汽车。该项目预计持续 3 年半时间,将获得欧盟 2500 万欧元资金支持。“Adaptive”项目总部设在德国大众汽车集团总部所在地——沃尔夫 斯堡。参与该项目的整车制造商有大众、宝马、标致雪铁龙、雷诺、 沃尔沃、福特、菲亚特、欧宝、戴姆勒等,零配件供应商有博世、大 陆、德尔福等,其他项目参与方还包括研究中心、大学和一些欧洲的 中小企业。欧洲部分国家因受《维也纳协定》(道路交通公约部分) 的限制,目前无法实现无人驾驶汽车的应用。因此,除进行技术研发 外,“Adaptive”项目还将研究与无人驾驶汽车匹配的标准和道路交通 法律法规。

  • 德国

德国汽车厂商早于几年年前就推出了无人驾驶汽车概念车。去年年开始,德国无人驾驶汽车的应用迈出了阶段性一步:博世公司首先在德国高速公路路上进行了无人驾驶汽车测试;随后,梅德赛斯-奔驰公司在高速公路路、城市交通和乡间道路路上进行了无人驾驶汽车的实地测试。随着测试的成功,德国开始对无人驾驶汽车的研究更更进一步。2014 年年 6 月开始,德国汽车业界展开了对是否需要在无人驾驶汽车上安装匣子的讨论。在一些德国厂商看来,类似航空业使⽤用的“黑匣子”设备可帮助保险公司和汽车制造商借助采集行行车速度、传感器器、驾驶者状况等数据进⾏行行调查,分清车祸责任方在汽车、驾驶人还是其他第三方因素。

  • 法国

法国为实现工业复兴,曾于2013 年推出了《新工业法国》战略, 着重培育发展 34 个工业部门,无人驾驶汽车就是其中的一项内容。 2014 年 2 月,法国公布了无人驾驶汽车发展路线图,投资 1 亿欧元, 利用三年时间重点研发无人驾驶汽车,2015 年开始进行无人驾驶汽 车实地测试。法国的重要汽车生产企业和零配件供应商,如标致雪铁 龙、雷诺、瓦雷奥等都参与了这一项目。法国政府看好无人驾驶汽车 前景。一方面,法国政府认为,无人驾驶汽车有助于提高道路安全(90% 的交通事故都是人为造成)、提高驾驶者生活质量(平均每人每天开 车时间达 78 分钟)、改善公共交通;另一方面,法国政府预计未来十 年,无人驾驶汽车市场将达数十亿欧元,颇具发展潜力。法国汽车业 界预计于 2020 年向市场推出第一批无人驾驶汽车。为保证无人驾驶 汽车的顺利发展,法国已于 2016 年年底前实现全国数千公里道路的 联网,并推动道路交通法律法规的修订,满足无人驾驶汽车上路要求。 此外,还将向全球汽车生产商开放道路进行无人驾驶汽车的试验。

  • 英国

英国研究无人驾驶汽车已有几年时间,牛津就有企业开发了一款 半自助的智能汽车,允许乘客在需要的情况下自主驾驶。根据英国科 学部部长的描述,这款汽车比谷歌的无人驾驶汽车造价低。英国政府 已表示 2017 年首次允许无人车在高速公路及重要道路上进行试驾,其中沃尔沃于 2017 年初在英国测试无人驾驶汽车。根据 HIS 调研公 司的报告,到 2035 年,全球道路上约有5400 万辆无人驾驶汽车。为 迎接无人驾驶汽车的到来,英国还将修改相关的道路交通法规,目前 已由英国科学部与交通部开始着手研究。

  • 日本

早在 2015 年 10 月,日本政府就酝酿针对自动驾驶汽车启动立 法。2016 年上半年,日本经济贸易产业省成立了一个研究小组,决定联手车企在地图、通讯、人类工程学及其他领域展开合作,以实现到 2020 年在公共道路上测试自动驾驶汽车。2017 年 5 月,日本已经制 定了自动驾驶普及路线图,表明自动驾驶汽车(有司机)将在 2020 年 允许上高速公路行驶。在最新发布的规划里,已经把联网、智能化、 道路安全概念融合在一起,规划分成辅助驾驶、V2X 和更高级的道路 安全三个阶段 16。

法规方面,日本首相安倍晋三曾声明,将放宽无人驾驶汽车与无 人机的相关法律法规,在 2017 年允许纯自动驾驶汽车进行路试。而 日本国土交通省则决定最早将于2017 年秋季制定有关在高速公路同 车道行驶的自动驾驶安全法规。

目前,针对自动驾驶汽车引发事故的责任所属问题,日本警视厅 已经开始进行法律层面的探讨,同时日本政府正在着手修订《道路交 通法》和《道路运输车辆法》等相关法规,并计划展开关于自动驾驶 汽车发生事故的赔偿机制的讨论。提到自动驾驶汽车发生事故的赔偿 机制,日本的东京海上日动火灾保险已经明确,从 2017 年 4 月起, 把自动驾驶期间的交通事故列入汽车保险的赔付对象,据悉这是日本 国内首例以自动驾驶为对象的保险。

▌国内情况

2015年,国务院印发了《中国制造 2025》,将智能网联汽车列入 未来十年国家智能制造发展的重点领域,明确指出到 2020 年要掌握 智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术,到 2025 年要掌握自动驾驶 总体技术及各项关键技术。同年,《中国智能网联汽车标准体系建设 方案》(第一版)出台 17。

2016 年 6 月,中国汽车技术研究中心党委书记于凯在第二届智 能网联汽车技术及标准法规国际研讨会透露,全国汽车标准化技术委 员会已经完成《先进驾驶辅助系统术语和定义》ISO 标准草案的准备工作。8 月,工信部网站发布了“三部门关于印发《装备制造业标准 化和质量提升规划》的通知”,“规划”要求开展智能网联汽车标准化 工作,加快构建包括整车及关键系统部件功能安全和信息安全在内的 智能网联汽车标准体系。10 月底,《中国智能网联汽车技术发展路线 图》发布,以引导汽车制造商的研发以及支持未来政策制定。

目前由工信部组织起草的智能网联汽车标准体系方案已形成标 准框架体系,该标准体系框架包括基础、通用规范、产品与技术应用、 相关标准四个主要部分,其中基础和通用规范涉及网联化共性的基础 标准;产品与技术应用涉及具体的设计标准,是该框架的主干部分, 包含信息采集、决策报警、车辆的控制等方面的细则。而相关标准则 涉及到信息交互、通讯协议、接连接口等。

同时,智能网联汽车分技术委员会也在申请成立,计划吸纳相关 领域专家共同研究制定相关技术标准;智能辅助技术信息安全等具体 标准制定工作也在加快推进。今年年底,通用汽车携手清华大学和长 安汽车一起牵头拟定的中国网联汽车技术(V2X)应用层标准也将发布 第一版标准。

2017 年 6 月 7-8 日,由全国汽车标准化技术委员会主办的“第三 届智能网联汽车技术及标准法规国际研讨会(ICV 2017)”在上海揭 开帷幕。来自工业和信息化部、国家发展和改革委员会等政府主管部 门、联合国等国际组织、国内外汽车及相关产业的技术机构和骨干企 业的专家、学者及行业精英共计 300 多人出席会议。

参考文献:

  • 中国人工智能系列白皮书-智能驾驶 2017

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原文发布于微信公众号 - 专知(Quan_Zhuanzhi)

原文发表时间:2017-11-20

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