自動駕駛汽車技術的發展趨勢

張 翔

自動駕駛汽車的主要特點是智能互聯。智能是指在汽車上安裝傳感器和GPS衛星定位及高精度地圖等設備，運用智能算法和軟件控制汽車行駛，從而部分或全部解放駕駛員的雙手、雙腳和眼睛，進一步提高和保證駕駛安全?；ヂ摚?-2］是指汽車安裝了通信設備，可以與外界聯絡，實時了解周邊的交通情況，選擇最優的路線、安全環保地到達目的地。智能互聯汽車的最高階段就是實現無人駕駛，自動規劃行程，自動補充燃料 （加油或充電），自動尋找停車位。從而保持交通暢通，乘客可以輕松愉悅地到達目的地。

1 實現自動駕駛的兩種技術路線

自動駕駛主要分兩種技術路線。一種是基于傳感器探測與控制的駕駛輔助ADAS（Advanced Driver Assistance Systems） 技術［3-4］， 這種技術就像是給汽車安裝了眼睛，讓汽車可以看到道路交通標志和周邊的車輛行人，在遵守交通規則的基礎上，避讓周邊的障礙物，實現自動駕駛。另外一種是指基于車車通信V2V（Vehicle-to-vehicle）、車路通信V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、V2X車聯通信和智能交通技術，它是給汽車安裝通信設備，讓汽車與周邊的交通標志、收費站、汽車、摩托車、自行車和行人通信，實現在遵守交通規則和避讓行人基礎上的安全駕駛。這有些像盲人走路，雖然看不到周邊的情況，但是通過不斷地詢問周邊的車輛和交通設施，了解四周的情況和行駛的方向，從而實現自動駕駛過程。

2 用ADAS技術路線實現自動駕駛

在ADAS技術路線中，根據選擇雷達和攝像頭2種不同種類的傳感器，也有2種技術方案。對于自適應巡航ACC（Adaptive Cruise Control）技術，傳統的技術路線是將雷達傳感器安裝在汽車前部，例如大眾汽車是裝在車標Logo里面，探測與前車的距離。發動機管理系統EMS控制汽車車速與前車速度一致，始終保持與前車有一定的安全距離。當啟動ACC模式后，駕駛員可以不用踩加速踏板和制動踏板，汽車自動跟隨前車行駛。奧迪汽車利用雷達實現自適應巡航功能見圖1。

黃河水泥沙含量高且細微粒含量比例大。河套灌區總干渠作物生育期內多年平均含沙量為4.5 kg/m3，進入到總干渠的泥沙顆粒粒徑小于0.005 mm約占到50%。按照現有滴灌水質標準(≤50 PPM/L)[4]，約有99%的泥沙需要過濾，對于高含沙量的黃河水要達到這樣的水質標準，通常都要采用工程與機械相結合的四級過濾模式。工程過濾要修建體積較大的沉淀池，灌區占地問題難以解決，同時，清理泥沙費用也高。黃河水中大量養分在泥沙沉淀與過濾過程中被去除，造成養分流失。

隨著攝像頭分辨率的提高和處理器MCU（Micro Control Unit）計算能力的增強，汽車市場開始出現了用圖像識別的軟件算法——計算汽車與前車距離的技術，在汽車車內后視鏡的位置安裝一個前向攝像頭，透過前擋風玻璃，拍攝前方的景物視頻，利用圖像識別算法識別前方的車輛，從而控制汽車行駛速度，實現ACC功能。由于攝像頭的硬件成本比雷達便宜，而且這個攝像頭還可以用于實現識別車道、行人和交通標志等其它ADAS功能，因此攝像頭的應用范圍和功能比雷達多，用攝像頭取代雷達是未來ADAS技術的發展趨勢。目前主要受MCU計算能力有限和軟件開發成本高的限制，基于攝像頭的ADAS系統還沒有大規模在汽車上運用。

主動緊急制動系統AEB（Automatic Emergency Brake）也是常用的ADAS技術之一，當汽車與前車的距離小于一定的限值，制動系統自動啟動，快速將汽車減速到停止狀態。傳統AEB系統是借助安裝在車輛前部的雷達傳感器實現的，雷達傳感器通過測量反射波與發射波的時間差，計算出汽車與前車的距離，當這個距離小于設置值時，控制制動系統使汽車減速；博世公司開發出立體攝像頭圖像識別系統，通過左右2個攝像頭對拍攝到的視頻數據進行圖像識別處理，便可計算出前方障礙物與汽車的距離，實現緊急制動。目前路虎與博世進行合作，在路虎全新發現運動版SUV上標配了博世立體攝像頭和緊急制動系統（圖2）。日本供應商富士重工也在研發基于圖像識別技術的自動制動器EyeSight系統，其攝像頭由日立公司供應。

合同上傳系統后必須經過技術、經濟、法律三項審批及公司領導審批環節：①技術審查：原則上合同承辦部門是合同的技術審查部門，技術審查主要是合同標的、性能、功能、履約期限、相關技術標準、質量要求及其保證等?？梢幎▽彶闀r限以提高效率。②經濟審查：財務部門負責，主要是對涉及合同款項支付、稅務、財務方面的審查?？梢幎▽彶闀r限以提高效率。③法律審查：對簽約當事人主體資格和代理人資格、合同標的是否存在排他性或優先性的權利、雙方權利義務、違約責任、糾紛處理方式等約定進行審查?？梢幎▽彶闀r限以提高效率。④領導審批：經技術、經濟、法律三項審查后報分管領導、總會計師及公司總經理按序審批?？梢幎▽彶闀r限以提高效率。

3 用V2I技術路線實現自動駕駛

我們一齊生在扒鍋街，眼睛還沒睜開時就認識了，我媽說頭一次見面，他就尿了我一身，后來我總算明白了，我為什么一直不爽他?？墒前清伣值男『⒆釉絹碓缴?，我只好拉上許飛充數，但是每次我們玩過家家游戲，我從來不和許飛扮夫妻。

V2I技術與ADAS技術路線有何差異？下面用一個交通標志識別系統 （Traffic Sign Recognition，簡稱TSR）的例子說明。ADAS技術通常用基于攝像頭的圖像識別方法，首先用攝像頭拍攝前方的照片，通過圖形識別軟件算法的計算，判斷前方的交通燈是紅燈還是綠燈，也可以識別道路旁邊的速度標志的最高限速的數值是多少，然后控制汽車在十字路口是否通過紅綠燈，按照什么樣的速度行駛。V2I的方法是通過車輛與交通設施通信來判斷前方是紅燈還是綠燈，十字路口的交通燈按照一定的周期循環向四周發射交通燈是紅燈或綠燈的無線電信號，汽車在100 m以外就可以收到信號，解析出交通燈改變紅綠燈的時間周期，從而控制汽車以合適的速度通過十字路口，避免緊急制動的發生，大大地提高了行車安全，也降低了汽車的能耗和排放。

4 國內外無人駕駛試運行項目

4.1 美國無人駕駛項目

目前沃爾沃正在與瑞典哥德堡政府、交管部門、科研機構進行深入合作，開展大規模自動駕駛公眾路試項目 “Drive Me”，該項目將于2017年征選普通市民，參與在瑞典哥德堡市內及周邊的公共道路上進行的無封閉自動駕駛測試。針對堵車、疲勞等最讓駕駛員頭痛的幾種場景，沃爾沃給出了智能化解決方案。例如帶輔助轉向功能的ACC自適應巡航控制系統，能夠讓測試車輛沿車道自動跟車、自動變速并匯入車流，這對于經歷了一整天繁重工作卻還要忍受堵車之苦的上班族來說是個福音。全自動泊車是指駕駛員在停車場入口處就可以下車，然后汽車通過V2V技術與停車場基礎設施通信，自行尋找車位完成停車。駕駛員狀態傳感系統通過高度靈敏的傳感器監測駕駛員狀態，不僅可以提醒沒有專注開車的駕駛員，必要的時候還會接管駕駛汽車的任務。另外自動駕駛對車輛定位提出了更高的要求，現有的美國GPS定位技術和基于攝像頭的圖像識別技術都無法克服定位精度和惡劣天氣等因素的影響。沃爾沃正在研發磁場道路精準定位技術，借助車輛與道路間的磁場感應，可以實現車輛誤差低于10 cm的精準定位，實現全天候的無人駕駛，這種方案對道路基礎設施改建成本比較低。另外汽車能夠辨別駕駛人并瞬間調出其常用出行地點，得到確認答復后迅速規劃最佳路徑并自行前往；“Drive Me”項目的其它功能包括汽車之間，與信號燈、停車場、商場等基礎設施相互感知并對話，強大的移動云端服務器對車流進行統籌規劃。目前沃爾沃全新XC90已經搭載了部分高度自動駕駛技術，如圖4所示。

4.2 歐洲無人駕駛項目

美國高速公路安全管理局 （National Highway Traffic Safety Administration，簡稱NHTSA）于2012年啟動了V2V項目，開始制定車車和車路之間的通信協議。目前福特、通用、本田、現代、戴姆勒、日產、豐田和大眾八大汽車制造商，通過碰撞標準合 作 伙 伴 （CRASH AVOIDANCE METRICS PARTNERSHIP，簡稱CAMP）的組織與政府合作開發V2V技術。CAMP組織的每個成員在密歇根州安阿伯都提供車輛參與從2012年年中到2013年年底的試點項目。約3000位駕駛員在普通城市道路上駕駛V2V功能汽車，測試了這個通信系統的功能和缺陷。供應商包括美國思科公司和日本電裝公司提供了V2V通信設備與軟件。NHTSA計劃于2017年提交V2V通信協議標準。這些標準將列于美國聯邦機動車安全標準第150條，將成為V2V發射器和信息制定最低要求。另外車車發射器和軟件的成本預測是，到2020年估計每輛汽車要花費341～350美元。當前的V2V系統可以每秒鐘交換10次位置信息，如行駛方向和速度。如果兩輛車位于同一車道，駕駛員會收到警告信息。NHTSA稱，新規則將要求新車安裝基本的V2V設備，但不會對具體的安全功能提出強制性要求。激活什么樣的功能由汽車制造商決定，這依賴于他們的工程制造能力和對新技術的適應能力。V2V可以實現 “左轉輔助 （Left-Turn Assist）” 和 “交叉口移動輔助 （Intersection Movement Assist）”技術，能夠有效防止因為車與車之間信息溝通不暢在十字路口發生的車禍。這兩項技術預計每年就能挽救49～1083條美國人的生命，預防2.5萬～59.2萬起撞車事故。美國V2V通信試驗示意圖見圖3。

4.3 中國無人駕駛項目與發達國家相比，

中國在V2V技術領域的研究啟動較晚。進入 “十二五”后，科技部立項的 “智能車路協同關鍵技術研究”項目圍繞車路協同核心關鍵技術和典型應用開展了系統性的探索研究。這一項目由清華大學、北京航天航空大學、同濟大學、中國汽車技術研究中心等10家單位參與，經過3年多的聯合攻關和集中開發，有效推動了中國智能車路協同技術的迅速發展?！笆濉?63項目 “智能車路協同關鍵技術研究”項目采用先進的無線通信和新一代互聯網技術，實現車輛協同安全控制、主動道路交通管理和行人安全輔助，有望推動中國形成安全、高效和環保的道路交通系統。2015年4月，在南京召開的第14屆亞太智能交通論壇上， “智能車路協同關鍵技術研究”項目組成功演示了車路協同典型應用場景。10輛試驗車在展示現場循環演示，重點展示了車路協同環境下信號燈控路口車速引導控制，車車協同環境下車輛跟馳危險辨識、預警和輔助駕駛，車車協同環境下車輛換道危險辨識、預警和輔助駕駛等10余個場景。目前 “智能車路協同關鍵技術研究”項目已經通過科技部組織的驗收。項目組研發的智能車載系統能夠保證車輛在120 km／h速度以下，對前車的識別準確率達到98.6%，實現車輛狀態獲取、車載環境感知和信息交互的一體化集成。研發的智能路側系統，可支持地磁、視頻、路面濕滑度等傳感器的接入。另外開發了具備支持9個路口以上、1 000輛車以上的車路協同關鍵技術仿真平臺。道路試驗見圖5。

2.2.1 不同處理對馬鈴薯產量的影響 從表3可知，噴施緩解劑的處理1、3單株結薯數較CK1分別增加0.70，0.45個，單株結薯數有所增加；處理2與CK1結薯數基本一致。處理3（敵克松+吲哚乙酸）的單株產量較高，為741.3 g/株，較CK1增加3.9%，處理3（敵克松+吲哚乙酸）小區產量較高，為68.8 kg，較CK1增加20.1%，各處理的商品薯率較CK1分別增加1.5%、2.0%和1.5%，各處理間無顯著差異。

5 結論

未來自動駕駛汽車的商業模式應該是基于V2X的通信方式運營，無人駕駛的最終解決方案將是采用V2X技術，因為每輛汽車只要安裝一個通信終端，就可以了解周邊的道路和車輛情況，它與周邊車輛和道路設備的通信距離不會超過200 m。另外汽車實現自動駕駛后，傳統的轉向盤和加速踏板等機構都可以去掉，導致自動駕駛汽車的成本也比傳統汽車低，內部空間比傳統汽車大。V2X商業模式的前提是所有的交通設施都要安裝發射信號裝置，交通燈循環發射是紅燈還是綠燈的無線電信號，限速標志發射最高速度值的無線電信號。這要求前期投入大量的資金建設基于智能交通的道路設施。

對于基于ADAS技術的無人駕駛汽車，沃爾沃“Drive Me”項目宣布，2017年計劃讓100輛無人駕駛汽車在瑞典哥德堡上路行駛，這些無人駕駛汽車將交由特別挑選的駕駛員使用，后者將為沃爾沃提供使用感受和診斷信息，以幫助這家汽車制造商更好地研發無人駕駛汽車。美國波士頓咨詢公司（Boston Consulting Group，簡稱BCG）表示，到2035年，無人駕駛汽車全球年銷量可達到1200萬輛左右，占全球汽車總銷量近10%。

在V2X技術商業化應用到來之前，ADAS技術成為一個中間過渡方案，它要求在汽車上安裝大量的攝像頭和雷達傳感器，這種方案將汽車武裝成一個眼觀六路的機器人，他不需要外界的指揮信號就可以實現自動駕駛。ADAS方案的缺點是大量的傳感器和軟件處理算法增加了汽車的成本。無人汽車大規模商業化運營預計需要30-50年，因為這需要對傳統的交通設施進行改造和更換，要求每一個紅綠燈、限速標志和道路轉彎標志都能夠發射被汽車接收的無線信號，這是一個龐大的工程。

［1］張翔.智能聯網是未來汽車發展的方向［OL］.汽車財經，2015-05-07.http： ／／www.auto-biz.cn／news／show／id ／1553.html.

［2］張翔.顛覆你的想象，未來的汽車是什么樣的［OL］.弗戈工業在線， 2015-03-16.http： ／／auto.vogel.com.cn／2015／0403 ／news_478670.html.

［3］張翔.汽車ADAS技術的最新進展［J］.汽車電器，2014（8）： 4-6.

［4］張翔.先進駕駛輔助技術在國產車上的應用［J］.汽車制造業， 2012 （9）： 32-35.