中國國際智能交通展覽會在京開幕,。一提到智能交通，就令人不禁想起“無人駕駛”,。就在2016年4月12日至17日,，中國某自主汽車品牌兩輛無人駕駛汽車從重慶出發(fā),，途徑四川、陜西,、河南,、河北后抵達北京，行程近2000公里,，這是我國無人駕駛汽車的首次長途路測,，代表了我國自主品牌汽車在無人駕駛技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的最新進展。
“無人駕駛”彌補“由人駕駛”的不足
手握方向盤,、目視前方,、保持注意力、長時間重復(fù),、乏味的傳統(tǒng)駕駛方式很容易讓駕駛員產(chǎn)生疲勞,，甚至發(fā)生交通事故。無人駕駛汽車研發(fā)人員則致力于從安全,、可靠,、便利及高效等方面進行突破，彌補人工駕駛的不足,，減少交通事故,，將駕駛員從繁復(fù)的傳統(tǒng)駕駛方式中解脫出來,。
從20世紀70年代開始，美國,、英國,、德國等國家開始進行無人駕駛汽車的研究，在可行性和實用化方面都取得了突破的進展,。中國從20世紀80年代開始進行無人駕駛汽車的研究,，國防科技大學在1992年成功研制出中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。特別是在過去的幾年時間里,，無人駕駛技術(shù)的研發(fā)如火如荼,，越來越多的國內(nèi)外汽車企業(yè)開始涉足這一領(lǐng)域，無人駕駛技術(shù)取得了快速蓬勃的發(fā)展,。
“無人駕駛”的三大系統(tǒng)
無人駕駛汽車綜合利用自動控制,、計算機科學、人工智能,、電子信息和車輛工程等多門學科相關(guān)技術(shù),，利用車載傳感器(攝像頭、激光雷達,、超聲波傳感器,、微波雷達、GPS,、里程計,、磁羅盤等)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知到的道路,、車輛姿態(tài)和障礙物信息,，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使得車輛能夠自主,、安全,、可靠地在道路上行駛。
無人駕駛汽車是一個綜合系統(tǒng),，整體可分為環(huán)境感知系統(tǒng),、行為決策系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng),。
1.環(huán)境感知系統(tǒng)
人類在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)的過程中,，需要實時觀察和分析車輛自身的狀態(tài)、路面,、車輛,、行人、交通標志、交通標線和交通信號燈等的狀況,，也就是對交通環(huán)境的“感知”。這種“感知”首先是通過感觀(主要是視覺,，還包括聽覺,、觸覺和嗅覺)來獲取信息，然后利用自身經(jīng)驗和邏輯推理來理解信息,，并做出決策,，力求安全平穩(wěn)地駕駛車輛。
無人駕駛汽車在進行自主行駛的時候也需要對環(huán)境進行感知,，進而根據(jù)所得到的有用的環(huán)境信息產(chǎn)生行為決策,。無人駕駛汽車是通過車上配備的傳感器來感知環(huán)境信息的，這些傳感器主要包括攝像頭,、激光雷達,、毫米波雷達、紅外相機,、光電編碼器,、GPS和慣性測量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)等。其中,，攝像頭,、激光雷達、毫米波雷達以及紅外相機是用于獲取環(huán)境信息,，光電編碼器,、GPS和IMU是用于獲取車身狀態(tài)的信息。
這些傳感器依據(jù)不同的原理獲取環(huán)境數(shù)據(jù),，獲取數(shù)據(jù)之后,，車載單元還需要采用一定的方法提取出數(shù)據(jù)中對于智能行為決策有用的信息，比如探測到障礙物,、檢測車道線,、檢測和識別交通標志、定位和姿態(tài)估計等等,。
2.行為決策系統(tǒng)
行為決策是指無人駕駛汽車根據(jù)給定路網(wǎng)文件,，獲取的交通環(huán)境信息和自身行駛狀態(tài)，自主產(chǎn)生遵守交通規(guī)則的駕駛決策的過程,。無人駕駛汽車行為決策系統(tǒng)主要包含全局路徑規(guī)劃(或任務(wù)規(guī)劃),、行為規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃(或運動規(guī)劃)。
路徑規(guī)劃的目的是在無人駕駛汽車行車之前找到一條“最優(yōu)”的路徑供無人駕駛汽車行駛,?！白顑?yōu)”的標準可以是最短行車距離、最少行車時間、最低費用和最少擁堵等,，當然前提都是在保證行駛的安全性和遵守交通規(guī)則,。全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃都是屬于路徑規(guī)劃的范疇。全局路徑規(guī)劃為無人駕駛汽車的自主駕駛提供方向性的引導,，確定其依次需要通過的路段和區(qū)域序列,。行為規(guī)劃是處于全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃中間的層次，行為規(guī)劃根據(jù)全局路徑規(guī)劃的確定的路徑和當前的道路狀況,，確定當前無人駕駛汽車應(yīng)該進入什么行駛模式,，比如路口左轉(zhuǎn)模式、超車模式等,。局部路徑規(guī)劃依照行為規(guī)劃確定的當前行駛模式,，結(jié)合環(huán)境感知獲取的信息計算出局部范圍內(nèi)精確的行駛軌跡。無人駕駛汽車采取的是全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃相結(jié)合的方式,。
圖1 無人駕駛汽車行為決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1 無人駕駛汽車行為決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
3.運動控制系統(tǒng)
運動控制系統(tǒng)是根據(jù)局部路徑規(guī)劃給出的行駛軌跡和速度規(guī)劃以及無人駕駛汽車當前的位置,、姿態(tài)和速度，產(chǎn)生對油門,、剎車,、方向盤和變速桿的控制命令，以跟蹤規(guī)劃出的行駛軌跡,。當然,，油門、剎車,、方向盤和變速桿上需加裝底層控制器和執(zhí)行機構(gòu)來執(zhí)行控制操作,。
除了增強無人駕駛汽車自身智能行為的能力以外，還可以采用道路交通智能化的方式,，通過車與車通信(V2V)和車與交通系統(tǒng)通信(V2X)來獲取車輛速度,、實時路況等信息，從而提升整個交通系統(tǒng)的駕駛安全性和交通通行效率,。
2 中國科學院自動化所研制的縮微智能車
“無人駕駛”的現(xiàn)有問題
目前,，無人駕駛汽車產(chǎn)業(yè)化的瓶頸問題主要有技術(shù)安全問題、過渡風險,、成本問題,、法律法規(guī)問題等。
1. 技術(shù)問題包括：如何消除強光照,、積雪等惡劣行駛環(huán)境對無人駕駛汽車環(huán)境感知系統(tǒng)帶來的影響,；在復(fù)雜行駛環(huán)境下，如何感知人類手勢信號,，尤其是這些手勢信號與交通信號燈或交通標志有沖突時,；
2. 如何解決無人駕駛汽車和傳統(tǒng)車輛混合行駛階段的轉(zhuǎn)型期問題；
3. 如何開發(fā)低成本、穩(wěn)定可靠的傳感器及軟件,；
4. 市場準入標準,、保險責任認定等法規(guī)難題。
雖然目前無人汽車產(chǎn)業(yè)化仍存在各種問題,，但無人駕駛汽車實質(zhì)上是建立在汽車主動安全技術(shù),、智能化技術(shù)逐步升級的基礎(chǔ)上的，這些基礎(chǔ)技術(shù)都可以幫助現(xiàn)有汽車帶來技術(shù)上的逐步改進,。隨著無人駕駛汽車在高速公路等特定路段的實測成功案例越來越多，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,、進步以及法律法規(guī)的不斷完善,，相信在不久的將來，無人駕駛汽車就會走入人們的生活,，服務(wù)人們的出行,。