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遇见霹雳游侠:无人驾驶汽车走向产业化

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高度人工智能,耐高温,可抵御子弹攻击,瞬时加速322公里每小时,可用多国语言进行沟通,对声音和气味有识别能力,这是什么?是KITT,1982年播出的《霹雳游侠》中那个傲娇属性的第三代庞蒂亚克火鸟跑车,嚣张的外表,超前的功能配备,即使时隔三十年再看,依然十分令人向往。

人类对于未来、科幻这种东西向来趋之若鹜,所以捎带点科幻色彩的电影大都是逢映必火,无论是KITT还是钢铁侠的盔甲,都让发行商们赚的盆满钵满.所谓艺术来源于生活又高于生活,我们借着KITT来说下颇具未来感的“无人驾驶”汽车。

回顾整个汽车发展史,不管是外形还是内在动力系统,都顺应社会发展或多或少地进行一些调整,但唯一不变的是人类对于速度以及操控的追求。“无人驾驶”意味着不需要司机来进行机械操控,而是通过计算机对地理、环境数据分析,借由信号的传输实现最优路径选择,最终将乘客送至目的地。

有人要问了这样不就丧失了驾驶的乐趣,并开始怀疑“无人驾驶”的出现是否具有意义,其实恰恰相反,无人驾驶是真正忠于研发汽车初衷的技术即为人类提供便捷、高效、安全的出行方式。而且在社会高度发展的今天,快速紧张的生活节奏,让人们对速度、效率以及安全的需求与日剧增,而市政设施的建设与更新越来越跟不上发展的速度,这就产生了很多令人头痛的问题:拥堵、事故以及环境污染,根据国家统计局提供的数据显示,目前我国国内的汽车保有量将近1.4亿,而且根据我国建设小康生活的目标,预计这个数字至少会增加2倍以上,在加上人口的逐渐饱和,路与车的矛盾也会逐步加剧,那么依靠新技术来解决这些问题也就成了大势所趋。

“无人驾驶”技术的目的就是通过将驾驶过程中“人”这一不确定因素排除,借助各种技术手段使汽车可以自主行驶,这种电影里才会出现智能装备已经离我们越来越近了。作为全球第一的互联网公司,谷歌于2010年在加州进行了无人驾驶汽车的试行,试行距离超过22万公里,其中在完全无人状态下的里程数为1600公里;2011年中国国防科技大学研发的一辆无人驾驶汽车在从长沙开至武汉,行驶了177英里。除了科技公司和研究机构,在汽车行业深耕多年的汽车制造商们同样不甘示弱,包括奥迪、奔驰、本田等都交出了自己的成果。日前谷歌、奥迪以及奔驰获得了加州机动车管理局颁发的牌照,得到了让无人驾驶汽车上路的授权。

在路上

谷歌测试所用的改装车的车载设备包括雷达、车道保持系统、激光测距系统、红外摄像头、立体视觉系统以及GPS和车轮角度编码器等; 谷歌无人驾驶汽车通过分布在挡风玻璃上的摄像头进行路面信息收集,利用红外摄像头来检测红外标记,实时形成三维图像,帮助系统识别车道标记,并在车辆偏离车道时通过震动方向盘来进行提醒。在汽车顶部与底部放置了激光测距装置,通过激光反射可以对周围存在的物体与车身的距离进行测量。在激光测距装置的后方,装有一个GPS信号接收器,采用Applanix的定位系统,并通过谷歌的制图和GPS技术完成目的地导航。在汽车前后保险杆及前车灯位置上配备的雷达,可对盲点内出现的物体进行警报提醒。后车轮装备的车轮角度编码器,通过车载传感器可以实时测量汽车的速度。

在5月谷歌发布的Selfdriving无人驾驶原型车上,我们看到一个没有方向盘和刹车等制动装置的圆形设计的无人驾驶汽车。该车上搭载了两套行驶系统,系统一出现问题后,系统二则开始工作。谷歌的“无人驾驶”技术简单来讲就是通过激光扫描获得行驶环境的距离、方向的数据再结合GPS数据完成实景建模反馈至计算机,计算机对以上数据进行分析处理,并迅速作出预判将最优结果反馈至各个操控系统进行执行。虽然说起来简单,但是因为行驶中要分析的数据高达1个G,所以Selfdriving采用的是轻量版的Ubuntu系统。

与谷歌不同,奔驰在今年推出了一辆无人驾驶卡车FT2025即“Future Truck 2025”,因为奔驰认为无人驾驶技术更应该被应用到长途运输的卡车上,以避免疲劳驾驶等原因导致交通事故,还可增加长时间驾车的乐趣,而且较大车型也更利于配备实现无人驾驶所需的装备。FT2025在外观上颇具未来感,采用冷峻的银色车身,外形有点类似变形金刚里的擎天柱,采用较为圆润的设计符合空气力学,后视镜被雷达和全景摄像头取代,驾驶室空间舒适宽松,车辆运行数据全部显示在液晶显示屛上,中控台被一台大屏平板电脑取代。车头前部的logo位置以及大灯位置安放了很多LED灯,从正常驾驶模式切换到无人驾驶模式后,这些LED灯的颜色将由白变蓝。

FT2025由奔驰研发的“Highway Pilot”系统进行操控,该系统是以包括车道保持辅助系统、车距控制系统、ABA紧急制动系统、堵车自动起动和停止系统、预测巡航控制系统在内的动力总成预控制系统(PPC)为基础,配合车辆周围的雷达传感器及全景多功能摄像头来实现车辆自主驾驶。通过在车门、摆杆等地方设置的雷达探头传感器对250米,18度以及70米、130度范围内的路面情况进行扫描,立体摄像头对单双车道、人形道、并对在100米、水平45度、垂直27度范围内的静止和移动的对象进行扫描,利用物体与背景影像的对比精准计算出间距。另外就是可识别交通标志及车道标记引导车辆自主驾驶。FT2025还可依据车辆行驶变化的频率向周围车辆持续发送车辆位置速度等运行相关的消息。

在来说说奥迪的无人驾驶技术“Piloted Driving”,在年初的CES展上,那辆自己开上来的奥迪A7,一下就成为瞩目的焦点,A7利用前视雷达以及激光测距仪来对周围路况进行探测,而后视雷达则实时掌握后方超车情况,同时挡风玻璃上配备的摄像头则对车道两侧的安全进行监视,通过这些外部设备收集上来的数据由安装在后备箱区域的计算机进行分析处理。在今年8月的路测中,试测的奥迪A7还加入了storage pilot功能即车速降至60km/h时,系统可以自动减速、加速,当时这辆测试车内安装了22个摄像头。

国内的无人驾驶汽车研究比较低调,但水平不低,2011年国防科技大学改装了一辆红旗HQ3,完成了在由长沙到武汉的高速公路上的无人驾驶测试,全程286公里,历时3小时22分钟。与谷歌不同,这辆红旗HQ3无人驾驶汽车并没有复杂外部设备,其通过环境传感器收集路况信息,上传至汽车配备的智能控制盒决策系统来进行车辆自主驾驶。车辆外观及内饰与普通车辆差别不大,只是内部车窗两侧增设了2个摄像头。这辆红旗HQ3的自主驾驶系统包括3个部分:一、眼睛即环境识别系统:收集路况信息测量前方车辆的距离和速度;二、大脑即车载主控计算机和路径规划软件,根据“眼睛”提交的视觉信息以及自身驾驶状态来进行预判;三、利用手脚即自动驾驶控制软件,根据大脑提供的路径及汽车行驶动力学来给方向盘、刹车以及油门等下达操作指令,完成整个自主驾驶过程。

对比发现,汽车制造商们在进行无人驾驶汽车研发时都保留了部分驾驶员自主操控的装置如方向盘,而谷歌在今年5月推出的Selfdriving car则省去了这些设备;就速度上来讲,奔驰的FT2025完成了80km/h的测试,谷歌和奥迪均为40km/h,国产红旗的时速则近85km/h;再来对比下油耗,这款搭载“Piloted Driving”的奥迪A7,百公里耗油仅有2.5升 ,奔驰因为PPC系统的使用将减少5%的油耗,而谷歌的Selfdriving car的预计油耗也在3%-5%范围内;外形上来讲谷歌的Selfdriving car和奔驰的FT2025都颇具未来感,奥迪和红旗都是原车改装所以外形上并无太多亮点。除了谷歌、奥迪、奔驰这三家表现突出外,众多日系汽车品牌也纷纷加大对无人驾驶操作系统的研发投入,我们也看到很多令人期待的合作,包括奔驰与诺基亚Here团队的合作,百度和宝马的合作等等,其中百度将与宝马在车辆使用、驾驶策略、高精度三维环境地图、配套基础设施、相关法律和产业标准6个方面展开合作,可以看出双方想要对未来的无人驾驶汽车的发展做全面深入的研究,百度在数据采集与分析方面的能力将发挥重要作用。

方向

政策扶持和汽车技术突破的推动将促使无人驾驶产业化步伐加速前进,汽车行业将迎来更为广阔的市场,而因此催生的硬件终端、传感器行业以及运营服务提供商等连带产业将获得空前巨大的发展空间,预计市场规模将达千亿级别。

不过目前这些无人驾驶汽车,严格上讲是传统汽车改装加无人驾驶辅助系统形成的初级无人驾驶,由于受到技术、法规等因素的制约,还不能摆脱人类操控。我们现在需要做的是如何加快无人驾驶汽车的发展。在未来一段时间内,我们透过以往的经验预见到一些可能会造成无人驾驶行业发展瓶颈的因素。

从技术层面来讲,单看目前的测试情况,需要解决的问题有三个,其一是速度的提升,如果速度提升不上去,无人驾驶将没有多大应用价值;在一个是能否经受极端天气及复杂路况的考验;最后就是因为地球资源有限,汽车动力一定会由燃油到电动再到混合动力,最终使用氢能源来实现驱动,所以需要考虑到与新能源的融合。这些问题是无人驾驶技术研发人员需要考虑的课题。

从决策层面来看的话,各国的交通管理都是最令人头痛的一环,尤其是人口众多、汽车持有量大的国家,交通路网的建设速度永远跟不上汽车的增长速度,无人驾驶汽车的出现将有利于缓解交通压力;另外一旦无人驾驶汽车进入量产的话,那么驾驶人将没有年龄限制,现在的驾驶执照也将没有多大意义,政府应及早做好政策准备,以免政策滞后抑制无人驾驶技术的发展。同时行业内要对其中所涉及的技术、设备等及早制定统一规范的行业标准,促进无人驾驶汽车的健康发展。

当技术成熟、政策支持准备就绪后,下一步就是如何让大众接受这项新技术,安全是接受无人驾驶技术的重要指标,而且在无人驾驶全面推广之前势必有很长一段时间与正常驾驶的汽车同时运行,另外汽车一旦完全被计算机操控,就可能会出现隐私安全、外界入侵、故障解决等等问题;一旦出现事故,责任划定、维修索赔等等现实问题又该如何解决,这可能需要更多专业人士的加入来共同推进,让人类完全信任机器还需要更多努力。另外一个就是性价比了,一款最低配的奥迪A7售价最低要50万,如果加上辅助系统和改装的费用,这个价格至少翻番,虽然谷歌的原型车成本需要多少还不清楚,但想想就知道不低。

在新技术的推广上,尤其是需要支出大额资金购入的技术上,推广的难度更加的大。就目前电动汽车等新能源汽车的发展中,大致可以预见到无人驾驶技术或将面临相同的境遇。虽说都是汽车家族的新成员,但新能源汽车和无人驾驶汽车并不存在竞争关系,没有谁取代谁,不存在汽车行业变革中的递进关系,更应该讲的趋势是两种技术的融合。新能源汽车的普及受到全球能源消耗格局,汽车行业的发展格局、配套公共设施等关键因素的影响,也就是说还没有到那个全面爆发、更新换代的临界点,而无人驾驶这一全新概念虽然还处在初级阶段,但与新能源汽车面临的问题有一些共性,新能源汽车的发展将会给无人驾驶汽车提供很好的经验借鉴。

以上这些问题不仅仅是研究无人驾驶汽车的科技公司或是汽车制造商所面对的问题,一个行业的变革,需要多方人士的协作。

着眼当下,无人驾驶的未来还是掌握在汽车厂商手中,在发展的初级阶段主要任务是在量产车中逐渐加入更多智能操控系统来培养用户对智能系统的依赖,依托长期培养起来的用户黏性使得无人驾驶循序渐进被大众接受,就像计算机取代了算盘,数码相机终结了胶卷时代。

虽然我很想把此文写成一篇无人驾驶汽车的导购文章,但是很可惜我们还需要耐心等待时代更迭的那一天,可能很长也可能很短。无论是汽车制造商还是“霸道”入侵各个行业科技公司,大家对无人驾驶虽然有着不同的理解,但大家的初衷都是一致的即创造更便捷、高效、安全的出行。

文/孟芳 互联网周刊

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