全球自动驾驶发展现状与趋势（上）

文 孟海华、江洪波、汤天波

自动驾驶是实现“智能汽车”与“智能交通”的关键技术，也是未来汽车发展的必然趋势。据美国电气和电子工程师协会（IEEE）预测，到2040年全球75%的新款汽车都将会是自动驾驶的。从技术本身来看，自动驾驶意味着“驾驶本质”的革命，可以减少驾驶压力、提高安全性、避免拥堵并降低污染。从产业发展来看，自动驾驶将是物联网、云计算和大数据技术融合发展的必然结果，也是未来诸多产业发展的重要引擎，自动驾驶的广泛应用可以有效带动智能制造、新材料和新一代信息技术的快速发展。

一、技术发展方向日趋明确

自动驾驶利用多种车载传感器（如雷达、超声传感器、GPS、磁罗盘等）感知车辆周围环境，控制车辆的转向和速度，根据实时路况进行动态路径规划，实现车辆自动、安全、可靠的行驶。其技术发展涉及导航技术、传感器技术、自动控制技术等多个领域，主要包括三大系统：定位导航系统（车辆定位技术）、环境感知系统（视觉/非视觉识别技术）和规划控制系统（路径规划，速度、方向与辅助控制技术）（表1）。目前，自动驾驶技术体系基本形成，已实现主体功能的自动化，自动泊车、主动刹车等技术已实现产业化应用（图1）。

表1 自动驾驶技术体系

图1 自动驾驶的整体发展现状

一是定位与导航技术发展为自动驾驶奠定基础。卫星定位与导航，是实现自动驾驶的路径规划与控制的基础。目前以美国全球定位系统（GPS）、欧洲伽利略卫星导航系统（GSNS）、俄罗斯格洛纳斯系统（GNSS）和中国北斗卫星导航系统（COMPASS）为主导的全球定位导航技术已较为成熟。以GPS为例，高精度GPS（如实时动态差分GPS）可为自动驾驶提供厘米级精度的定位服务，通过坐标位置解算对地速度、航向角信息等，为自动驾驶与复杂环境的交互提供了技术基础。

二是环境感知技术多头并举。通过视觉或非视觉的方法感知行车环境是自动驾驶环境感知的主要手段，包括获取行驶路径、驾驶状态和驾驶环境。目前主要有视觉传感、激光传感、微波传感、通讯传感和融合传感五种感知技术，每种技术各有特点（表2）。

传感器技术的快速发展与融合应用为环境感知提供了强有力的技术支撑。目前，多传感器融合进行复杂环境感知是未来研发与应用的趋势。参与欧盟PROTECTOR 计划的主要汽车厂商已开始研究雷达传感器（激光雷达、微波雷达）和光学传感器（普通光学摄像头、红外摄像头）的融合技术，开发了行人安全检测系统。另外，基于车联网技术的多车协同也为环境感知提供了解决方案，其与传感器技术融合的环境感知也是未来发展的重要方向。

表 2 五种感知技术的特点

三是辅助驾驶技术是自动驾驶商业化的切入口。辅助驾驶技术利用多种传感器（如雷达、压力传感器、加速传感器、摄像头和超声波等）实时检测汽车、驾驶人员和道路环境，并通过声音提醒、主动干预等手段对驾驶进行辅助。主要包括状态检测、视野改善和操控避险三大类。目前，如车道偏离报警、驾驶员疲劳检测、夜视系统、倒车辅助、紧急避撞和智能泊车等已开始广泛使用且得到了认可，正在向更加自动、安全的智能化方向发展。据博世公司（BOSCH）预计，2013至2017年智能化辅助驾驶市场规模将以每年33%的速度增长。

未来，大数据技术将使得汽车与环境之间的实时信息交互成为可能，车载系统实时识别行驶环境并迅速处理，为自动驾驶开辟更广阔的市场空间。特别值得关注的是，“智能安全”成为研发热点。以事故预防为目的的“智能安全技术”是未来汽车安全技术的趋势，也是自动驾驶商用的重要阶段。

四是处理器与操作系统是未来竞争的关键。与其它智能终端相似，高性能处理器与操作系统必定是未来企业乃至国家获取市场竞争优势的关键。在处理器方面，自动驾驶汽车需要复杂的机器视觉引擎、强大的图像处理器（GPU）与中央处理器（CPU）。英伟达公司（NVIDIA）发布了最新的适用于智能手机、平板电脑和自动驾驶汽车的移动处理器Tegra K1，并提供编程工具，帮助汽车厂商开发多种应用。目前全球有400多万辆汽车内置了Tegra系列芯片。在操作系统方面，由于其是系统集成与接口标准化的关键，也是用户主要入口，因此成为各大企业竞争的焦点。

谷歌正在打造安卓（Android）车载系统，并与汽车厂商（如奥迪、通用、本田和现代）以及英伟达公司共同组建“开放汽车联盟”以打造公路“通用平台”苹果也开始研发车载iOS 系统。

二、产业化障碍仍有待突破

一是未来市场前景得到肯定，亚太市场受到关注。麦肯锡公司指出，到2025年自动驾驶汽车可以产生2000亿至1.9万亿美元的产值。在中国汽车市场高速增长的拉动下，亚太市场可望在未来成为全球发展的重心。据思迈汽车信息咨询公司（IHS）预测，至2035年，北美、中国和西欧将成为自动驾驶的三大主要市场，占比将分别达到29%、24%和20% （约350、280 和240 万辆）。

二是各大车企纷纷加入产业化进程。在市场前景预期向好的背景下，自2010年谷歌正式开始自动驾驶汽车测试后，各大车企纷纷加入自动驾驶技术研发，自动驾驶成为了车联网之后又一必争领域。一方面，各大企业努力培育竞争优势。谷歌自2010年开始布局自动驾驶技术研发，目前在多个领域已形成了核心技术优势；日产开设日产硅谷研究中心，开展汽车自动驾驶与通信技术方面的研究；德国奔驰、大众、博世等汽车公司均投入巨资研发复杂环境下的自动驾驶技术；沃尔沃一直致力于自动驾驶研发，计划未来旗下全系车型搭载其“自动驾驶系统”。在激光雷达技术方面有西门子、海拉和谷歌等；在电子地图技术方面有谷歌、TomTom、微软、诺基亚和苹果等。另一方面，整车厂商积极推动自动驾驶技术商用。日产宣布到2020年将推出多款搭载商业化自动驾驶技术的量产车型；奔驰在新上市的S级轿车已搭载了其最新的“自动驾驶系统”；大众与德国研究与技术部门共同开发了Caravelle自动驾驶旅行车，并逐步运用到其旗下车型中（表3）。

表3 主要车企自动驾驶汽车产品及其技术优势

三是产业化障碍亟待突破。目前，自动驾驶产业化与广泛应用还存在着多方面的障碍。

（1）成本过高。目前自动驾驶汽车的造价整体偏高，如谷歌自动驾驶车的造价在30万美元以上，阿联酋阿布扎比市采用的“无人车”单辆售价80 万欧元，日产公司计划到2020年才能推出消费者可接受价格的自动驾驶车型。

（2）安全性难以保障。在复杂的城市道路环境中，自动驾驶汽车的安全性有待提高，交通事故带来的责任问题尚有待立法明确，自动驾驶汽车行驶规范与法律法规还是空白，这也是影响自动驾驶商用的最重要因素之一。

（3）基础设施条件不具备。自动驾驶真正广泛应用并实现智能交通，需要对现有交通基础设施进行重新规划与建设，目前只有美国、日本等少数国家开展了有关规划。综合来看，汽车厂商在应用自动驾驶技术方面，战略规划明确、具体步骤谨慎，自动驾驶汽车真正投入量产的过渡期预计仍将长达数十年之久。