自动驾驶汽车技术的发展趋势

张 翔

自动驾驶汽车的主要特点是智能互联。智能是指在汽车上安装传感器和GPS卫星定位及高精度地图等设备，运用智能算法和软件控制汽车行驶，从而部分或全部解放驾驶员的双手、双脚和眼睛，进一步提高和保证驾驶安全。互联［1-2］是指汽车安装了通信设备，可以与外界联络，实时了解周边的交通情况，选择最优的路线、安全环保地到达目的地。智能互联汽车的最高阶段就是实现无人驾驶，自动规划行程，自动补充燃料 （加油或充电），自动寻找停车位。从而保持交通畅通，乘客可以轻松愉悦地到达目的地。

1 实现自动驾驶的两种技术路线

自动驾驶主要分两种技术路线。一种是基于传感器探测与控制的驾驶辅助ADAS（Advanced Driver Assistance Systems） 技术［3-4］， 这种技术就像是给汽车安装了眼睛，让汽车可以看到道路交通标志和周边的车辆行人，在遵守交通规则的基础上，避让周边的障碍物，实现自动驾驶。另外一种是指基于车车通信V2V（Vehicle-to-vehicle）、车路通信V2I（Vehicle-to-Infrastructure）、V2X车联通信和智能交通技术，它是给汽车安装通信设备，让汽车与周边的交通标志、收费站、汽车、摩托车、自行车和行人通信，实现在遵守交通规则和避让行人基础上的安全驾驶。这有些像盲人走路，虽然看不到周边的情况，但是通过不断地询问周边的车辆和交通设施，了解四周的情况和行驶的方向，从而实现自动驾驶过程。

2 用ADAS技术路线实现自动驾驶

在ADAS技术路线中，根据选择雷达和摄像头2种不同种类的传感器，也有2种技术方案。对于自适应巡航ACC（Adaptive Cruise Control）技术，传统的技术路线是将雷达传感器安装在汽车前部，例如大众汽车是装在车标Logo里面，探测与前车的距离。发动机管理系统EMS控制汽车车速与前车速度一致，始终保持与前车有一定的安全距离。当启动ACC模式后，驾驶员可以不用踩加速踏板和制动踏板，汽车自动跟随前车行驶。奥迪汽车利用雷达实现自适应巡航功能见图1。

黄河水泥沙含量高且细微粒含量比例大。河套灌区总干渠作物生育期内多年平均含沙量为4.5 kg/m3，进入到总干渠的泥沙颗粒粒径小于0.005 mm约占到50%。按照现有滴灌水质标准(≤50 PPM/L)[4]，约有99%的泥沙需要过滤，对于高含沙量的黄河水要达到这样的水质标准，通常都要采用工程与机械相结合的四级过滤模式。工程过滤要修建体积较大的沉淀池，灌区占地问题难以解决，同时，清理泥沙费用也高。黄河水中大量养分在泥沙沉淀与过滤过程中被去除，造成养分流失。

随着摄像头分辨率的提高和处理器MCU（Micro Control Unit）计算能力的增强，汽车市场开始出现了用图像识别的软件算法——计算汽车与前车距离的技术，在汽车车内后视镜的位置安装一个前向摄像头，透过前挡风玻璃，拍摄前方的景物视频，利用图像识别算法识别前方的车辆，从而控制汽车行驶速度，实现ACC功能。由于摄像头的硬件成本比雷达便宜，而且这个摄像头还可以用于实现识别车道、行人和交通标志等其它ADAS功能，因此摄像头的应用范围和功能比雷达多，用摄像头取代雷达是未来ADAS技术的发展趋势。目前主要受MCU计算能力有限和软件开发成本高的限制，基于摄像头的ADAS系统还没有大规模在汽车上运用。

主动紧急制动系统AEB（Automatic Emergency Brake）也是常用的ADAS技术之一，当汽车与前车的距离小于一定的限值，制动系统自动启动，快速将汽车减速到停止状态。传统AEB系统是借助安装在车辆前部的雷达传感器实现的，雷达传感器通过测量反射波与发射波的时间差，计算出汽车与前车的距离，当这个距离小于设置值时，控制制动系统使汽车减速；博世公司开发出立体摄像头图像识别系统，通过左右2个摄像头对拍摄到的视频数据进行图像识别处理，便可计算出前方障碍物与汽车的距离，实现紧急制动。目前路虎与博世进行合作，在路虎全新发现运动版SUV上标配了博世立体摄像头和紧急制动系统（图2）。日本供应商富士重工也在研发基于图像识别技术的自动制动器EyeSight系统，其摄像头由日立公司供应。

合同上传系统后必须经过技术、经济、法律三项审批及公司领导审批环节：①技术审查：原则上合同承办部门是合同的技术审查部门，技术审查主要是合同标的、性能、功能、履约期限、相关技术标准、质量要求及其保证等。可规定审查时限以提高效率。②经济审查：财务部门负责，主要是对涉及合同款项支付、税务、财务方面的审查。可规定审查时限以提高效率。③法律审查：对签约当事人主体资格和代理人资格、合同标的是否存在排他性或优先性的权利、双方权利义务、违约责任、纠纷处理方式等约定进行审查。可规定审查时限以提高效率。④领导审批：经技术、经济、法律三项审查后报分管领导、总会计师及公司总经理按序审批。可规定审查时限以提高效率。

3 用V2I技术路线实现自动驾驶

我们一齐生在扒锅街，眼睛还没睁开时就认识了，我妈说头一次见面，他就尿了我一身，后来我总算明白了，我为什么一直不爽他。可是扒锅街的小孩子越来越少，我只好拉上许飞充数，但是每次我们玩过家家游戏，我从来不和许飞扮夫妻。

V2I技术与ADAS技术路线有何差异？下面用一个交通标志识别系统 （Traffic Sign Recognition，简称TSR）的例子说明。ADAS技术通常用基于摄像头的图像识别方法，首先用摄像头拍摄前方的照片，通过图形识别软件算法的计算，判断前方的交通灯是红灯还是绿灯，也可以识别道路旁边的速度标志的最高限速的数值是多少，然后控制汽车在十字路口是否通过红绿灯，按照什么样的速度行驶。V2I的方法是通过车辆与交通设施通信来判断前方是红灯还是绿灯，十字路口的交通灯按照一定的周期循环向四周发射交通灯是红灯或绿灯的无线电信号，汽车在100 m以外就可以收到信号，解析出交通灯改变红绿灯的时间周期，从而控制汽车以合适的速度通过十字路口，避免紧急制动的发生，大大地提高了行车安全，也降低了汽车的能耗和排放。

4 国内外无人驾驶试运行项目

4.1 美国无人驾驶项目

目前沃尔沃正在与瑞典哥德堡政府、交管部门、科研机构进行深入合作，开展大规模自动驾驶公众路试项目 “Drive Me”，该项目将于2017年征选普通市民，参与在瑞典哥德堡市内及周边的公共道路上进行的无封闭自动驾驶测试。针对堵车、疲劳等最让驾驶员头痛的几种场景，沃尔沃给出了智能化解决方案。例如带辅助转向功能的ACC自适应巡航控制系统，能够让测试车辆沿车道自动跟车、自动变速并汇入车流，这对于经历了一整天繁重工作却还要忍受堵车之苦的上班族来说是个福音。全自动泊车是指驾驶员在停车场入口处就可以下车，然后汽车通过V2V技术与停车场基础设施通信，自行寻找车位完成停车。驾驶员状态传感系统通过高度灵敏的传感器监测驾驶员状态，不仅可以提醒没有专注开车的驾驶员，必要的时候还会接管驾驶汽车的任务。另外自动驾驶对车辆定位提出了更高的要求，现有的美国GPS定位技术和基于摄像头的图像识别技术都无法克服定位精度和恶劣天气等因素的影响。沃尔沃正在研发磁场道路精准定位技术，借助车辆与道路间的磁场感应，可以实现车辆误差低于10 cm的精准定位，实现全天候的无人驾驶，这种方案对道路基础设施改建成本比较低。另外汽车能够辨别驾驶人并瞬间调出其常用出行地点，得到确认答复后迅速规划最佳路径并自行前往；“Drive Me”项目的其它功能包括汽车之间，与信号灯、停车场、商场等基础设施相互感知并对话，强大的移动云端服务器对车流进行统筹规划。目前沃尔沃全新XC90已经搭载了部分高度自动驾驶技术，如图4所示。

4.2 欧洲无人驾驶项目

美国高速公路安全管理局 （National Highway Traffic Safety Administration，简称NHTSA）于2012年启动了V2V项目，开始制定车车和车路之间的通信协议。目前福特、通用、本田、现代、戴姆勒、日产、丰田和大众八大汽车制造商，通过碰撞标准合 作 伙 伴 （CRASH AVOIDANCE METRICS PARTNERSHIP，简称CAMP）的组织与政府合作开发V2V技术。CAMP组织的每个成员在密歇根州安阿伯都提供车辆参与从2012年年中到2013年年底的试点项目。约3000位驾驶员在普通城市道路上驾驶V2V功能汽车，测试了这个通信系统的功能和缺陷。供应商包括美国思科公司和日本电装公司提供了V2V通信设备与软件。NHTSA计划于2017年提交V2V通信协议标准。这些标准将列于美国联邦机动车安全标准第150条，将成为V2V发射器和信息制定最低要求。另外车车发射器和软件的成本预测是，到2020年估计每辆汽车要花费341～350美元。当前的V2V系统可以每秒钟交换10次位置信息，如行驶方向和速度。如果两辆车位于同一车道，驾驶员会收到警告信息。NHTSA称，新规则将要求新车安装基本的V2V设备，但不会对具体的安全功能提出强制性要求。激活什么样的功能由汽车制造商决定，这依赖于他们的工程制造能力和对新技术的适应能力。V2V可以实现 “左转辅助 （Left-Turn Assist）” 和 “交叉口移动辅助 （Intersection Movement Assist）”技术，能够有效防止因为车与车之间信息沟通不畅在十字路口发生的车祸。这两项技术预计每年就能挽救49～1083条美国人的生命，预防2.5万～59.2万起撞车事故。美国V2V通信试验示意图见图3。

4.3 中国无人驾驶项目与发达国家相比，

中国在V2V技术领域的研究启动较晚。进入 “十二五”后，科技部立项的 “智能车路协同关键技术研究”项目围绕车路协同核心关键技术和典型应用开展了系统性的探索研究。这一项目由清华大学、北京航天航空大学、同济大学、中国汽车技术研究中心等10家单位参与，经过3年多的联合攻关和集中开发，有效推动了中国智能车路协同技术的迅速发展。“十二五”863项目 “智能车路协同关键技术研究”项目采用先进的无线通信和新一代互联网技术，实现车辆协同安全控制、主动道路交通管理和行人安全辅助，有望推动中国形成安全、高效和环保的道路交通系统。2015年4月，在南京召开的第14届亚太智能交通论坛上， “智能车路协同关键技术研究”项目组成功演示了车路协同典型应用场景。10辆试验车在展示现场循环演示，重点展示了车路协同环境下信号灯控路口车速引导控制，车车协同环境下车辆跟驰危险辨识、预警和辅助驾驶，车车协同环境下车辆换道危险辨识、预警和辅助驾驶等10余个场景。目前 “智能车路协同关键技术研究”项目已经通过科技部组织的验收。项目组研发的智能车载系统能够保证车辆在120 km／h速度以下，对前车的识别准确率达到98.6%，实现车辆状态获取、车载环境感知和信息交互的一体化集成。研发的智能路侧系统，可支持地磁、视频、路面湿滑度等传感器的接入。另外开发了具备支持9个路口以上、1 000辆车以上的车路协同关键技术仿真平台。道路试验见图5。

2.2.1 不同处理对马铃薯产量的影响 从表3可知，喷施缓解剂的处理1、3单株结薯数较CK1分别增加0.70，0.45个，单株结薯数有所增加；处理2与CK1结薯数基本一致。处理3（敌克松+吲哚乙酸）的单株产量较高，为741.3 g/株，较CK1增加3.9%，处理3（敌克松+吲哚乙酸）小区产量较高，为68.8 kg，较CK1增加20.1%，各处理的商品薯率较CK1分别增加1.5%、2.0%和1.5%，各处理间无显著差异。

5 结论

未来自动驾驶汽车的商业模式应该是基于V2X的通信方式运营，无人驾驶的最终解决方案将是采用V2X技术，因为每辆汽车只要安装一个通信终端，就可以了解周边的道路和车辆情况，它与周边车辆和道路设备的通信距离不会超过200 m。另外汽车实现自动驾驶后，传统的转向盘和加速踏板等机构都可以去掉，导致自动驾驶汽车的成本也比传统汽车低，内部空间比传统汽车大。V2X商业模式的前提是所有的交通设施都要安装发射信号装置，交通灯循环发射是红灯还是绿灯的无线电信号，限速标志发射最高速度值的无线电信号。这要求前期投入大量的资金建设基于智能交通的道路设施。

对于基于ADAS技术的无人驾驶汽车，沃尔沃“Drive Me”项目宣布，2017年计划让100辆无人驾驶汽车在瑞典哥德堡上路行驶，这些无人驾驶汽车将交由特别挑选的驾驶员使用，后者将为沃尔沃提供使用感受和诊断信息，以帮助这家汽车制造商更好地研发无人驾驶汽车。美国波士顿咨询公司（Boston Consulting Group，简称BCG）表示，到2035年，无人驾驶汽车全球年销量可达到1200万辆左右，占全球汽车总销量近10%。

在V2X技术商业化应用到来之前，ADAS技术成为一个中间过渡方案，它要求在汽车上安装大量的摄像头和雷达传感器，这种方案将汽车武装成一个眼观六路的机器人，他不需要外界的指挥信号就可以实现自动驾驶。ADAS方案的缺点是大量的传感器和软件处理算法增加了汽车的成本。无人汽车大规模商业化运营预计需要30-50年，因为这需要对传统的交通设施进行改造和更换，要求每一个红绿灯、限速标志和道路转弯标志都能够发射被汽车接收的无线信号，这是一个庞大的工程。

［1］张翔.智能联网是未来汽车发展的方向［OL］.汽车财经，2015-05-07.http： ／／www.auto-biz.cn／news／show／id ／1553.html.

［2］张翔.颠覆你的想象，未来的汽车是什么样的［OL］.弗戈工业在线， 2015-03-16.http： ／／auto.vogel.com.cn／2015／0403 ／news_478670.html.

［3］张翔.汽车ADAS技术的最新进展［J］.汽车电器，2014（8）： 4-6.

［4］张翔.先进驾驶辅助技术在国产车上的应用［J］.汽车制造业， 2012 （9）： 32-35.