浅谈无人驾驶汽车技术原理

丁日智长安大学

浅谈无人驾驶汽车技术原理

丁日智
长安大学

摘要：无人驾驶汽车是电子信息化高度发展的产物，它依靠车载传感器来感知周围情况，通过强大的软件处理系统来分析判断，进而操控汽车行驶速度和方向，是一种无人驾驶的智能汽车。

关键词：无人驾驶汽车；发展；激光雷达；技术原理

一、无人驾驶汽车的发展情况

随着汽车工业的发展，电子技术的不断突破，自上世纪七十年代，美国、德国、英国等西方发达国家便对无人驾驶汽车进行着力研究，并在实用性和技术层面取得了巨大的成就，驾驶方式从人为操纵驾驶逐渐发展为无人驾驶。

从有人驾驶到无人辅助驾驶一般可分为四个阶段。第一阶段为辅助驾驶：该系统只是为驾驶员提供特定的精确信息或警告，如车道偏离、碰撞警告、盲点提示等；第二阶段为半自动驾驶：当驾驶员受到系统警告后仍未及时做出正确措施时，该系统会自动响应处理情况，避免意外发生；第三阶段为高度自动驾驶：汽车在驾驶员的监控下可在一定时间内自动行驶，但无法完全脱离驾驶员，在较为复杂的情况下仍需人为操控驾驶；第四阶段为全自动驾驶：行驶过程中不需要人为干涉，汽车做到全自动行驶，在行驶前人们只需输入相应的指令即可。

目前前三个阶段大部分厂商已经研发出来，并投入现实应用中。如在英国伦敦希斯罗机场，许多辆无人驾驶汽车秩序井然地接待乘客开往机场。还有一些无人驾驶汽车也已在西方国家亮相，它们的目的是帮助人们短距离出行。至今，美国谷歌的无人驾驶汽车技术水平最高，走在世界前列。谷歌已经对无人驾驶汽车进行了长时间地测试研究，成熟度相当高，正处于第四阶段。据消息报道，由谷歌研发的无人驾驶汽车已经行驶了七十多万英里，实用性和安全性都特别可靠。

在我国，无人驾驶技术已进行了20多年的发展，成为我国重要的科技发展计划之一。我国现已培养了大批人才、不断创新技术，强有力地推动了无人驾驶技术发展。2014年7月24日，百度已启动无人驾驶汽车研发计划，并已将视觉、听觉等识别技术应用在无人汽车系统研发中。

二、无人驾驶汽车技术原理

无人驾驶汽车是利用多种车载传感器获取车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息进行智能处理分析判断，从而控制车辆的行驶方向和速度，使得可以有效安全地行驶在道路上。简单地说，无人驾驶汽车类似于一个机器人，可以进行自主操纵。

首先，无人驾驶汽车利用车载传感器感知路况和周边环境，这是一个难点。若无法获取准确信息，那么无人驾驶将会发生不堪设想的后果。早期无人驾驶汽车采用磁导航技术，即在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线)，实施繁琐，线路不易变更，行驶灵动性差。随后部分无人驾驶汽车采用廉价的光学摄像头，但该技术需要极高地模式识别和图像识别技术，对车辆的行驶方向和速度难以快速准确地判断，不过可对十字马路的红绿灯进行很好地识别。也有无人驾驶汽车采用雷达进行辅助驾驶，雷达成本低，但车载雷达发射功率有限，无法进行远距离探测，若有障碍物遮挡，那么雷达的探测能力将大打折扣。目前，谷歌研发的无人驾驶汽车利用的是激光雷达技术。这项技术靠的是不断改变激光的波长，向周围的物体发出光，计算光反射所用的时间来实时三维识别周边情况，还可结合地图推断当前所处地理位置，已接近实用性。只是目前该项技术设备成本很高，难以普及，在一些软件处理方面还有待优化改进。

其次，无人驾驶汽车将传感器获取的信息传输给CPU，CPU会根据信息像人脑一样做出智能化准确的判断。而人工智能化判断则需要后台有个强大的软件处理系统，不断地分析处理各种复杂的数据来实现不同的行驶操作。例如：无人驾驶汽车会根据周围情况，在保证安全的前提下自主完成超车行驶任务；行驶过程中若碰到障碍物或其他车辆，它会智能改变车道或降低车速等待其他车辆通过；无人驾驶汽车还会识别路边交通指标和红绿灯选择正确的行驶速度和车道……在这些过程中，软件处理系统若有一步判断失误便极有可能造成交通事故或违反交通规则，因此对软件处理系统的要求是十分苛刻的，不允许出现任何失误。此外，越强的软件处理系统，它遭遇黑客攻击和故障的不稳定风险也越大，一旦系统被攻占，由不法分子控制，那么后果是难以想象的。这一点谷歌的技术较为成熟，并已运用到实际中，安全性十分高。但据消息称，2016年2月14日，谷歌一辆无人驾驶汽车在低速行驶的情况下，由于判断失误碰上了一辆公交车。所以，若想完全实现无人驾驶，在软件处理和算法上还需要不断加强，类似Alphago一样不断地进行深度学习，进而做出步步精准的判断。

最后，通过电控系统，将处理完的各种信号最终转换为电信号，操控机械装置，完成车辆的各种动作。通过几十年的发展，这方面基本已经完善。就如今的大部分汽车而言都是利用电控系统，讲各种操纵动作解读为一组电子信息传递给汽车机械装置。这项技术已经很好的应用于无人驾驶汽车，人们可以花更多的时间去研究前两方面的技术难关。

三、无人驾驶汽车未来展望

无人驾驶汽车的发展空间还很大，人们还需要攻克各方面难关来实现真正意义上的无人驾驶。可以肯定的是智能化汽车将会逐渐步入我们的生活，给人们带来更多便利。如今人们估计到2020年，汽车车身周围会配置全方位检测雷达，当检测到车距过小时，系统会自动刹车，防止碰撞。到2030年，基本上实现半自动驾驶，人们可以在较复杂路况下只控制方向盘或只踩油门和刹车了。我想未来的生活可能是这样的，我们只要对着手机说目的地，手机将会把讯息传达给汽车，汽车会自主开到家门口，并自动选择好最佳路线，此时你只要进入汽车内按下按钮便可前往目的地，在此期间你不需要任何操作，只需享受舒适的行程即可。随着高科技的发展，无人驾驶汽车的功能也将更完善，产业化前景更美好。

参考文献：

[1]孙全喜,于宏阁,刘泽林.数控技术在现代机械制造中的发展应用及前景[J].内蒙古科技与经济.2015(24)

[2]李楠.高职院校机械制造及自动化专业人才培养模式研究[J].信息化建设.2015(12)

[3]刘志伟.空压机维护维修的问题分析与研究[J].化工管理.2016(03)

作者简介：丁日智（1995-），男，汉族，浙江台州人，长安大学学生，本科，电子信息，电子自动化。