无人驾驶汽车的概念及发展

金善科

摘 要：介绍了无人驾驶汽车的概念、典型结构，以及从专利视角分析的该领域发展现状；探讨了无人驾驶汽车的发展在法律法规、可靠性、伦理三个层面所面临的主要问题；提出无人驾驶汽车是未来汽车发展的趋势。

关键词：无人驾驶汽车，自动驾驶，专利，法律法规，可靠性，伦理

中途分类号：N04；U46；N18 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2017.03.017

Conception and Development of Autonomous Driving Vehicle//JIN Shanke

Abstract： This paper introduces the conception and typical construction of autonomous driving vehicle， and analyzes the present situation of autonomous driving vehicle from the view of patent. We also discussed the main problems of laws and regulations， reliability， and ethics during the development of autonomous driving vehicle， and think that the trend of developing autonomous vehicle cannot be traversed.

Keywords： driverless car， autonomous driving， vehicle， patent， laws and regulations， reliability， ethics

引 言

自1885年德國人卡尔·本茨（Karl Benz）和戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）研制出世界上第一辆马车式三轮汽车，并于1886年11月2日获得专利号为“DE37435C”的世界第一项汽车发明专利[1]以来，汽车发展已经过100多年的历程。汽车的便捷性和舒适性以及高效性显著改变了人们的生产、生活方式。但是，传统汽车必须依赖驾驶员驾驶操纵的方式随着汽车保有量的增加也带来一些问题：由于路况复杂，受驾驶员技能、经验、疲劳等因素的影响，交通事故的数量在直线上升；大城市车辆数量趋于饱和，路上频繁拥堵导致的反复换挡、刹车与油门切换动作，正在将汽车驾驶变为一项枯燥、乏味、令人生厌的活动……20世纪60年代，人们萌生了开发“无人驾驶汽车”的梦想，希望将路况的判断以及汽车的相应操作动作都借由机器实现，从而“解放”驾驶员。近年来，随着汽车电子化、信息化和智能化技术的迅速发展应用，上述梦想正在趋近现实。

一 概念及典型结构

无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为“轮式移动机器人”，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现自动驾驶。它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知获得道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶[2]。无人驾驶汽车集自动控制、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。

2012年5月8日，美国内华达州机动车驾驶管理处为谷歌公司的以丰田普锐斯车型为原型改装的无人驾驶汽车颁发了首张无人驾驶车辆测试牌照[3]，下面以谷歌公司的该款车辆为例说明其典型结构。

激光测距仪，通过高速旋转的方式对半径60米内的周围环境进行扫描，并将结果以三维地图的方式呈现出来，给计算机提供计算机最初步的判断依据。

视频摄像头，用以识别交通信号灯，并在车载计算机的辅助下辨别移动的物体等障碍。

微型传感器，通过测定汽车的横向移动来帮助计算机给汽车定位，确定其在道路上的正确位置。

车载雷达，前方三个（配合视频摄像头）、后方一个，用以测量汽车与前后左右各个障碍物之间的距离。

计算机资料库，精确存储了每条公路的限速标准及出入口位置等各种地理信息，来自资料库的信息及其他实时采集的信息经车载计算机汇合、分析，向汽车传达相应行驶命令，由执行系统具体执行。

二 技术发展现状

中国专利法第二条规定：发明，是指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案。为了保护知识产权及衍生的经济利益，创新主体往往首先将其发明成果以专利而非论文的形式进行固化，因此，专利文献中集中了某领域最为活跃和先进的技术。本文将利用一款常规专利检索与分析工具——PATENTICS，从专利的角度粗略探索无人驾驶汽车领域的技术发展现状。

在PATENTICS检索界面，选中全部数据库（覆盖中、美、日、韩、欧等世界主要国家和地区的全部专利文献），以“autonomous driving”为关键词，可得3078项结果（PATENTICS收录资源实时更新，故该结果仅反映笔者检索时2016年10月8日所得到的数据），对其进行统计分析，可得如下结果：

（1）按申请人统计结果

如图2所示，通过申请人分析发现，在专利申请方面：老牌汽车整车或零部件厂商，诸如通用汽车（GM Global Technology Operations LLC.）、丰田汽车（Toyota Motor）、奥迪股份（Audi AG.）、戴姆勒-奔驰（Daimler AG.）、福特全球科技（Ford Global Technologies， LLC.）、罗伯特博世（Robert Bosch GMBH.）等仍然为该领域专利申请的主力军，专利拥有量近90%；令人诧异的是IT巨头谷歌公司（Google Inc.）异军突起，专利拥有量居然排名第二，独占5%强，这恰如其分地体现了无人驾驶汽车技术主打信息化、智能化的显著特点。

（2）按申请量随时间变化统计结果

如图3所示，通过分析无人驾驶汽车领域申请量随时间变化趋势可以发现：在整个20世纪，无人驾驶汽车领域的专利申请量寥寥无几；而进入21世纪，特别是从2010年到现在，该领域的专利申请量呈爆发式增长。该趋势一方面与世界各国对知识产权保护日益重视，专利申请量逐年攀升有关；另一方面，该趋势亦暗合互联网时代电子化、信息化、人工智能的急遽发展，体现了传统汽车行业借力人工智能打破常规、急速突进的趋势。

（3）随机采样索引词聚类分析

点击PATENTICS“聚类分析”，系统对随机采样的近400个相关概念进行聚类，形成8组索引词，这8组索引词与搜索主题的相关度由高到低递减，每组索引词的排列顺序也遵循相关度递减的规律，具体如表1所示。可以发现，该领域研究的第一相关方向在于无人驾驶车辆行驶操控（drive control）相关概念，具体涉及车辆导引（vehicle guidance）、限速标志（speed limit sign）以及路况特征（road feature）反馈处理等；第二相关研究方向在于自动驾驶辅助系统（assistance system），具体涉及车辆状态监测（vehicle status），自动驾驶模式（autonomous mode）以及司机（driver）辅助操作等；……第八相关研究方向在于无人驾驶车辆附件（vehicle accessories）等。

（4）按国际分类号（IPC）统计结果

如表2所示，通过国际分类统计结果发现，无人驾驶汽车领域专利申请量位于前几位的国际分类号分类大组分别涉及G05D1，陸地、水上、空中或太空中的运载工具的位置、航道、高度或姿态的控制，例如自动驾驶仪；B60W30，不与某一特定子系统的控制相关联的道路车辆驾驶控制系统的使用；G08G1，道路车辆的交通控制系统；G01C21，导航[4]……其与通过索引词聚类分析所体现出的研究方向基本一致。

三 面临问题

目前无人驾驶汽车的发展主要面临如下问题：

（1）法律法规

国际上，1968年签订的《维也纳公约》有73个缔约国，该公约为大部分欧盟国家、亚洲诸多国家和地区、南美以及世界其他一些国家和地区定下了交通管理的基调，公约中“驾驶员必须时时刻刻拥有对车辆的控制权”的规定，制约了自动驾驶技术的发展普及。联合国经济委员会（UNECE）为了满足无人驾驶汽车发展而进行了相关法律和技术法规的修订，修改为汽车只要具有“可以被驾驶员权限覆盖或接管”的特性，该修订案已于2016年3月生效，有可能进行进一步修订。

在美国，加利福尼亚州机动车管理局于2015年12月16日首先规定，无人驾驶汽车最早可在2017年前上路行驶；但又规定，无人驾驶汽车在设计方面必须拥有方向盘、油门踏板、制动踏板等传统机动车具备的基本操控装置，以便“具有驾驶资质的人在无人驾驶汽车失灵时可随时接管汽车的操作”，即无人驾驶汽车不能真“无人”，它在行驶上路时必须具有一个具备驾驶资质的驾驶者坐在驾驶位上。

在中国，现行道路交通安全法、道路运输条例等法律法规对无人驾驶汽车的法律地位和行驶标准都没有界定与要求，企业在无人驾驶汽车上路测试时，无法为测试车辆悬挂牌照，使得测试车辆在路权和监管层面均存在漏洞与缺位。2015年12月，百度公司完成国内首次城市环路及高速道路混合路况下全自动无人驾驶。由于没有上路牌照，百度技术部门采用折中方法，安排驾驶员坐在方向盘后面，交管部门默认该车为有人驾驶。

由此可见，无人驾驶汽车的发展、应用，在世界范围内亟须相关法律、法规的保障。

（2）可靠性

2016年1月20日，在中国河北，一辆特斯拉 MODEL S型电动汽车在自动驾驶状态下无任何刹车、转向痕迹，直接碰撞道路左侧清洁车，导致特斯拉司机身亡；2016年5月7日，在美国佛罗里达州高速公路上，一辆特斯拉 MODEL S在自动驾驶模式下，与垂直方向开来的挂车相撞，特斯拉司机身亡；2016年8月，又一辆行驶在北京的特斯拉MODEL S在启用自动驾驶时，未能识别道路内侧停靠的车辆而发生剐蹭事故……处在风口浪尖上的特斯拉公司因其自动驾驶技术的安全性正面临空前信任危机。

另一无人驾驶汽车先锋谷歌公司的情况：2009—2015年，55辆谷歌无人驾驶汽车的道路测试总里程约130万英里（约合209万公里），其间共发生了11起小事故。

上述多次出现的大小事故表明，无人驾驶汽车现阶段依然不成熟，尚不能满足公众对其安全性的预期。

（3）伦理挑战

无人驾驶汽车，严格来讲只是一个机器人。那么，在面对诸如“电车难题”（Trolley Problem）这类经典伦理问题时，无人驾驶汽车就车内人员、路上行人的安全，或路上不同行人的安全等问题，究竟该如何抉择？这类问题应该由谁来决策，后果应该由谁来承担？这些问题不解决，无人驾驶汽车的发展必将被缚住手脚。

四 结 语

总而言之，无人驾驶汽车是未来汽车发展的趋势。尽管当前在技术、法律、伦理上还存在诸多问题，但相信随着人类科技进步的突飞猛进，以及社会文明的高度发展，这些问题都会在不久的将来迎刃而解，汽车驾驶员将真正解放手脚，安享驾驶。

参考文献

[1] BENZ&CO. Fahrzeug mit Gasmotorenbetrieb：德国，DE37435C[P].1886-11-02.

[2] 乔维高，徐学进.无人驾驶汽车的发展现状及方向[J].上海汽车，2007（7）：40-42.

[3] 张翔.2013年全球汽车技术发展趋势[J].汽车工程师，2013（3）：19-21，52.

[4] 国际专利分类表（2016版）[EB/OL].（2016-08-31）[2017-04-28]. http：//www.sipo.gov.cn/wxfw/zlwxxxggfw/zsyd/bzyfl/gjzlfl/201608/t20160831_1289458.html.