前沿科技之無人駕駛汽車

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《變形金剛》來了。各大院線的銀幕上熱播機器人汽車，外形超酷、來去自如。
. H0 _! G& A% U& a. j/ O無人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內以計算機系統為主的智能駕駛儀來實現無人駕駛。它一般是利用車載傳感器來感知車輛周圍環境，并根據感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。
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$ l# W7 v4 G! \: s　　無人駕駛汽車從根本上改變了傳統的"人一車一路"閉環控制方式，將不可控的駕駛員從該閉環系統中請出去，從而大大提高了交通系統的效率和安全性。現代無人駕駛汽車以汽車工業為基礎，以高科技為依托，遵循由低到高、由少到多、由單方面到多方面、螺旋上升的規律發展。其橫向發展離不開各種用途的實際需要，而其縱向發展的生命力在于持續不斷的技術創新。
7 c0 S0 A  s( ^# g5 Y發達國家從20世紀70年代開始進行無人駕駛汽車研究，目前在可行性和實用性方面，美國和德國走在前列。美國是世界上研究無人駕駛車輛最早、水平最高的國家之一。早在20世紀80年代，美國就提出自主地面車輛(ALV)計劃，這是一輛8輪車，能在校園的環境中自主駕駛，但車速不高。美國其它一些著名大學，如卡耐基梅隆大學、麻省理工學院等都先后于20世紀80年代開始研究無人駕駛車輛。然而，由于技術上的局限和預期目標過于復雜，到20世紀80年代末90年代初，各國都將研究重點逐步轉移到問題相對簡單的高速公路上的民用車輛的輔助駕駛項目上。1995年，一輛由美國卡耐基梅隆大學研制的無人駕駛汽車Navlab-V，完成了橫穿美國東西部的無人駕駛試驗。在全長5000km的美國州際高速公路上，整個實驗96%以上的路程是車輛自主駕駛的，車速達50--60km/h。盡管這次實驗中的Navlab-V僅僅完成方向控制，而不進行速度控制(油門及檔位由車上的參試人員控制)，但這次實驗已經讓世人看到了科技的神奇力量。豐田汽車公司在2000年開發出無人駕駛公共汽車。這套公共汽車自動駕駛系統主要由道路誘導、車隊行駛、追尾防止和運行管理等方面組成。安裝在車輛底盤前部的磁氣傳感器將根據埋設在道路中間的永久性磁石進行導向，控制車輛行駛方向。
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　　2005年，美國國防部"大挑戰"比賽上，最終由美國斯坦福大學工程師們改裝的一輛大眾途銳多功能車經過7個半小時的長途跋涉完成了全程障礙賽，第一個到達了終點。在賽道上，無人駕駛汽車需要穿越沙漠、通過黑暗的隧道、越過泥濘的河床并需要在崎嶇險峻的山道上行使，整個行程無人駕駛汽車需要繞過無數個障礙。
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3 Y! `8 L/ w8 k2 r# x" @$ f( }7 V　　在無人駕駛技術研究方面位于世界前列的德國漢堡Ibeo公司，最近推出了其研制的無人駕駛汽車。這輛無人駕駛智能汽車由德國大眾汽車公司生產的帕薩特2.0改裝而成，外表看來與普通家庭汽車并無差別，但卻可以在錯綜復雜的城市公路系統中實現無人駕駛。行駛過程中，車內安裝的全球定位儀隨時獲取汽車所在準確方位的信息數據。隱藏在前燈和尾燈附近的激光掃描儀是汽車的"眼"，它們隨時"觀察"汽車周圍約183m內的道路狀況，構建三維道路模型。除此之外，"眼"還能識別各種交通標識，如速度限制、紅綠燈、車道劃分、停靠點等，保證汽車在遵守交通規則的前提下安全行駛。最后由無人駕駛汽車的"腦"----安裝在汽車后備廂內的計算機，將兩組數據匯合、分析，并根據結果向汽車傳達相應的行駛命令。多項先進科技確保這款無人駕駛汽車能夠靈活換檔、加速、轉彎、剎車甚至倒車。在茫茫車海和人海中，它能巧妙避開建筑、障礙、其他車輛和行人，從容前行。
7 c8 ^: B2 W$ m4 Q1 q' I- i) R無人駕駛汽車開發的關鍵技術主要有兩個方面：車輛定位和車輛控制技術。這兩方面相輔相成共同構成無人駕駛汽車的基礎。
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3 i, S4 H  V4 H- _' t' i　　車輛定位技術是無人駕駛汽車行駛的基礎。目前常用的技術包括磁導航和視覺導航等。其中，磁導航是目前最成熟可靠的方案，現大多數均采用這種導航技術。例如，荷蘭阿姆斯特丹國際機場和鹿特丹的Park Shuttle系統，上海交通大學的Cyber C3系統等。磁導航最大的優點是不受天氣等自然條件的影響，即使風沙或大雪埋沒路面也一樣有效，而且便于維護。另外，通過變換磁極朝向進行編碼，可以向車輛傳輸道路特性信息，諸如位置、方向、曲率半徑、下一個道路出口位置等信息。但是，磁導航方法往往需要在道路上埋設一定的導航設備(如磁釘或電線)，系統實施過程比較繁瑣，且不易維護，變更運營線路需重新埋設導航設備。視覺導航就不存在這個問題。視覺導航的優點是車載計算機可以在試驗樣車偏離目標車道前，事先知道并預防其發生，同時當在高速公路使用時，不需要對現有的道路結構做變化，并且在混合交通中，也可使用；其缺點為，當風沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標線不清晰時，導航系統會失效。但由于視覺導航對基礎設施的要求很低，被公認為是最有前景的定位方法。

0 ?# ^! v' c& p, k8 E& j3 H　　車輛控制技術是無人駕駛汽車的核心，主要包括速度控制和方向控制等幾個部分。無人駕駛其實就是用電子技術控制汽車進行的仿人駕駛。通過對駕駛員的駕駛行為進行分析可知，車輛的控制是一個典型的預瞄控制行為，駕駛員找到當前道路環境下的預瞄點，根據預瞄點控制車輛的行為。目前最常用的方法是經典的智能PID算法，例如模糊PID、神經網絡PID等。
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　　除以上兩個方面，無人駕駛汽車作為智能交通系統的一部分，還需要一些其它相關技術的支持，如車輛調度系統、通訊系統和人機交互系統等，最終得以實現整個交通系統的高效、安全。
無人駕駛汽車的研究，可以歸納為3個方面：高速公路環境、城市環境和特殊環境下的無人駕駛系統。就具體研究內容而言，3個方面相互重疊，只是技術的側重點不同。
& ], h+ X0 O: r; T5 `無人駕駛汽車是未來汽車發展的方向，人類在不久的將來會用上智能型無人駕駛汽車。那是一種將探測、識別、判斷、決策、優化、優選、執行、反饋、糾控功能融為一體，會學習、會總結、會提高技能，集微電腦、微電機、綠色環保動力系統、新型結構材料等頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。

李澤

期待早點面世                                   .

無路車

車輛定位技術是無人駕駛汽車行駛的基礎。目前常用的技術包括磁導航和視覺導航等。如果把磁導航和視覺導航同時整合在一輛車上，當風沙、大霧等自然因素致使能見度過低或路面上的白色標線不清晰時，導航系統自動切入另一種導航系統或提示需人工駕駛操控時從而保障了無人駕駛汽車的安全，只有導航系統有效車輛定位技術就很完善了。