汽車自動駕駛系統實現及原理。

21世紀如果還不談自動駕駛似乎就顯得有些OUT了,韓寒曾在《我所理解的生活》裡這樣寫道:『時代總裹著你往前走,無論你多麼喜歡諾基亞,你總會用上蘋果;無論你多麼喜歡膠卷,你總會用上數碼;很多人喜歡老款汽車的經典與韻味,品玩一番,贊不絕口,然後開著新款車回家』。

無論你承認還是不承認,自動駕駛的時代已經逐漸來臨了。

我們可以憧憬一個怎樣的自動駕駛世界

1. 自動駕駛可以顯著的減少人為因素導致的車輛交通事故

國內交通安全管理網上有文章提到,造成交通事故的十大殺手主要有:開賭氣車;疲勞駕駛;酒後駕駛;超速駕駛;雨雪天氣;視線不良;輪胎不良;轉向失靈;制動失靈;麻痹大意,這其中超過90%的事故類型都直接或間接由駕駛員導致。

而在美國的一項數據統計中指出,平均來看,每20萬英裡,人類駕駛員就會出現一次非致命性碰撞,全球每年有超過百萬人死於交通事故。

根據世衛組織的報告,車禍是導致全世界15~29歲的青年人早逝的最大因素,同時也是造成各年齡組人群死亡的第二關鍵因素,這些車禍中的大部分並不是汽車某部件失靈造成的,而是由本可避免的人為因素導致《醉酒、吸毒、嗑藥、走神》,也就是說,只要方向盤還在手中,車禍就永遠存在且可能持續上升。

好消息是,未來的自動駕駛汽車擁有全面的駕駛感知系統,可以識別道路交通標志、汽車、行人、路況等外部人和物,智能的決策系統對感知的信息快速處理和分析,執行系統精確的執行加速、制動、停車、轉向等命令,未來的自動駕駛汽車不會闖紅燈;不會酒駕;不會超速;不會疲勞;不會賭氣;將會在很大程度上降低道路交通風險,每年可以挽救數十萬人的生命。

2. 道路交通出行問題將會得到改善

當前的國內交通出行主要問題有交通擁堵、車輛利用率不高、找停車位難以及環境污染等問題,如果將未來街道上行駛的數百萬輛汽車都換成自動駕駛車輛,車輛與車輛之間會利用信息互通,識別即將到來的車流信息,提前作出駕駛決策,改變路線以規避擁堵,車輛在送乘員到達目的地後可返回住所地供其它家庭成員使用車輛,提高家庭車輛的利用率,這樣一來,每個家庭對私家車的需求量也將同步降低,自動駕駛汽車在到達目的地後可智能搜素附近的空餘停車位,自動泊車,可以節約出行時間

更可觀的是,哥倫比亞大學的一項研究報告指出,因為按需調配的自動駕駛汽車以及因無需購買汽車而省去的大額開銷這些因素匯聚起來得到的結論是,未來的自動駕駛汽車可以大幅減少個人交通出行費用,如果不選擇買車而選擇使用自動駕駛出租車,每英裡的花費可以減少75%,而便利性卻沒有比買車而降低。

3.未來的N多想象空間

自動駕駛汽車可能不再局限於現有的車輛造型,可以是一個移動的辦公室,上班的人群可以在乘車過程中就投入到工作中;可以是一個移動的小賣部,本地沒有的東西便可以呼叫『小賣部』;可以是一個移動麻將廳,出行的新朋好友圍在一起打的好不自在,旅途也不在無聊煩悶。

汽車自動駕駛系統實現及原理。

未來的自動駕駛如何去實現

實際上,世界上第一輛無人駕駛車輛大約是在1912年出現的,它有一個響亮的名字『戰爭狗』,發明家約翰·哈蒙德和本傑明·梅森納利用一個電子回路和一對光感性硒光電管組裝了一輛自動引導型小車,當車上的光感性電管受到光線照射時,第一個底層控制系統會拖拽小車的『方向盤‘進行轉向,使小車朝向光源方向,以實現兩側光感電管的平衡,小車自然會朝著光源前進。

盡管從今日的標準來看,『戰爭狗』的設計略顯粗糙,但卻是工程控制學早期的成功應用案例,後面的熱導飛彈,定速巡航控制系統從本質上講也是應用了同一種算法邏輯,同時也是現代自動駕駛汽車的簡化模型,即感知、決策、執行系統

自動駕駛的感知系統:自動駕駛系統利用多種傳感器與軟件數據收集外部環境信息,相當於人類駕駛員的眼睛與耳朵,但自動駕駛汽車的『眼睛』和『耳朵‘可以看到聽到更多更復雜也更遠的東西,來自千裡之外的信息都可以通過互聯實現,真正的實現『千裡眼與順風耳‘功能。

GPS系統、視覺傳感器以及高清數字地圖可以讓自動駕駛汽車知道路況、位置以及方向,甚至可以精確到道路或十字路口的表層靜態數據,比如車道線、路口交叉點、施工地段以及道路標志等。

數碼相機、激光雷達以及毫米波雷達可以幫助自動駕駛汽車『繪制『出周邊動靜態的環境信息,計算出駕駛所需要的位置、距離等信息,超聲波傳感器根據物體反射回來的時間、頻率以及聲波形狀等信息檢測位置和速度。

各類傳感器的相互協作與配合使自動駕駛汽車能全面探測周邊的行駛環境。

自動駕駛的決策系統-人工智能人工智能相當於將深度學習後的『計算機機器人『安裝在車內,』機器人『‘依靠感知系統提供的大數據和深度學習後的分析能力作出制動、轉向、加速、剎車等行為決策,此時的』計算機機器人『就當於一個加強版的』人類駕駛員』,他看的更高更遠,更聰明,更靈敏,反應更迅速。

自動駕駛的執行系統:執行系統即汽車的制動、加速、轉彎等行車系統,未來的系統控制與命令傳輸不僅限有線傳輸,系統與系統之間的無線傳輸將成為可能。

當前自動駕駛汽車產業發展情況

美國告訴公路安全管理局《NHTSA》將智能汽車劃分為5個層次,主要包括:

《1》無自動駕駛《level 0》:完全由駕駛員時刻操控汽車的行駛,包括制動、轉向、油門以及動力系統。

《2》具有特定功能的自動駕駛《level 1》:具有一個或多個特殊控制功能,如電子穩定系統《ESC》、自動緊急制動系統《AEB》,車輛通過控制制動幫助駕駛員重新掌控車輛或是更快速的停車。

現階段市面上車型絕大多數已配備電子穩定系統,該項配置和ABS一樣,幾乎默認成了消費者的必選。

《3》具有復合功能的自動駕駛《level 2》:該層次汽車具有將至少兩個原始控制功能融合在一起。

實現的系統《如自適應巡航控制與車道保持融合一體》,完全不需要駕駛員對這些功能進行控制,但駕駛員需要一直對系統進行監視並準備在緊急情況時接管系統。

目前可實現L2級別的車型主要集中在一些傳統豪華車型、B級車及新勢力車型中,下圖為威馬汽車EX5的L2級別駕駛功能:

《4》具有限制條件的無人駕駛《level 3》:該層次汽車能夠在某個特定的駕駛交通環境下讓駕駛員完全不用控制汽車,而且可以自動檢測環境的變化以判斷是否返回駕駛員駕駛模式,駕駛員無需對系統進行監視,可稱之為半自動駕駛。

而谷歌推出的無人駕駛汽車WAYMO基本處於這個層次。

《5》全工況無人駕駛《level 4》:該層次系統完全自動控制車輛,全程檢測交通環境,能夠實現所有的駕駛目標,乘員隻需提供目的地或者輸入導航信息,在任何時候都不需要成員對車輛進行操控,可稱之為『全自動駕駛』『無人駕駛』。

自動駕駛汽車是汽車產業與人工智能、物聯網、高性能計算機等新一代信息技術深度融合的產物,能夠以高度智能化方式實現自主環境感知、行駛規劃決策和車輛控制功能,是當前全球汽車市場交通出行領域智能化和網聯化發展的主要方向,已成為各國家戰略爭搶的制高點,它將顯著的提升汽車產業競爭力,加快構建智能交通體系。

早在20世紀70年代,美國、歐洲、日本等發達國家已經開始進行無人駕駛智能汽車的研究,而進入21世紀後,L2級別的輔助駕駛技術和半自動駕駛技術已經得到廣泛應用,並成為提升汽車檔次和市場競爭力的重要手段。

而沃爾沃率先量產了第一個L3級別的自動駕駛技術-堵車輔助系統,此外諸如奧迪、凱迪拉克、日產、豐田等都計劃推出諸如自動轉向、加減速、車道引導、自動泊車等更加具有智能化和更高層次級別的車型,谷歌作為自動駕駛的先行者,截至2014年,其自動駕駛裡程已累計達70萬英裡。

近幾年國內關於自動駕駛的研究也在逐步加快步伐,截至2019年7月,北京已開放自動駕駛測試道路44條123公裡,自動駕駛測試汽車安全行駛裡程達到63萬公裡,自動駕駛路測牌照已達59張。

同時上海、重慶等多地都在進行自動駕駛路測以及相關的研究與準備,關於自動駕駛的測試方法與評價標準也在不斷的完善。

國內的OEM廠商紛紛摩拳擦掌,此前一汽集團就斥資5000萬成立獨立人工智能公司,以加快自動駕駛的研究步伐,無獨有偶,今年5月,威馬汽車低調宣佈將在成都打造55億全球研發中心,著重加大『5G+人工智能『領域的研發,我們可以試想這樣一個場景:

早上8點出門,你的威馬EX12自動駕駛車輛已經停在門口等待,人臉識別,汽車啟動,座椅/後視鏡調至最舒服的位置,駕駛艙裡默認放起最喜歡的音樂,導航儀為你顯示最便捷駕駛路徑,並提醒你今天下雨,記得帶傘,早上還有些倦意,躺在車裡睡了個30分鐘的回籠覺,準點到達公司門口;

下午5點下班,手機一鍵發送車主即將下班指令,車輛已開至公司樓下,車內一切準備就緒,座椅已調至最後最下位置,你躺上去後自動駕駛已開啟,提醒你專心睡覺,半小時後可到家,下車時提醒你別落東西;

周六上午8點出門旅遊,你需要釋放駕駛激情荷爾蒙,車載系統綜合全面分析附近的路況、人員信息,提醒你某市某地可按多少的速度激烈駕駛,並提醒你目的地還有3分鐘到達;

周六上午10點到達目的地,車內播報今日溫度,景區人流量、最佳觀景區、最佳觀景時間;

周六下午17點返程,車內溫度調至合適,車內座椅自動調整至麻將模式,一家人開啟回城搓麻時刻,自動駕駛開啟,車輛速度緩慢,可放心打牌