無(wú)人駕駛 | 了解工作原理及關(guān)鍵技術(shù)

一、無(wú)人駕駛汽車技術(shù)介紹

無(wú)人駕駛汽車是智能汽車的一種，也稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)的以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的目標(biāo)。

據(jù)湯森路透知識(shí)產(chǎn)權(quán)與科技最新報(bào)告顯示，2010年到 2015年間，與汽車無(wú)人駕駛技術(shù)相關(guān)的發(fā)明專利超過(guò)22，000件，并且在此過(guò)程中，部分企業(yè)已嶄露頭角，成為該領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。

無(wú)人駕駛汽車技術(shù)圖解

二、無(wú)人駕駛汽車技術(shù)

如同其他很多事物一樣，無(wú)人駕駛實(shí)際上也有一個(gè)技術(shù)循序漸進(jìn)發(fā)展的過(guò)程。無(wú)人駕駛也需分為不同階段。

階段一：輔助駕駛階段。車道保持、自適應(yīng)巡航等輔助駕駛功能，均屬于這個(gè)階段的技術(shù)，不過(guò)駕駛員仍舊是操作主體。

階段二：半自動(dòng)駕駛。在這個(gè)階段中，電腦操縱下的自動(dòng)駕駛已經(jīng)可以完成前往目的地的過(guò)程，其可作為備用系統(tǒng)完成行駛，但受限于法律法規(guī)等因素，其仍舊不能作為整個(gè)駕駛行為的主體存在。

階段三：全自動(dòng)駕駛。技術(shù)、成本、法衡去規(guī)等因素都不再成為影響普及的因素，電腦控制的系統(tǒng)已經(jīng)作為駕駛主體而存在，駕駛員也可以隨時(shí)接管操作系統(tǒng)。

由于技術(shù)和法規(guī)等的限制，目前的無(wú)人駕駱氣車大多處于第＝階段。當(dāng)前主流的無(wú)人駕駛汽車技術(shù)有激光雷達(dá)式和攝像頭+;%距雷達(dá)式兩種。

1、激光雷達(dá)式

自上世紀(jì)80年代DARPA的ALV項(xiàng)目以來(lái)，我們看到的大多數(shù)現(xiàn)代自動(dòng)駕駛原型車上都布滿了傳感器，并且頭頂著一臺(tái)激光雷達(dá)。車輛使用傳感器的探測(cè)以及激光雷達(dá)的三維立體掃描來(lái)“感知”周圍的世界，而車載控制計(jì)算機(jī)則像人類大腦一樣決定需要進(jìn)行的操作。Google的無(wú)人駕駛汽車就是激光雷達(dá)應(yīng)用的典型代表。

Google算得上是最早跨界進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車研發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)公司，同時(shí)依托著自己獨(dú)有的地圖和大數(shù)據(jù)計(jì)算資源，在這一領(lǐng)域具有領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。由于自身有著地圖和街景這樣先天的優(yōu)勢(shì)，Google自動(dòng)駕駛車輛使用一臺(tái)由Velodyne公司提供的64位三維激光雷達(dá)將周圍環(huán)境繪制成一幅3D地圖，并與Google的高精度地圖相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)以及云端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能：

早期的豐田普銳斯原型車搭載了視頻攝像頭、激光雷達(dá)、位置傳感器和測(cè)距雷達(dá)幾種傳感裝置。其中視頻攝像頭用來(lái)判斷交通信號(hào)燈以及任何移動(dòng)的物體；激光雷達(dá)用于形成真實(shí)道路環(huán)境的3D地圖；測(cè)距雷達(dá)用于探測(cè)車輛周圍的障礙物，一旦有物體接近，車輛將自動(dòng)減速；位于左后輪處的位置傳感器用來(lái)偵測(cè)和估算車輛的側(cè)向位置偏移，以判斷車輛在地圖上的位置。

在經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)后，Google推出了自己的無(wú)人駕駛原型車。這臺(tái)原型車上同樣搭載了諸多雷達(dá)及傳感器，以及聳立在車頂上的激光雷達(dá)。Google的無(wú)人駕駛汽車已經(jīng)取消了方向盤，汽車完全靠車載計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控，是目前最接近無(wú)人駕駛概念的汽車。

2、攝像頭＋測(cè)距雷達(dá)式

奔馳公司在80年代就開始研發(fā)無(wú)人駕駛技術(shù)，在2013年其研發(fā)的無(wú)人駕駛汽車成功的從斯圖加特行駛到法蘭克福，行駛里程約100 km。該無(wú)人駕駛汽車是在并沒(méi)有采用激光雷達(dá)，而是采用攝像機(jī)＋測(cè)距雷達(dá)的組合實(shí)現(xiàn)了對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)。page_break］

車頭兩側(cè)的長(zhǎng)距雷達(dá)可以更早地發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處的路口；另外的長(zhǎng)距雷達(dá)監(jiān)控著車輛前后的交通路況；車身四角的四個(gè)短距雷達(dá)可迅速偵測(cè)到車輛周圍的事物以及其他車輛；車前風(fēng)擋處的攝像機(jī)負(fù)責(zé)識(shí)別交通標(biāo)識(shí)，后風(fēng)擋處的攝像機(jī)拍攝街景，通過(guò)與導(dǎo)航系統(tǒng)中的地形特點(diǎn)比對(duì)和辨別來(lái)確定車輛的精確位置。這輛無(wú)人駕駛汽車的立體攝像機(jī)也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，從而可以進(jìn)一步提升探測(cè)距離。盡管是一臺(tái)真正的自動(dòng)駕駛車輛，但還保留了傳統(tǒng)汽車的完整的操作方式。與Google自動(dòng)駕駛車輛類似，它對(duì)于路面障礙的偵測(cè)完全來(lái)自車輛自身的傳感裝置。不過(guò)，奔馳使用了更加成熟的攝像頭組合代替了激光雷達(dá)，因此在成本上更容易進(jìn)行控制，同時(shí)也不會(huì)破壞現(xiàn)有車輛的外觀質(zhì)感。

奔馳在2015年又推出了新能源自動(dòng)駕駛概念車F015。奔馳F015概念車?yán)昧Ⅲw攝像頭、雷達(dá)以及超聲波傳感器來(lái)獲取車輛四周的環(huán)境數(shù)據(jù)，來(lái)為自動(dòng)駕駛提供大量的參考信息。高精度GPS配合三維導(dǎo)航地圖，可以確保車輛定位精度達(dá)到厘米級(jí)別。

三、無(wú)人駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人駕駛汽車是未來(lái)汽車發(fā)展的方向，是各種頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。就目前發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，還有以下幾個(gè)方面的技術(shù)OTR需取得突破。

1、傳感器技術(shù)

現(xiàn)在無(wú)人車能出現(xiàn)很大程度上依賴傳感器的進(jìn)步?，F(xiàn)在的無(wú)人駕駛汽車采用激光雷達(dá)，直接感知路面狀況，用于分析計(jì)算。

2、定位

目前主要的定位系統(tǒng)中美國(guó)的GPS應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)也較為成熟，但目前民用的GPS定位精度遠(yuǎn)達(dá)不到無(wú)人車的需求，GPS官方民用定位精度“《10 m”，更高精度的GPS基本要依靠差分完成。差分的原理很簡(jiǎn)單：設(shè)置一個(gè)固定基站，固定基站校準(zhǔn)位置，再將信號(hào)傳遞給車載設(shè)備，車載設(shè)備在接收到基站信號(hào)和GPS信號(hào)后差分獲得。但是每一個(gè)基站的有效范圍也就30 km。于是有很多技術(shù)要解決GPS精度不足的問(wèn)題，如地圖匹配。

3、避障

車輛前方有障礙，障礙物是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，車是停下來(lái)還是繞過(guò)去。這部分主要的難度是從傳感器識(shí)別障礙，在車輛運(yùn)動(dòng)的前提下，確定障礙的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。也就是說(shuō)你要在運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系下，計(jì)算另一個(gè)物體相對(duì)靜坐標(biāo)系的速度，并作出判斷。

4、識(shí)別

人能輕易識(shí)別出道路上的交通標(biāo)識(shí)，如限速牌、紅綠燈，同時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng)，但這對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)是一個(gè)困難的挑戰(zhàn)。目前的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還難以識(shí)別像樹木、行人、動(dòng)物等物體。這些物體的識(shí)別都要通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)完成。在無(wú)人車上不但需要能在有限的時(shí)間里識(shí)別出來(lái)，并且還要考慮道路中可能有的光線變化、遮擋等問(wèn)題。要完善解決這些問(wèn)題，還需要等待機(jī)器視覺(jué)和圖像識(shí)別領(lǐng)域的技術(shù)突破。

5、控制

除了上面的避障以外，其他外圍機(jī)構(gòu)的改造可能會(huì)存在一些改造上的問(wèn)題。如何介入轉(zhuǎn)向架、如何介入油門。這部分技術(shù)的難度較小，汽車控制技術(shù)如今已比較成熟，而無(wú)人駕駛汽車在未來(lái)基本為純電動(dòng)汽車，在控制難度上將小于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。

四、無(wú)人駕駛汽車技術(shù)原理

主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。它一般是利用車載傳感器來(lái)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛 無(wú)人駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺(jué)計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。其中制約無(wú)人駕駛汽車量產(chǎn)的原因在與激光雷達(dá)的價(jià)格以及量產(chǎn)。國(guó)外的Velodyne供貨周期在8周，國(guó)內(nèi)做的好的速騰聚創(chuàng)供貨周期在4周。