全球自動駕駛發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（上）

文 孟海華、江洪波、湯天波

自動駕駛是實(shí)現(xiàn)“智能汽車”與“智能交通”的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來汽車發(fā)展的必然趨勢。據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）預(yù)測，到2040年全球75%的新款汽車都將會是自動駕駛的。從技術(shù)本身來看，自動駕駛意味著“駕駛本質(zhì)”的革命，可以減少駕駛壓力、提高安全性、避免擁堵并降低污染。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，自動駕駛將是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)融合發(fā)展的必然結(jié)果，也是未來諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要引擎，自動駕駛的廣泛應(yīng)用可以有效帶動智能制造、新材料和新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展。

一、技術(shù)發(fā)展方向日趨明確

自動駕駛利用多種車載傳感器（如雷達(dá)、超聲傳感器、GPS、磁羅盤等）感知車輛周圍環(huán)境，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，根據(jù)實(shí)時路況進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)車輛自動、安全、可靠的行駛。其技術(shù)發(fā)展涉及導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)等多個領(lǐng)域，主要包括三大系統(tǒng)：定位導(dǎo)航系統(tǒng)（車輛定位技術(shù)）、環(huán)境感知系統(tǒng)（視覺/非視覺識別技術(shù)）和規(guī)劃控制系統(tǒng)（路徑規(guī)劃，速度、方向與輔助控制技術(shù)）（表1）。目前，自動駕駛技術(shù)體系基本形成，已實(shí)現(xiàn)主體功能的自動化，自動泊車、主動剎車等技術(shù)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用（圖1）。

表1 自動駕駛技術(shù)體系

圖1 自動駕駛的整體發(fā)展現(xiàn)狀

一是定位與導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展為自動駕駛奠定基礎(chǔ)。衛(wèi)星定位與導(dǎo)航，是實(shí)現(xiàn)自動駕駛的路徑規(guī)劃與控制的基礎(chǔ)。目前以美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GSNS）、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GNSS）和中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS）為主導(dǎo)的全球定位導(dǎo)航技術(shù)已較為成熟。以GPS為例，高精度GPS（如實(shí)時動態(tài)差分GPS）可為自動駕駛提供厘米級精度的定位服務(wù)，通過坐標(biāo)位置解算對地速度、航向角信息等，為自動駕駛與復(fù)雜環(huán)境的交互提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

二是環(huán)境感知技術(shù)多頭并舉。通過視覺或非視覺的方法感知行車環(huán)境是自動駕駛環(huán)境感知的主要手段，包括獲取行駛路徑、駕駛狀態(tài)和駕駛環(huán)境。目前主要有視覺傳感、激光傳感、微波傳感、通訊傳感和融合傳感五種感知技術(shù)，每種技術(shù)各有特點(diǎn)（表2）。

傳感器技術(shù)的快速發(fā)展與融合應(yīng)用為環(huán)境感知提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。目前，多傳感器融合進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境感知是未來研發(fā)與應(yīng)用的趨勢。參與歐盟PROTECTOR 計(jì)劃的主要汽車廠商已開始研究雷達(dá)傳感器（激光雷達(dá)、微波雷達(dá)）和光學(xué)傳感器（普通光學(xué)攝像頭、紅外攝像頭）的融合技術(shù)，開發(fā)了行人安全檢測系統(tǒng)。另外，基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多車協(xié)同也為環(huán)境感知提供了解決方案，其與傳感器技術(shù)融合的環(huán)境感知也是未來發(fā)展的重要方向。

表 2 五種感知技術(shù)的特點(diǎn)

三是輔助駕駛技術(shù)是自動駕駛商業(yè)化的切入口。輔助駕駛技術(shù)利用多種傳感器（如雷達(dá)、壓力傳感器、加速傳感器、攝像頭和超聲波等）實(shí)時檢測汽車、駕駛?cè)藛T和道路環(huán)境，并通過聲音提醒、主動干預(yù)等手段對駕駛進(jìn)行輔助。主要包括狀態(tài)檢測、視野改善和操控避險(xiǎn)三大類。目前，如車道偏離報(bào)警、駕駛員疲勞檢測、夜視系統(tǒng)、倒車輔助、緊急避撞和智能泊車等已開始廣泛使用且得到了認(rèn)可，正在向更加自動、安全的智能化方向發(fā)展。據(jù)博世公司（BOSCH）預(yù)計(jì)，2013至2017年智能化輔助駕駛市場規(guī)模將以每年33%的速度增長。

未來，大數(shù)據(jù)技術(shù)將使得汽車與環(huán)境之間的實(shí)時信息交互成為可能，車載系統(tǒng)實(shí)時識別行駛環(huán)境并迅速處理，為自動駕駛開辟更廣闊的市場空間。特別值得關(guān)注的是，“智能安全”成為研發(fā)熱點(diǎn)。以事故預(yù)防為目的的“智能安全技術(shù)”是未來汽車安全技術(shù)的趨勢，也是自動駕駛商用的重要階段。

四是處理器與操作系統(tǒng)是未來競爭的關(guān)鍵。與其它智能終端相似，高性能處理器與操作系統(tǒng)必定是未來企業(yè)乃至國家獲取市場競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵。在處理器方面，自動駕駛汽車需要復(fù)雜的機(jī)器視覺引擎、強(qiáng)大的圖像處理器（GPU）與中央處理器（CPU）。英偉達(dá)公司（NVIDIA）發(fā)布了最新的適用于智能手機(jī)、平板電腦和自動駕駛汽車的移動處理器Tegra K1，并提供編程工具，幫助汽車廠商開發(fā)多種應(yīng)用。目前全球有400多萬輛汽車內(nèi)置了Tegra系列芯片。在操作系統(tǒng)方面，由于其是系統(tǒng)集成與接口標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵，也是用戶主要入口，因此成為各大企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。

谷歌正在打造安卓（Android）車載系統(tǒng)，并與汽車廠商（如奧迪、通用、本田和現(xiàn)代）以及英偉達(dá)公司共同組建“開放汽車聯(lián)盟”以打造公路“通用平臺”蘋果也開始研發(fā)車載iOS 系統(tǒng)。

二、產(chǎn)業(yè)化障礙仍有待突破

一是未來市場前景得到肯定，亞太市場受到關(guān)注。麥肯錫公司指出，到2025年自動駕駛汽車可以產(chǎn)生2000億至1.9萬億美元的產(chǎn)值。在中國汽車市場高速增長的拉動下，亞太市場可望在未來成為全球發(fā)展的重心。據(jù)思邁汽車信息咨詢公司（IHS）預(yù)測，至2035年，北美、中國和西歐將成為自動駕駛的三大主要市場，占比將分別達(dá)到29%、24%和20% （約350、280 和240 萬輛）。

二是各大車企紛紛加入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在市場前景預(yù)期向好的背景下，自2010年谷歌正式開始自動駕駛汽車測試后，各大車企紛紛加入自動駕駛技術(shù)研發(fā)，自動駕駛成為了車聯(lián)網(wǎng)之后又一必爭領(lǐng)域。一方面，各大企業(yè)努力培育競爭優(yōu)勢。谷歌自2010年開始布局自動駕駛技術(shù)研發(fā)，目前在多個領(lǐng)域已形成了核心技術(shù)優(yōu)勢；日產(chǎn)開設(shè)日產(chǎn)硅谷研究中心，開展汽車自動駕駛與通信技術(shù)方面的研究；德國奔馳、大眾、博世等汽車公司均投入巨資研發(fā)復(fù)雜環(huán)境下的自動駕駛技術(shù)；沃爾沃一直致力于自動駕駛研發(fā)，計(jì)劃未來旗下全系車型搭載其“自動駕駛系統(tǒng)”。在激光雷達(dá)技術(shù)方面有西門子、海拉和谷歌等；在電子地圖技術(shù)方面有谷歌、TomTom、微軟、諾基亞和蘋果等。另一方面，整車廠商積極推動自動駕駛技術(shù)商用。日產(chǎn)宣布到2020年將推出多款搭載商業(yè)化自動駕駛技術(shù)的量產(chǎn)車型；奔馳在新上市的S級轎車已搭載了其最新的“自動駕駛系統(tǒng)”；大眾與德國研究與技術(shù)部門共同開發(fā)了Caravelle自動駕駛旅行車，并逐步運(yùn)用到其旗下車型中（表3）。

表3 主要車企自動駕駛汽車產(chǎn)品及其技術(shù)優(yōu)勢

三是產(chǎn)業(yè)化障礙亟待突破。目前，自動駕駛產(chǎn)業(yè)化與廣泛應(yīng)用還存在著多方面的障礙。

（1）成本過高。目前自動駕駛汽車的造價整體偏高，如谷歌自動駕駛車的造價在30萬美元以上，阿聯(lián)酋阿布扎比市采用的“無人車”單輛售價80 萬歐元，日產(chǎn)公司計(jì)劃到2020年才能推出消費(fèi)者可接受價格的自動駕駛車型。

（2）安全性難以保障。在復(fù)雜的城市道路環(huán)境中，自動駕駛汽車的安全性有待提高，交通事故帶來的責(zé)任問題尚有待立法明確，自動駕駛汽車行駛規(guī)范與法律法規(guī)還是空白，這也是影響自動駕駛商用的最重要因素之一。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施條件不具備。自動駕駛真正廣泛應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)智能交通，需要對現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重新規(guī)劃與建設(shè)，目前只有美國、日本等少數(shù)國家開展了有關(guān)規(guī)劃。綜合來看，汽車廠商在應(yīng)用自動駕駛技術(shù)方面，戰(zhàn)略規(guī)劃明確、具體步驟謹(jǐn)慎，自動駕駛汽車真正投入量產(chǎn)的過渡期預(yù)計(jì)仍將長達(dá)數(shù)十年之久。