淺談無人駕駛汽車技術原理

丁日智長安大學

淺談無人駕駛汽車技術原理

丁日智
長安大學

摘要：無人駕駛汽車是電子信息化高度發展的產物，它依靠車載傳感器來感知周圍情況，通過強大的軟件處理系統來分析判斷，進而操控汽車行駛速度和方向，是一種無人駕駛的智能汽車。

關鍵詞：無人駕駛汽車；發展；激光雷達；技術原理

一、無人駕駛汽車的發展情況

隨著汽車工業的發展，電子技術的不斷突破，自上世紀七十年代，美國、德國、英國等西方發達國家便對無人駕駛汽車進行著力研究，并在實用性和技術層面取得了巨大的成就，駕駛方式從人為操縱駕駛逐漸發展為無人駕駛。

從有人駕駛到無人輔助駕駛一般可分為四個階段。第一階段為輔助駕駛：該系統只是為駕駛員提供特定的精確信息或警告，如車道偏離、碰撞警告、盲點提示等；第二階段為半自動駕駛：當駕駛員受到系統警告后仍未及時做出正確措施時，該系統會自動響應處理情況，避免意外發生；第三階段為高度自動駕駛：汽車在駕駛員的監控下可在一定時間內自動行駛，但無法完全脫離駕駛員，在較為復雜的情況下仍需人為操控駕駛；第四階段為全自動駕駛：行駛過程中不需要人為干涉，汽車做到全自動行駛，在行駛前人們只需輸入相應的指令即可。

目前前三個階段大部分廠商已經研發出來，并投入現實應用中。如在英國倫敦希斯羅機場，許多輛無人駕駛汽車秩序井然地接待乘客開往機場。還有一些無人駕駛汽車也已在西方國家亮相，它們的目的是幫助人們短距離出行。至今，美國谷歌的無人駕駛汽車技術水平最高，走在世界前列。谷歌已經對無人駕駛汽車進行了長時間地測試研究，成熟度相當高，正處于第四階段。據消息報道，由谷歌研發的無人駕駛汽車已經行駛了七十多萬英里，實用性和安全性都特別可靠。

在我國，無人駕駛技術已進行了20多年的發展，成為我國重要的科技發展計劃之一。我國現已培養了大批人才、不斷創新技術，強有力地推動了無人駕駛技術發展。2014年7月24日，百度已啟動無人駕駛汽車研發計劃，并已將視覺、聽覺等識別技術應用在無人汽車系統研發中。

二、無人駕駛汽車技術原理

無人駕駛汽車是利用多種車載傳感器獲取車輛周圍環境，并根據感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息進行智能處理分析判斷，從而控制車輛的行駛方向和速度，使得可以有效安全地行駛在道路上。簡單地說，無人駕駛汽車類似于一個機器人，可以進行自主操縱。

首先，無人駕駛汽車利用車載傳感器感知路況和周邊環境，這是一個難點。若無法獲取準確信息，那么無人駕駛將會發生不堪設想的后果。早期無人駕駛汽車采用磁導航技術，即在道路上埋設一定的導航設備(如磁釘或電線)，實施繁瑣，線路不易變更，行駛靈動性差。隨后部分無人駕駛汽車采用廉價的光學攝像頭，但該技術需要極高地模式識別和圖像識別技術，對車輛的行駛方向和速度難以快速準確地判斷，不過可對十字馬路的紅綠燈進行很好地識別。也有無人駕駛汽車采用雷達進行輔助駕駛，雷達成本低，但車載雷達發射功率有限，無法進行遠距離探測，若有障礙物遮擋，那么雷達的探測能力將大打折扣。目前，谷歌研發的無人駕駛汽車利用的是激光雷達技術。這項技術靠的是不斷改變激光的波長，向周圍的物體發出光，計算光反射所用的時間來實時三維識別周邊情況，還可結合地圖推斷當前所處地理位置，已接近實用性。只是目前該項技術設備成本很高，難以普及，在一些軟件處理方面還有待優化改進。

其次，無人駕駛汽車將傳感器獲取的信息傳輸給CPU，CPU會根據信息像人腦一樣做出智能化準確的判斷。而人工智能化判斷則需要后臺有個強大的軟件處理系統，不斷地分析處理各種復雜的數據來實現不同的行駛操作。例如：無人駕駛汽車會根據周圍情況，在保證安全的前提下自主完成超車行駛任務；行駛過程中若碰到障礙物或其他車輛，它會智能改變車道或降低車速等待其他車輛通過；無人駕駛汽車還會識別路邊交通指標和紅綠燈選擇正確的行駛速度和車道……在這些過程中，軟件處理系統若有一步判斷失誤便極有可能造成交通事故或違反交通規則，因此對軟件處理系統的要求是十分苛刻的，不允許出現任何失誤。此外，越強的軟件處理系統，它遭遇黑客攻擊和故障的不穩定風險也越大，一旦系統被攻占，由不法分子控制，那么后果是難以想象的。這一點谷歌的技術較為成熟，并已運用到實際中，安全性十分高。但據消息稱，2016年2月14日，谷歌一輛無人駕駛汽車在低速行駛的情況下，由于判斷失誤碰上了一輛公交車。所以，若想完全實現無人駕駛，在軟件處理和算法上還需要不斷加強，類似Alphago一樣不斷地進行深度學習，進而做出步步精準的判斷。

最后，通過電控系統，將處理完的各種信號最終轉換為電信號，操控機械裝置，完成車輛的各種動作。通過幾十年的發展，這方面基本已經完善。就如今的大部分汽車而言都是利用電控系統，講各種操縱動作解讀為一組電子信息傳遞給汽車機械裝置。這項技術已經很好的應用于無人駕駛汽車，人們可以花更多的時間去研究前兩方面的技術難關。

三、無人駕駛汽車未來展望

無人駕駛汽車的發展空間還很大，人們還需要攻克各方面難關來實現真正意義上的無人駕駛。可以肯定的是智能化汽車將會逐漸步入我們的生活，給人們帶來更多便利。如今人們估計到2020年，汽車車身周圍會配置全方位檢測雷達，當檢測到車距過小時，系統會自動剎車，防止碰撞。到2030年，基本上實現半自動駕駛，人們可以在較復雜路況下只控制方向盤或只踩油門和剎車了。我想未來的生活可能是這樣的，我們只要對著手機說目的地，手機將會把訊息傳達給汽車，汽車會自主開到家門口，并自動選擇好最佳路線，此時你只要進入汽車內按下按鈕便可前往目的地，在此期間你不需要任何操作，只需享受舒適的行程即可。隨著高科技的發展，無人駕駛汽車的功能也將更完善，產業化前景更美好。

參考文獻：

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作者簡介：丁日智（1995-），男，漢族，浙江臺州人，長安大學學生，本科，電子信息，電子自動化。