無人駕駛汽車的概念及發(fā)展

金善科

摘 要：介紹了無人駕駛汽車的概念、典型結(jié)構(gòu)，以及從專利視角分析的該領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀；探討了無人駕駛汽車的發(fā)展在法律法規(guī)、可靠性、倫理三個層面所面臨的主要問題；提出無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：無人駕駛汽車，自動駕駛，專利，法律法規(guī)，可靠性，倫理

中途分類號：N04；U46；N18 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2017.03.017

Conception and Development of Autonomous Driving Vehicle//JIN Shanke

Abstract： This paper introduces the conception and typical construction of autonomous driving vehicle， and analyzes the present situation of autonomous driving vehicle from the view of patent. We also discussed the main problems of laws and regulations， reliability， and ethics during the development of autonomous driving vehicle， and think that the trend of developing autonomous vehicle cannot be traversed.

Keywords： driverless car， autonomous driving， vehicle， patent， laws and regulations， reliability， ethics

引 言

自1885年德國人卡爾·本茨（Karl Benz）和戈特利布·戴姆勒（Gottlieb Daimler）研制出世界上第一輛馬車式三輪汽車，并于1886年11月2日獲得專利號為“DE37435C”的世界第一項汽車發(fā)明專利[1]以來，汽車發(fā)展已經(jīng)過100多年的歷程。汽車的便捷性和舒適性以及高效性顯著改變了人們的生產(chǎn)、生活方式。但是，傳統(tǒng)汽車必須依賴駕駛員駕駛操縱的方式隨著汽車保有量的增加也帶來一些問題：由于路況復雜，受駕駛員技能、經(jīng)驗、疲勞等因素的影響，交通事故的數(shù)量在直線上升；大城市車輛數(shù)量趨于飽和，路上頻繁擁堵導致的反復換擋、剎車與油門切換動作，正在將汽車駕駛變?yōu)橐豁椏菰铩⒎ξ丁⒘钊松鷧挼幕顒印?0世紀60年代，人們萌生了開發(fā)“無人駕駛汽車”的夢想，希望將路況的判斷以及汽車的相應操作動作都借由機器實現(xiàn)，從而“解放”駕駛員。近年來，隨著汽車電子化、信息化和智能化技術(shù)的迅速發(fā)展應用，上述夢想正在趨近現(xiàn)實。

一 概念及典型結(jié)構(gòu)

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(nèi)以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)自動駕駛。它一般是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知獲得道路、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[2]。無人駕駛汽車集自動控制、人工智能、視覺計算等眾多技術(shù)于一體，是計算機科學、模式識別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。

2012年5月8日，美國內(nèi)華達州機動車駕駛管理處為谷歌公司的以豐田普銳斯車型為原型改裝的無人駕駛汽車頒發(fā)了首張無人駕駛車輛測試牌照[3]，下面以谷歌公司的該款車輛為例說明其典型結(jié)構(gòu)。

激光測距儀，通過高速旋轉(zhuǎn)的方式對半徑60米內(nèi)的周圍環(huán)境進行掃描，并將結(jié)果以三維地圖的方式呈現(xiàn)出來，給計算機提供計算機最初步的判斷依據(jù)。

視頻攝像頭，用以識別交通信號燈，并在車載計算機的輔助下辨別移動的物體等障礙。

微型傳感器，通過測定汽車的橫向移動來幫助計算機給汽車定位，確定其在道路上的正確位置。

車載雷達，前方三個（配合視頻攝像頭）、后方一個，用以測量汽車與前后左右各個障礙物之間的距離。

計算機資料庫，精確存儲了每條公路的限速標準及出入口位置等各種地理信息，來自資料庫的信息及其他實時采集的信息經(jīng)車載計算機匯合、分析，向汽車傳達相應行駛命令，由執(zhí)行系統(tǒng)具體執(zhí)行。

二 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國專利法第二條規(guī)定：發(fā)明，是指對產(chǎn)品、方法或者其改進所提出的新的技術(shù)方案。為了保護知識產(chǎn)權(quán)及衍生的經(jīng)濟利益，創(chuàng)新主體往往首先將其發(fā)明成果以專利而非論文的形式進行固化，因此，專利文獻中集中了某領(lǐng)域最為活躍和先進的技術(shù)。本文將利用一款常規(guī)專利檢索與分析工具——PATENTICS，從專利的角度粗略探索無人駕駛汽車領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。

在PATENTICS檢索界面，選中全部數(shù)據(jù)庫（覆蓋中、美、日、韓、歐等世界主要國家和地區(qū)的全部專利文獻），以“autonomous driving”為關(guān)鍵詞，可得3078項結(jié)果（PATENTICS收錄資源實時更新，故該結(jié)果僅反映筆者檢索時2016年10月8日所得到的數(shù)據(jù)），對其進行統(tǒng)計分析，可得如下結(jié)果：

（1）按申請人統(tǒng)計結(jié)果

如圖2所示，通過申請人分析發(fā)現(xiàn)，在專利申請方面：老牌汽車整車或零部件廠商，諸如通用汽車（GM Global Technology Operations LLC.）、豐田汽車（Toyota Motor）、奧迪股份（Audi AG.）、戴姆勒-奔馳（Daimler AG.）、福特全球科技（Ford Global Technologies， LLC.）、羅伯特博世（Robert Bosch GMBH.）等仍然為該領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹髁姡瑢＠麚碛辛拷?0%；令人詫異的是IT巨頭谷歌公司（Google Inc.）異軍突起，專利擁有量居然排名第二，獨占5%強，這恰如其分地體現(xiàn)了無人駕駛汽車技術(shù)主打信息化、智能化的顯著特點。

（2）按申請量隨時間變化統(tǒng)計結(jié)果

如圖3所示，通過分析無人駕駛汽車領(lǐng)域申請量隨時間變化趨勢可以發(fā)現(xiàn)：在整個20世紀，無人駕駛汽車領(lǐng)域的專利申請量寥寥無幾；而進入21世紀，特別是從2010年到現(xiàn)在，該領(lǐng)域的專利申請量呈爆發(fā)式增長。該趨勢一方面與世界各國對知識產(chǎn)權(quán)保護日益重視，專利申請量逐年攀升有關(guān)；另一方面，該趨勢亦暗合互聯(lián)網(wǎng)時代電子化、信息化、人工智能的急遽發(fā)展，體現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車行業(yè)借力人工智能打破常規(guī)、急速突進的趨勢。

（3）隨機采樣索引詞聚類分析

點擊PATENTICS“聚類分析”，系統(tǒng)對隨機采樣的近400個相關(guān)概念進行聚類，形成8組索引詞，這8組索引詞與搜索主題的相關(guān)度由高到低遞減，每組索引詞的排列順序也遵循相關(guān)度遞減的規(guī)律，具體如表1所示。可以發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域研究的第一相關(guān)方向在于無人駕駛車輛行駛操控（drive control）相關(guān)概念，具體涉及車輛導引（vehicle guidance）、限速標志（speed limit sign）以及路況特征（road feature）反饋處理等；第二相關(guān)研究方向在于自動駕駛輔助系統(tǒng)（assistance system），具體涉及車輛狀態(tài)監(jiān)測（vehicle status），自動駕駛模式（autonomous mode）以及司機（driver）輔助操作等；……第八相關(guān)研究方向在于無人駕駛車輛附件（vehicle accessories）等。

（4）按國際分類號（IPC）統(tǒng)計結(jié)果

如表2所示，通過國際分類統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無人駕駛汽車領(lǐng)域?qū)＠暾埩课挥谇皫孜坏膰H分類號分類大組分別涉及G05D1，陸地、水上、空中或太空中的運載工具的位置、航道、高度或姿態(tài)的控制，例如自動駕駛儀；B60W30，不與某一特定子系統(tǒng)的控制相關(guān)聯(lián)的道路車輛駕駛控制系統(tǒng)的使用；G08G1，道路車輛的交通控制系統(tǒng)；G01C21，導航[4]……其與通過索引詞聚類分析所體現(xiàn)出的研究方向基本一致。

三 面臨問題

目前無人駕駛汽車的發(fā)展主要面臨如下問題：

（1）法律法規(guī)

國際上，1968年簽訂的《維也納公約》有73個締約國，該公約為大部分歐盟國家、亞洲諸多國家和地區(qū)、南美以及世界其他一些國家和地區(qū)定下了交通管理的基調(diào)，公約中“駕駛員必須時時刻刻擁有對車輛的控制權(quán)”的規(guī)定，制約了自動駕駛技術(shù)的發(fā)展普及。聯(lián)合國經(jīng)濟委員會（UNECE）為了滿足無人駕駛汽車發(fā)展而進行了相關(guān)法律和技術(shù)法規(guī)的修訂，修改為汽車只要具有“可以被駕駛員權(quán)限覆蓋或接管”的特性，該修訂案已于2016年3月生效，有可能進行進一步修訂。

在美國，加利福尼亞州機動車管理局于2015年12月16日首先規(guī)定，無人駕駛汽車最早可在2017年前上路行駛；但又規(guī)定，無人駕駛汽車在設計方面必須擁有方向盤、油門踏板、制動踏板等傳統(tǒng)機動車具備的基本操控裝置，以便“具有駕駛資質(zhì)的人在無人駕駛汽車失靈時可隨時接管汽車的操作”，即無人駕駛汽車不能真“無人”，它在行駛上路時必須具有一個具備駕駛資質(zhì)的駕駛者坐在駕駛位上。

在中國，現(xiàn)行道路交通安全法、道路運輸條例等法律法規(guī)對無人駕駛汽車的法律地位和行駛標準都沒有界定與要求，企業(yè)在無人駕駛汽車上路測試時，無法為測試車輛懸掛牌照，使得測試車輛在路權(quán)和監(jiān)管層面均存在漏洞與缺位。2015年12月，百度公司完成國內(nèi)首次城市環(huán)路及高速道路混合路況下全自動無人駕駛。由于沒有上路牌照，百度技術(shù)部門采用折中方法，安排駕駛員坐在方向盤后面，交管部門默認該車為有人駕駛。

由此可見，無人駕駛汽車的發(fā)展、應用，在世界范圍內(nèi)亟須相關(guān)法律、法規(guī)的保障。

（2）可靠性

2016年1月20日，在中國河北，一輛特斯拉 MODEL S型電動汽車在自動駕駛狀態(tài)下無任何剎車、轉(zhuǎn)向痕跡，直接碰撞道路左側(cè)清潔車，導致特斯拉司機身亡；2016年5月7日，在美國佛羅里達州高速公路上，一輛特斯拉 MODEL S在自動駕駛模式下，與垂直方向開來的掛車相撞，特斯拉司機身亡；2016年8月，又一輛行駛在北京的特斯拉MODEL S在啟用自動駕駛時，未能識別道路內(nèi)側(cè)停靠的車輛而發(fā)生剮蹭事故……處在風口浪尖上的特斯拉公司因其自動駕駛技術(shù)的安全性正面臨空前信任危機。

另一無人駕駛汽車先鋒谷歌公司的情況：2009—2015年，55輛谷歌無人駕駛汽車的道路測試總里程約130萬英里（約合209萬公里），其間共發(fā)生了11起小事故。

上述多次出現(xiàn)的大小事故表明，無人駕駛汽車現(xiàn)階段依然不成熟，尚不能滿足公眾對其安全性的預期。

（3）倫理挑戰(zhàn)

無人駕駛汽車，嚴格來講只是一個機器人。那么，在面對諸如“電車難題”（Trolley Problem）這類經(jīng)典倫理問題時，無人駕駛汽車就車內(nèi)人員、路上行人的安全，或路上不同行人的安全等問題，究竟該如何抉擇？這類問題應該由誰來決策，后果應該由誰來承擔？這些問題不解決，無人駕駛汽車的發(fā)展必將被縛住手腳。

四 結(jié) 語

總而言之，無人駕駛汽車是未來汽車發(fā)展的趨勢。盡管當前在技術(shù)、法律、倫理上還存在諸多問題，但相信隨著人類科技進步的突飛猛進，以及社會文明的高度發(fā)展，這些問題都會在不久的將來迎刃而解，汽車駕駛員將真正解放手腳，安享駕駛。

參考文獻

[1] BENZ&CO. Fahrzeug mit Gasmotorenbetrieb：德國，DE37435C[P].1886-11-02.

[2] 喬維高，徐學進.無人駕駛汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及方向[J].上海汽車，2007（7）：40-42.

[3] 張翔.2013年全球汽車技術(shù)發(fā)展趨勢[J].汽車工程師，2013（3）：19-21，52.

[4] 國際專利分類表（2016版）[EB/OL].（2016-08-31）[2017-04-28]. http：//www.sipo.gov.cn/wxfw/zlwxxxggfw/zsyd/bzyfl/gjzlfl/201608/t20160831_1289458.html.