智能汽車盡管已成為不可以轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，但是要實(shí)現(xiàn)完全無人駕駛?cè)杂泻荛L(zhǎng)甚至很困難的途程，必須從輔助駕駛開始，經(jīng)過部分自動(dòng)駕駛、有條件自動(dòng)駕駛、高級(jí)自動(dòng)駕駛，才能最終達(dá)到完全自動(dòng)駕駛。其間，不論是在技術(shù)上，還是道路環(huán)境建設(shè)，以及人的觀念轉(zhuǎn)變上，都需要漸進(jìn)的突破。越是美好的前景，越是不可能一蹴而就!
楊殿閣 國(guó)家萬人計(jì)劃領(lǐng)軍人才，清華大學(xué)汽車工程系主任，教授
本文發(fā)表于《中國(guó)工業(yè)和信息化》雜志2018年六月刊總第2期
近來，智能汽車無人駕駛無疑是汽車行業(yè)最熱的一個(gè)話題了。2017年12月，北京出臺(tái)了中國(guó)首個(gè)自動(dòng)駕駛路測(cè)新規(guī)，《北京市關(guān)于加快推進(jìn)自動(dòng)駕駛車輛道路測(cè)試有關(guān)工作的指導(dǎo)意見(試行)》和《北京市自動(dòng)駕駛車輛道路測(cè)試管理實(shí)施細(xì)則(試行)》。2018年3月1日，上海頒發(fā)了國(guó)內(nèi)第一張智能汽車道路測(cè)試用牌照。讓我們每個(gè)人都切實(shí)感覺到了，智能汽車無人駕駛似乎即將出現(xiàn)在我們身邊。
那么，智能汽車無人駕駛到底離我們有多遠(yuǎn)呢?
智能汽車發(fā)展的漸進(jìn)路徑
為了更好地理解智能汽車的實(shí)現(xiàn)路徑，有必要先弄清楚究竟什么是智能汽車。智能汽車是指搭載先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與X(人、車、路、云等)智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能”行駛，并最終可實(shí)現(xiàn)替代人來操作的新一代未來汽車。
按照中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及網(wǎng)聯(lián)化等級(jí)要求，中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的時(shí)間節(jié)點(diǎn)如表1：
由此，智能汽車可分為5級(jí)， L1和L2級(jí)是駕駛輔助，L3級(jí)是人機(jī)共駕，而L4—L5高級(jí)別自動(dòng)駕駛則是不需要司機(jī)的無人駕駛。據(jù)中國(guó)智能汽車發(fā)展技術(shù)路線圖，可以預(yù)測(cè)，在中國(guó)，2020年之前重點(diǎn)推廣L1-L2級(jí)智能駕駛輔助系統(tǒng)，到2020年，新車中將有50%的車輛具備1級(jí)或者2級(jí)的智能功能。2020—2030年重點(diǎn)推廣的是3級(jí)和4級(jí)的自動(dòng)駕駛，到2025年，將有10%的新車具備L3—L4級(jí)自動(dòng)駕駛的能力。2030年之后，5級(jí)全自動(dòng)駕駛會(huì)正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)有10%的新車會(huì)是L4—L5級(jí)的無人駕駛。這里有兩個(gè)概念要特別注意并區(qū)別開來，無人駕駛并不等同于自動(dòng)駕駛，但很多人認(rèn)為自動(dòng)駕駛就是無人駕駛。自動(dòng)駕駛跟智能汽車一樣是按照5級(jí)來說的，一級(jí)、二級(jí)是低級(jí)別的自動(dòng)駕駛，俗稱駕駛輔助系統(tǒng)。三級(jí)是人機(jī)共駕，四級(jí)為有條件的自動(dòng)駕駛，五級(jí)是完全的無人駕駛。也就是說到了自動(dòng)駕駛的高級(jí)別階段，才是無人的，前面都是有人在駕駛的。
目前，就世界范圍來說，自動(dòng)駕駛的發(fā)展情況基本類似。在日本，當(dāng)前重點(diǎn)推廣也是一級(jí)與二級(jí)的輔助駕駛技術(shù)，即俗稱的駕駛輔助技術(shù)。從2021到2030年，日本也才開始推廣高級(jí)別自動(dòng)駕駛技術(shù)。日本會(huì)在2020年的東京奧運(yùn)會(huì)上展示無人駕駛技術(shù)，但重點(diǎn)仍在二級(jí)到四級(jí)，目標(biāo)是解決最后一公里的問題。
歐洲在2020年之前重點(diǎn)推廣的也是駕駛輔助系統(tǒng)，從2020年到2030年，才開始推廣高級(jí)別自動(dòng)駕駛。
從中外的情況來看，高級(jí)別自動(dòng)駕駛基本是在2025年之后。
而從無人駕駛實(shí)現(xiàn)可能性的大小上來說，專業(yè)化越強(qiáng)的車輛實(shí)現(xiàn)無人駕駛的可能性越大。原因是它們的應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是駕駛行為中的突發(fā)因素較少，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易。從需求上來說，專業(yè)化越強(qiáng)的車輛無人駕駛的需求越高。因此說，無人駕駛會(huì)首先在特殊的商用車輛如港口礦山的貨車、城市的環(huán)衛(wèi)作業(yè)車、專用出租車以及公共汽車上實(shí)現(xiàn)。到2040年左右，5級(jí)全自動(dòng)駕駛車輛在普通家用乘用車中的比例會(huì)到一個(gè)比較可觀的規(guī)模，智能汽車無人駕駛會(huì)形成一定的市場(chǎng)規(guī)模。說起來，在我國(guó)還有一個(gè)比較特殊的現(xiàn)象，我們通常所說的智能汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、自動(dòng)駕駛，所指基本相同。從字面上看，智能網(wǎng)聯(lián)汽車是在智能汽車基礎(chǔ)上加車聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際所指都是智能汽車。只是國(guó)家發(fā)改委發(fā)的文件經(jīng)常會(huì)用“智能汽車”，科技部發(fā)文經(jīng)常會(huì)直接用“自動(dòng)駕駛”，工信部發(fā)文經(jīng)常會(huì)用“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”。本文以下所使用的“智能汽車”與“智能網(wǎng)聯(lián)汽車”，所指是相同的。
對(duì)于人類的出行便利化而言，智能汽車無人駕駛非常美好，無人駕駛未來一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)的路徑不會(huì)平坦，要實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的無人自動(dòng)駕駛，智能汽車還有很多新的關(guān)鍵技術(shù)需要突破，其中涉及整車架構(gòu)、車聯(lián)網(wǎng)、信息安全及自動(dòng)駕駛地圖等基礎(chǔ)關(guān)鍵支撐技術(shù)的突破。
智能汽車將需要一種全新的架構(gòu)
隨著車載電子設(shè)備越來越多，車上總線技術(shù)逐漸得到了普及，LIN、CAN、FLexRay總線等多種總線技術(shù)在車上開始應(yīng)用，部分電器和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過車載總線聯(lián)網(wǎng)。但這仍無法滿足未來高級(jí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車的需求。汽車如果真的想實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)駕駛，車上所有電子電器都需要聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量將大幅度增加，同時(shí)考慮激光雷達(dá)、攝像頭等新型大數(shù)據(jù)量傳感器的聯(lián)網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求急劇增加，需要將現(xiàn)在的十兆左右增加到百兆，所以車載以太網(wǎng)等新技術(shù)需要在車上普及。未來智能汽車整車架構(gòu)將是一種多總線并存的分層多域控制車載網(wǎng)絡(luò)，整車網(wǎng)絡(luò)中的電器控制將實(shí)現(xiàn)控電分離，電器本身將實(shí)現(xiàn)智能化和網(wǎng)聯(lián)化，以更好地實(shí)現(xiàn)智能汽車對(duì)電器狀態(tài)實(shí)時(shí)可靠的監(jiān)控。同時(shí)考慮到未來智能汽車駕駛大腦的發(fā)展需求，架構(gòu)系統(tǒng)軟件也需要發(fā)生變化，通過系統(tǒng)管理層和超級(jí)中間件，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源的封裝，支持軟硬件分離，從而讓智能汽車駕駛大腦快速發(fā)展并擺脫汽車硬件的強(qiáng)耦合和硬約束，支持汽車像手機(jī)和電腦一樣實(shí)現(xiàn)軟硬件的分離，可以實(shí)現(xiàn)駕駛大腦的快速迭代更新。
智能汽車需要自動(dòng)駕駛地圖作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)
HD MAP或者HAD MAP在國(guó)內(nèi)大家習(xí)慣稱為高精度地圖，如果從英文直譯過來，就是高清晰度或者高分辨率地圖，歐洲習(xí)慣稱之為自動(dòng)駕駛地圖。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展初期，比如輔助駕駛的發(fā)展過程中，高精度的地圖數(shù)據(jù)不是必須的，但隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能化級(jí)別的提高，特別是到了L4和L5階段，HD MAP則是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的必要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是將各種傳感信息有效融合在一起的高精度傳感器超級(jí)容器。有關(guān)高精度的自動(dòng)駕駛地圖，歐洲多家整車廠商與零部件廠商及地圖廠商合作建立了兼容HD MAP的NDS和Open Drive地圖數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)格式規(guī)范，NDS與ADASIS聯(lián)合成立OADF，制定歐洲的自動(dòng)駕駛地圖標(biāo)準(zhǔn)。日本也在建立相應(yīng)的聯(lián)盟，成立DMP公司制定自動(dòng)駕駛地圖重要的標(biāo)準(zhǔn)和接口，以對(duì)接歐洲OADF、國(guó)際組織ISO的標(biāo)準(zhǔn)。目前，中國(guó)國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)統(tǒng)一的自動(dòng)駕駛地圖標(biāo)準(zhǔn)，在2018年5月寧波舉行的CICV年會(huì)(國(guó)際智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)年會(huì))上，清華大學(xué)牽頭成立了中國(guó)的自動(dòng)駕駛地圖工作組，將通過工作組推動(dòng)中國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)駕駛地圖數(shù)據(jù)格式規(guī)范，制定面向自動(dòng)駕駛所能提供的統(tǒng)一的接口及數(shù)據(jù)內(nèi)容服務(wù)行業(yè)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)整車廠商、零部件供應(yīng)商、車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商及地圖廠商的有效聯(lián)手提供技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)支撐。
車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施需要建設(shè)
智能網(wǎng)聯(lián)汽車要求實(shí)現(xiàn)車與X (車、路、人、云等)(V2X)之間的信息交換與共享，通過車聯(lián)網(wǎng)可以更好地輔助車輛實(shí)現(xiàn)行駛環(huán)境的感知和認(rèn)知，并可以協(xié)助車輛進(jìn)行決策。中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)發(fā)展路線圖將車聯(lián)網(wǎng)分為3級(jí)。第一級(jí)是聯(lián)網(wǎng)的信息交互，第二級(jí)是聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同感知，第三級(jí)是聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同決策和控制。目前，車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有多種技術(shù)方案：Dedicated Short Range Communications(DSRC)， Long Term Evolution -Vehicle (LTE-V)，以及未來的5G技術(shù)。5G技術(shù)是第五代移動(dòng)通信技術(shù)，具備高帶寬以及低延時(shí)的特點(diǎn)，大家寄希望于未來隨著5G的普及，高級(jí)別自動(dòng)駕駛所需要的車聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能夠完成。
信息安全是智能汽車的生命線
傳統(tǒng)汽車上，總線上所運(yùn)行的數(shù)據(jù)都是非加密的數(shù)據(jù)，只要掌握了協(xié)議，隨時(shí)可以通過車載總線讀取車上的數(shù)據(jù)并發(fā)送命令。隨著車輛的聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，這種沒有防護(hù)的數(shù)據(jù)傳輸方式受到的威脅越來越大，智能車由于實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)及云控特征，網(wǎng)絡(luò)攻擊帶來的威脅巨大，整車網(wǎng)絡(luò)安全更加重要，車輛隨時(shí)面臨著黑客的攻擊，不僅涉及單車行駛安全，甚至影響整個(gè)交通系統(tǒng)乃至國(guó)家安全，如果汽車的信息安全防護(hù)被突破，自動(dòng)駕駛的車輛將被黑客控制，整個(gè)交通系統(tǒng)將陷入混亂，車輛會(huì)發(fā)生大量的碰撞，甚至出現(xiàn)大量的傷亡。針對(duì)未來的無人駕駛智能汽車，我們需要研究一套全新的車輛信息安全理論和體系，研究基于多域分層入侵檢測(cè)和主動(dòng)防護(hù)的信息安全模型，研究車內(nèi)通信的分層加密認(rèn)證、入侵檢測(cè)和安全等級(jí)保護(hù)體系，構(gòu)建智能電動(dòng)汽車網(wǎng)絡(luò)異常狀態(tài)監(jiān)控和安全網(wǎng)關(guān)主動(dòng)防護(hù)機(jī)制，形成從架構(gòu)層、節(jié)點(diǎn)層、傳輸層，多層次縱深防御的信息安全體系，保護(hù)智能汽車的行駛安全。
在關(guān)鍵支撐技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，智能車的環(huán)境感知、決策和控制技術(shù)也需要突破。
智能汽車環(huán)境感知能力需要突破
車輛想實(shí)現(xiàn)無人駕駛，首先要準(zhǔn)確感知行駛環(huán)境信息。智能車的環(huán)境感知分為自主式環(huán)境感知和協(xié)同式環(huán)境感知，自主式環(huán)境感知主要依賴安裝于車上的傳感器如視覺傳感器、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器和慣導(dǎo)定位設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對(duì)行駛環(huán)境的感知。車輛提升感知能力一方面是提升各類傳感器的感知性能，另外一方面就是改進(jìn)感知算法，通過信息融合充分發(fā)揮每種傳感器的能力，形成能力互補(bǔ)。但僅僅依靠單車的傳感器進(jìn)行環(huán)境感知還是不夠的，對(duì)未來L5級(jí)無人自動(dòng)駕駛汽車而言，智能汽車必須形成超過人的感知能力的視距和視野，能提前看到人所看不到的危險(xiǎn)和障礙，從而彌補(bǔ)智能汽車決策系統(tǒng)的不足和局限，這就需要通過V2X車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)車輛協(xié)同式的環(huán)境感知。
智能汽車決策需要更加智能化
智能車的決策能力是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵?；诳刂七壿嫷淖詣?dòng)駕駛是主要技術(shù)路線之一，即通過準(zhǔn)確感知認(rèn)知環(huán)境，利用自動(dòng)駕駛導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車宏觀道路任務(wù)規(guī)劃，地圖將成為一種超級(jí)傳感器，融合各種傳感信息，在環(huán)境感知數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立車輛行駛的虛擬空間環(huán)境，在底層規(guī)劃行車軌跡并將其轉(zhuǎn)化為智能網(wǎng)聯(lián)汽車車輛動(dòng)力學(xué)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)汽車?；诳刂七壿嫷淖詣?dòng)駕駛決策的關(guān)鍵是能夠準(zhǔn)確感知環(huán)境并建立基于各種駕駛場(chǎng)景的駕駛模式，要求設(shè)計(jì)者完全掌握各種駕駛場(chǎng)景、駕駛模式及對(duì)應(yīng)的車輛控制算法，但在現(xiàn)實(shí)的情況中，沒有一種算法能達(dá)到完美覆蓋每個(gè)場(chǎng)景，因而就可能存在各種針對(duì)未知場(chǎng)景的決策隱患。因此，隨著人工智能的發(fā)展，特別是隨著深度學(xué)習(xí)的快速進(jìn)展，很多學(xué)者采用基于人工智能的學(xué)習(xí)機(jī)制研究端到端的自動(dòng)駕駛，即直接根據(jù)傳感信息的輸入，利用深度學(xué)習(xí)或增強(qiáng)學(xué)習(xí)等直接輸出車輛的方向及油門和剎車控制參數(shù)，這種方式具有自學(xué)習(xí)的特征，可以隨著車輛的使用，車輛的決策能力會(huì)不斷得到優(yōu)化提升，越來越具備智能。但這種方式的決策也存在隱患，就是決策過程是一個(gè)黑箱，在出現(xiàn)事故和問題時(shí)，往往難以發(fā)現(xiàn)事故的原因，難以有效控制隱患和事故的發(fā)生。
智能汽車底盤電子控制需要線控化
智能汽車控制系統(tǒng)需要將駕駛大腦給出的車輛控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為車輛的轉(zhuǎn)向動(dòng)作和驅(qū)動(dòng)制動(dòng)。所有的智能車駕駛大腦的控制命令都是數(shù)字信號(hào)，這就要求車輛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須是數(shù)字控制的，同時(shí)要求具有較高的控制精度和穩(wěn)定性，線控X-By-Wire系統(tǒng)將是實(shí)現(xiàn)這種控制的最好的技術(shù)途徑。對(duì)智能車的控制而言，不單單是能夠讓車跟隨一條設(shè)計(jì)好的軌跡行駛，同時(shí)要在保證安全的基礎(chǔ)上，兼容考慮乘坐的舒適性以及車輛的行駛經(jīng)濟(jì)性。所以控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要專業(yè)零部件廠商的積極配合，由于我國(guó)在傳統(tǒng)汽車底盤電子系統(tǒng)上的工作經(jīng)驗(yàn)積累偏弱，目前在國(guó)內(nèi)智能汽車發(fā)展過程中，主要底盤線控系統(tǒng)還是依賴進(jìn)口或者由國(guó)外廠商配套，我國(guó)汽車行業(yè)還需要在智能汽車執(zhí)行器線控化方面加大工作投入。針對(duì)智能車的控制，未來高級(jí)別的無人自動(dòng)駕駛，除考慮單車的控制外，還需要綜合考慮緩解交通擁堵、提高交通安全與效率、節(jié)約能源并減少環(huán)境污染。這就要求車輛具備協(xié)同控制，不僅要滿足自車性能及行駛的需要，還要考慮周圍交通狀態(tài)，考慮周圍的車隊(duì)穩(wěn)定性、交通流穩(wěn)定性、交通安全及交通效率等，在車與車之間、車與隊(duì)列之間進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)多車乃至整個(gè)交通系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。
總之，智能汽車的發(fā)展給我國(guó)在傳統(tǒng)汽車發(fā)展的基礎(chǔ)上開辟了一條新的跑道。在這條新跑道上，中國(guó)的很多技術(shù)還不成熟，同樣國(guó)際上在這方面也不成熟。以上諸方面的所有問題，不僅是中國(guó)汽車行業(yè)所面臨的問題，而且是全世界汽車行業(yè)共同面臨的問題。困難并存的局面，就是大家都在同一個(gè)起跑線上，這樣我國(guó)才有了新的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)。在競(jìng)爭(zhēng)面前，就要看我們的努力，看我們是否能有所作為。從這個(gè)角度說，我一直不太贊成中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)會(huì)實(shí)現(xiàn)彎道超車這樣的說法。因?yàn)槠嚠a(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣沒有捷徑可走，彎道超車的說法并不成立。
從智能汽車需要建設(shè)、突破的諸多方面來看，真正要實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的無人駕駛，汽車產(chǎn)業(yè)還有很長(zhǎng)的一段路要走，有很多關(guān)鍵技術(shù)瓶頸需要突破。但我們也看到，雖然存在很多的困難，智能汽車的發(fā)展是不可阻擋的，汽車新四化(電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化及共享化)正在為當(dāng)今社會(huì)帶來一場(chǎng)技術(shù)變革，汽車的使用方式，交通法規(guī)、交通管理和交通基礎(chǔ)建設(shè)都在發(fā)生改變，不僅僅是汽車產(chǎn)業(yè)將發(fā)生巨變，整個(gè)未來交通出行體系也正在被重構(gòu)，社會(huì)形態(tài)將發(fā)生新的變化。
(來源：中國(guó)工業(yè)和信息化)
（轉(zhuǎn)載）
