根據(jù)無(wú)人駕駛汽車(chē)的功能模塊，可將無(wú)人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)分為：定位導(dǎo)航技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)、規(guī)劃決策技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)。

從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)展了地面無(wú)人駕駛車(chē)輛的研究，并且取得了一系列的成果。在此可以將其歸結(jié)為三個(gè)主要階段。

第一階段，在20世紀(jì)80年代之前，受限于硬件技術(shù)、圖形處理和數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的滯后，地面無(wú)人駕駛車(chē)輛側(cè)重于遙控駕駛。

第二階段，20世紀(jì)80年代以后，隨著自主車(chē)輛技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的突破性進(jìn)展，地面無(wú)人駕駛車(chē)輛得以進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了各種自主和半自主移動(dòng)平臺(tái)。但是由于受定位導(dǎo)航設(shè)備、障礙識(shí)別傳感器、計(jì)算控制處理器等關(guān)鍵部件性能的限制，當(dāng)時(shí)的無(wú)人駕駛車(chē)輛雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自主行駛，但行駛速度低，環(huán)境適應(yīng)能力弱。

第三階段，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于在計(jì)算機(jī)、人工智能、機(jī)器人控制等技術(shù)方面的突破，半自動(dòng)型地面無(wú)人駕駛車(chē)輛得到了進(jìn)一步發(fā)展。部分地面無(wú)人駕駛車(chē)輛參與了軍事實(shí)戰(zhàn)，驗(yàn)證了地面無(wú)人駕駛車(chē)輛的作戰(zhàn)能力，這使人們看到了地面無(wú)人駕駛車(chē)輛的發(fā)展前景，大大激發(fā)了各國(guó)研發(fā)地面無(wú)人駕駛車(chē)輛的熱情，也掀起了研究高潮。在軍事需求的推動(dòng)下和技術(shù)發(fā)展的激勵(lì)下，美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)在無(wú)人駕駛車(chē)輛技術(shù)方面走在了全世界的前列。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著物理計(jì)算能力的大幅度提升、動(dòng)態(tài)視覺(jué)技術(shù)的快速發(fā)展以及人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，路線(xiàn)導(dǎo)航、障礙躲避、突發(fā)決策等關(guān)鍵技術(shù)得到解決，無(wú)人駕駛技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。

無(wú)人駕駛汽車(chē)依靠人工智能、視覺(jué)計(jì)算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，通過(guò)電腦實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，可以在沒(méi)有任何人類(lèi)主動(dòng)的操作下，自動(dòng)安全地操作機(jī)動(dòng)車(chē)輛。

無(wú)人駕駛依賴(lài)幾種先進(jìn)技術(shù)，這些互為補(bǔ)充的技術(shù)感知周?chē)h(huán)境、進(jìn)行自我導(dǎo)航。究竟這些技術(shù)如何協(xié)同工作?

除了Waymo等知名的領(lǐng)頭羊之外，又有哪些公司在推動(dòng)這個(gè)行業(yè)發(fā)展感知能力，無(wú)人駕駛汽車(chē)必須要能夠識(shí)別交通信號(hào)和標(biāo)志，以及其他汽車(chē)、自行車(chē)和行人。它們還必須能感知前方物體的距離和速度，以便作出對(duì)應(yīng)反應(yīng)。

攝像頭和計(jì)算機(jī)視覺(jué)，攝像頭普遍用于無(wú)人駕駛車(chē)輛和配備先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的車(chē)輛，是無(wú)人駕駛環(huán)境下一種重要的感知設(shè)備。

攝像頭可以識(shí)別顏色和字體，幫助檢測(cè)道路標(biāo)志、交通信號(hào)燈和街道標(biāo)記——這是其相對(duì)于雷達(dá)和激光雷達(dá)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，在檢測(cè)深度和距離上，攝像頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及激光雷達(dá)。

無(wú)人駕駛感知系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)檢測(cè)物體和信號(hào)，以此處理從攝像頭提取的數(shù)據(jù)。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件需要能夠識(shí)別車(chē)道邊界的具體細(xì)節(jié)(比如，線(xiàn)條顏色和圖案等)，還需要能評(píng)估適當(dāng)?shù)慕煌ㄒ?guī)則，在復(fù)雜交通場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)安全的、與人類(lèi)駕駛行為類(lèi)似的自主駕駛。

現(xiàn)在關(guān)于智能汽車(chē)的概念很多甚至是有些混亂的。有叫自動(dòng)駕駛的，有叫智能網(wǎng)聯(lián)的，也有叫無(wú)人駕駛的 。那么這些概念到底是什么關(guān)系呢?

所謂智能汽車(chē)，就是在現(xiàn)有的汽車(chē)基礎(chǔ)上增加了一系列的感知、決策以及控制裝置，使車(chē)輛能夠像人一樣對(duì)周?chē)鷱?fù)雜的環(huán)境進(jìn)行感知與判斷，從而代替駕駛者來(lái)操控車(chē)輛。

同時(shí)，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，可以在汽車(chē)上增加一種網(wǎng)聯(lián)裝置，這種裝置能夠?qū)⑻幱诮煌ㄏ到y(tǒng)中的車(chē)輛、人以及道路的基礎(chǔ)設(shè)施連接在一起，從而使車(chē)輛能夠具備相應(yīng)的感知和服務(wù)的功能。我們就稱(chēng)之為網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。

而智能汽車(chē)的終極目標(biāo)是車(chē)輛完全的代替駕駛員實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的功能。自動(dòng)駕駛的技術(shù)等于是智能汽車(chē)的一種關(guān)鍵技術(shù)。那為什么智能汽車(chē)一定需要網(wǎng)聯(lián)呢 網(wǎng)聯(lián)和自動(dòng)駕駛的智能汽車(chē)又是什么樣的關(guān)系呢

隨著時(shí)間的推移，不斷有新技術(shù)融入進(jìn)來(lái)，比如網(wǎng)聯(lián)技術(shù)。

車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)以前僅僅只能感知局部區(qū)域的情況，因?yàn)閭鹘y(tǒng)傳感器最多只能探測(cè)幾百米的距離，但是在車(chē)輛聯(lián)網(wǎng)之后，感知的區(qū)域就比傳統(tǒng)的傳感要廣闊得多。而且還可以借助外部的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算來(lái)幫助車(chē)輛，

這樣就使得車(chē)輛的感知能力和判斷能力都能夠得到大幅度的提升。

目前我們所說(shuō)的自動(dòng)駕駛2.0系統(tǒng)無(wú)一例外的都運(yùn)用了車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。也正因?yàn)槿绱?我們也把智能汽車(chē)稱(chēng)之為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)。

那自動(dòng)駕駛和無(wú)人駕駛又是什么關(guān)系呢，這里我們就要說(shuō)一說(shuō)自動(dòng)駕駛的分級(jí)。

按照SAE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)J3016的分級(jí)，自動(dòng)駕駛呢 分為從L0-L5一共六個(gè)等級(jí)。

首先L0級(jí)叫做無(wú)自動(dòng)化，這個(gè)級(jí)別的車(chē)輛你要說(shuō)它的智能化，他僅僅能夠進(jìn)行傳感探測(cè)和決策報(bào)警。

在這個(gè)級(jí)別里沒(méi)有任何的自動(dòng)駕駛功能和技術(shù)，司機(jī)對(duì)于汽車(chē)所有的功能都還具有控制權(quán)，任何輔助的技術(shù)都需要人來(lái)控制汽車(chē)，比如我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的前向碰撞預(yù)警、車(chē)道偏離預(yù)警、 自動(dòng)雨刷 、自動(dòng)前燈，雖然這些功能都具有一定的智能化，但還是屬于L0的階段。

L1級(jí)叫做單一功能的自動(dòng)化。在這個(gè)級(jí)別，駕駛員必須保持充分的參與，但可以放棄對(duì)自制系統(tǒng)的一些控制，但是這個(gè)放棄它僅限于單一的方向，要么是縱向的控制，要么是橫向的控制，比如說(shuō)油門(mén)、剎車(chē)或者說(shuō)方向，但是卻無(wú)法做到手和腳同時(shí)不操控。比如說(shuō)，你經(jīng)常聽(tīng)到的ACC、AEB、LKA均屬于這個(gè)級(jí)別。

L2級(jí)叫做部分的自動(dòng)化。在這個(gè)級(jí)別駕駛員可以允許手和腳離開(kāi)控制，但駕駛員仍然需要隨時(shí)待命，對(duì)駕駛的安全負(fù)責(zé)。這個(gè)級(jí)別和L1的區(qū)別，就是車(chē)輛可以對(duì)縱向和橫向同時(shí)控制了，比如同時(shí)裝配了ACC和LKA的車(chē)輛，就可以認(rèn)為它屬于是L2級(jí)別的車(chē)輛。

目前你能夠在街上遇到的特斯拉model系列的汽車(chē)都是屬于這個(gè)級(jí)別的。

L3級(jí)叫做有條件自動(dòng)化，這是一個(gè)人機(jī)構(gòu)架的階段。在這個(gè)級(jí)別之下，高速公路和人流較少的城市路段都允許開(kāi)啟L3級(jí)別的自動(dòng)駕駛。當(dāng)這個(gè)功能開(kāi)啟的時(shí)候，駕駛員對(duì)行車(chē)的安全則不必再負(fù)責(zé)，也不必監(jiān)視道路的狀況，可以由機(jī)器來(lái)完全負(fù)責(zé)整個(gè)車(chē)輛的操控。但是，在緊急避讓的情況下，駕駛員仍然需要隨時(shí)的去接管。不過(guò)呢，機(jī)器會(huì)留給駕駛員足夠的預(yù)警時(shí)間。在這個(gè)預(yù)警時(shí)間內(nèi)，車(chē)輛如何做出安全的反應(yīng)才是專(zhuān)注于L3級(jí)別自動(dòng)駕駛公司需要攻克的難點(diǎn)。

目前2018款的奧迪A8頂配的車(chē)型已經(jīng)聲稱(chēng)自己是具備L3級(jí)的自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車(chē)型。

L4級(jí)叫做高度自動(dòng)化。這個(gè)級(jí)別車(chē)輛已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)封閉園區(qū)固定駕駛路線(xiàn)的完全無(wú)人駕駛，而車(chē)輛可能根本就沒(méi)有方向盤(pán)或任何駕駛員的控制裝置。

L4級(jí)的自動(dòng)駕駛，它是有范圍限制的，在這個(gè)范圍邊境內(nèi)所有的狀況車(chē)輛都應(yīng)該能夠自主處理，負(fù)責(zé)乘車(chē)人和貨物的安全。但是，在這個(gè)邊界之外車(chē)輛則不能自主操作。

L5級(jí)叫做完全的自動(dòng)化.這個(gè)級(jí)別才是真正的坐標(biāo)到坐標(biāo)的無(wú)人駕駛。車(chē)輛可以在人類(lèi)可以駕駛的任何地方完全自主的運(yùn)行。L5級(jí)自動(dòng)化在所有情況下應(yīng)當(dāng)和人類(lèi)駕駛員的水平一樣高，甚至比人類(lèi)還要高。他應(yīng)該是所有的路段、所有方案的無(wú)人駕駛。

這其中L1和L2級(jí)是屬于駕駛員輔助的階段，也就是我們常說(shuō)的ADAS階段。L3-L5五級(jí)屬于自動(dòng)駕駛階段，而真正能夠稱(chēng)得上是無(wú)人駕駛的則是L五階段。

1、定位導(dǎo)航技術(shù)

定位導(dǎo)航模塊包括定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)。定位技術(shù)可以分為相對(duì)定位(如陀螺儀、里程計(jì))、絕對(duì)定位(如GPS)和組合定位。導(dǎo)航技術(shù)可以分為基于地圖的導(dǎo)航和不基于地圖的導(dǎo)航，其中高精度地圖在無(wú)人駕駛的導(dǎo)航中有著關(guān)鍵作用。

2、環(huán)境感知技術(shù)

環(huán)境感知模塊通過(guò)多種傳感器對(duì)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境信息進(jìn)行感知。感知信息不僅包括車(chē)輛自身狀態(tài)信息，如車(chē)輛速度、前輪偏角、車(chē)輛航向角等，還包括周?chē)沫h(huán)境信息，如道路位置、道路方向、障礙物位置和速度、交通標(biāo)志等。常用的傳感器包括攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)。

3、規(guī)劃決策技術(shù)

規(guī)劃決策模塊相當(dāng)于智能車(chē)的大腦，它通過(guò)綜合分析環(huán)境感知系統(tǒng)提供的信息，對(duì)當(dāng)前的車(chē)輛行為進(jìn)行規(guī)劃(速度規(guī)劃、避障局部路徑規(guī)劃等)，并產(chǎn)生相應(yīng)的決策(跟車(chē)、換道、停車(chē)等)。規(guī)劃技術(shù)還需要考慮車(chē)輛的機(jī)械特性、動(dòng)力學(xué)特性、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。常用的決策技術(shù)有專(zhuān)家控制、隱馬爾科夫模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等。

4、自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制模塊主要包括轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)三個(gè)系統(tǒng)。無(wú)人駕駛汽車(chē)的三個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)控制的精確性、平順性、響應(yīng)延時(shí)等性能要求有著不同的側(cè)重點(diǎn)。

其中，轉(zhuǎn)向控制主要是對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)的控制，根據(jù)控制目標(biāo)的不同，可分為角度閉環(huán)控制和力矩閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛加速、勻速、減速的控制。制動(dòng)控制根據(jù)制動(dòng)場(chǎng)景的不同又可分為正常的制動(dòng)控制和緊急制動(dòng)控制。

技術(shù)原理

無(wú)人駕駛汽車(chē)是通過(guò)車(chē)載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車(chē)路線(xiàn)并控制車(chē)輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車(chē)。

它是利用車(chē)載傳感器來(lái)感知車(chē)輛周?chē)h(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車(chē)輛位置和障礙物信息，控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車(chē)輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

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，也是衡量一個(gè)國(guó)家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，在國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。