第1章 自动驾驶绪论

2016年6月，上海“国家智能网联车辆试点示范区”封闭测试区正式开园，标志着在国家战略高度 上，支持自动驾驶车辆技术发展。
2018年3月，北京发放首批自动驾驶测试试验用临时号牌，用于33条，总计105公里的开放路段 用于自动驾驶测试。
1.3 自动驾驶车辆发展目标与重点
自动驾驶的流程
感知是整个系统运行的第一步。
日本
日本政府及车辆制造商在自动驾驶技术方面一直保持谨慎态度。 日本政府在《日本再兴战略2016》中提出，要在2020年东京奥运会 之前实现无人自动驾驶交通服务。 2016年2月12日，日本产业省制造产业局车辆课正式公布“无人驾驶 评价据点整备项目” 2017年5月，德国议会两院通过了一项由运输部提出的法案，修改 现行的道路交通法规，允许高度或全自动驾驶系统代替人类自主驾驶， 给予其和驾驶人同等的法律地位。
2014年，宝马展示了其研发的无人驾驶技术，该技术不仅可以帮助车主在交通状 况拥堵的城市找到便捷畅通的行驶路线，同时并不会夺走驾驶员对车辆的掌控权。 2016年，宝马集团与英特尔以及Mobileye建立起行业第一个开放式的自动驾驶研发平 台。2018年4月，宝马又正式启动了自动驾驶研发中心，为最终实现无人驾驶提供技 术支持。2018年5月14日，上海市智能网联车辆道路测试推进工作小组为宝马颁发了 上海市智能网联自动驾驶测试牌照。
车联网通信需借助新型信息通信技术
2017年，由自然科学基金委主办中国智能车未来挑战赛已举办了九届赛事。 其中比较有代表性的有清华大学“睿龙号”无人驾驶车辆和北京理工大学“RAY” 无人车
“BIT”无人驾驶车辆系统组成
2015年4月，一汽集团正式发布了其“挚途”技术战略，标志着一汽集团的互联智 能车辆技术战略规划正式形成。根据该战略的十年发展计划，“挚途”战略将从 当前的1.0发展到4.0。
第1章 绪论
1.1 自动驾驶技术的产生
• 1. 早期对自动驾驶技术的探索
图1-1 第一辆自动驾驶 车辆“American Wonder” 20世纪20年代，美国
公司Houdina Radio Control
图1-2 未来交通模型
1939年，美国通用车辆公司在纽约世 博会上展示了叫做“Futurama”的交通 模型。 当车辆驶入高速公路后，就进入自动 驾驶模式，根据“定制车道”来行驶。
• 虽然目前的环境感知技术目前已大体完善，但是要实现最高级的 无人驾驶，还有很多地方需要改进。比如在恶劣的天气条件下、 在不断变化和不利的光照条件下，各种元件不可避免地会受到影 响。
地图是最重要的先验信息之一。
• 人们需要大规模地对地图信息进行预先采样和更新，以使车辆能够适 应新情况。一种解决方法是建立云端的地图共享系统，它与离线的地 图共享并且是动态更新的，但是这对系统的通信能力也提出了更高的 要求；也有学者提出“即时定位与地图构建”（SLAM）技术，它并 不严重依赖于先验信息，允许自动驾驶系统持续观察环境并适应新情 况，但是这项技术需要更多的计算密集型算法，并且根据所使用的传 感器和周围环境可能会受到更多不确定性的影响。
长城车辆在2012年成立了专业团队，对车辆无人驾驶等智能技术进行研发。目 前哈弗H8、H9及部分后续车辆已经完成了驾、智能决策与控制四大模块。
2011年7月，国防科技大学与一汽合作开发的自动驾驶车辆红旗HQ3，完成了从长沙到武汉，共 计286公里的高速无人驾驶实验，平均时速87km/h。
现 代 自 动 驾 驶 技 术 产 生 于 70~80 年 代。这一时期，德国的慕尼黑联邦国防 大学研发了一辆由视觉引导驾驶的奔驰 车辆，它以39英里每小时的速度在没 有交通的道路上完成了测试。
同时，美国国防高级研究计划 局开始ALV计划，与美国多所 大学和科研机构共同研究，集 成了激光雷达、计算机视觉和 自动机器人技术，研发出了时 速19英里的自动驾驶车辆，首 次在车上搭载了便携计算机
2016年和2017年，通用陆续收购自动驾驶车辆初创公司Cruise Automation和激光雷 达技术公司Strobe，在自动驾驶的道路上快速前进。2018年1月12日，通用车辆（GM） 官方公布了第四代Cruise自动驾驶车辆Cruise AV。Cruise AV没有方向盘、加速踏板和 制动踏板，安装了21个普通雷达、16个摄像机和5个激光雷达来感知车辆周围的环境 和障碍物，是真正的无人驾驶车辆。
英国
从2015年开始，英国政府开始陆续出台自动驾驶的相关政策，尽力为智能 车辆的发展提供宽松的环境。
2015年2月，英国政府发布了无人驾驶车辆上路测试的官方许可。 2016年1月，英国交通部宣布，准许自动驾驶车辆在伦敦街头上路测试 2017年8月6日，制定了一套新的网络安全原则，全称为《联网和自动驾驶 车辆网络安全关键原则》。 2018年2月，英国政府宣布，投资2240万英镑（约合3130万美元）在22个新 互联和自动驾驶车辆（CAV）研发项目上。
2011年，英国牛津大学研制出的自动驾驶 车 辆 Wildcat 使 用 激 光 雷 达 和 相 机 监 控 路 面 状况、交通状况、以及行人和其他障碍物， 在崎岖山路上能够实现自主行驶、堵车绕道
日本丰田公司于2018年年初的CES（电子消费展）上，发布了一款无人驾驶的厢式 电动概念车e-Palette。新车将在2020年东京奥运会上试运行，并有望在2030年正式向 大众推广。
人工智能算法是自动驾驶的核心。
• 借助于目前机器学习和深度学习的研究，人工智能已经能实现越 来越多的自动控制，高级别的自动驾驶还需要把智能算法与传统 的车辆动力学控制结合起来，对智能算法的稳定性和准确性有着 极高要求；
• 智能算法的道德性和合法性也是人们需要考虑的，“在无可避免 的情况下，要了以后处理困难，就需要在技术层面上让它不会 发生。
意大利帕尔玛大学VisLab实验室
一直致力于ARGO项目研究。 于1998年沿着意大利的高速公路网进行了2000公里的长 距离道路试验。 在2010年，ARGO试验车装载了5个激光雷达、7个摄像 机、GPS全球定位系统、惯性测量设备以及3台Linux电脑 和线控驾驶系统。 2013年，意大利帕尔马大学的自主车 BRAiVE，在帕尔 马城区自主行驶，顺利通过单向双车道等狭窄的城郊道路， 其间涉及行人横穿马路、交通灯、人工凸起路面、行人区、 急转弯等，同时实现全程无人工干预。
美国卡内基·梅隆大学
从1987年左右开始研究自动驾驶技术，其研制 的NavLab系列代表了世界自动驾驶的发展方向。
NavLab-1系列于1986年基于雪佛兰的一款厢式 货车改装而成，装有Sun3、GPS、Warp等计算 机硬件
NavLab-5系统是1995年建成的，CMU与 Assist-Ware技术公司合作开发研制的便携性高级 导航支撑平台PANS为系统提供计算基础和I/O功 能，并能控制转向执行机构，同时进行安全报警。
在60~70年代，很多企业公司、科研机构都对这项技术投入了研究。英国 TRL实验室研发的自动驾驶车辆“雪铁龙DS”，在任何天气条件下以80英里 每小时的速度进行测试时，它的速度和方向都不会偏离，这远比人类驾驶更加 有效和安全；Bendix公司还通过道路两侧的通讯器来传递计算机的控制指令。
2. 现代自动驾驶技术的产生
谷歌公司于2009年开始研发无人驾驶技术。2015年，谷歌公司的无人驾驶原型车 上路进行测试，该车只配有启动和停止两个物理按钮，通过若干传感器、车载计算 机来控制车辆。2017年10月，Waymo已在美国凤凰城Chandler镇100平方英里范围内， 对600辆克莱斯勒插电混动L4级自动驾驶车辆进行社会公测。2018年，谷歌还与捷豹 路虎合作，计划在2020年之前生产另外20000辆无人驾驶出租车。
2015年8月，宇通客车在郑开大道城际快速路，完成了开放环境下的无人驾驶试验，全程32.6公 里，最高时速4有突破，试验最高时速达100km/h。
2016年4月，长安车辆完成了超过2000km的无人驾驶车辆测试，计划在2018年实现高速路上的 无人驾驶，在2025年实现城市复杂路况下的自动驾驶。
通用车辆公司还在这期间推出 了Firebirds系列自动驾驶车辆， 车上载有“电子导航系统”，它通 过电子脉冲与地下的电缆之间进 行通讯，从而实现了对车辆的自 动控制。
图1-3 通用公司的Firebird III自动驾驶车辆
1960年代，美国俄亥俄州立大学通信与控制实验室开始对无人驾驶项目的 研究，同样是提出利用内嵌在道路上的电子设备进行控制和引导。该项目的负 责人Cosgriff博士预测他们的自动驾驶系统可以在80年代初得到完善并投入 使用。
最具代表性的是在80年代末，由美国卡内基梅 隆大学研制的Navlab系统，搭载于一辆雪佛兰厢 式货车上。他们率先采用了神经网络算法来控制 和引导车辆，在车上安装了若干摄像头、激光测 距仪、激光雷达、陀螺仪等设施，具备惯性导航 系统和卫星定位系统，车厢内部是计算机房，整 个计算系统由Wrap超级计算机和Sun3/Sun4工作 站组成，还采用了Intel 80386实时处理器来处理传 感器信息和发出控制指令。受到当时计算机软硬 件条件的限制，时速大约只有20英里，但是它为 现代自动驾驶技术奠定了基础。
1.2 自动驾驶车辆研究状况
• 1.2.1 国外自动驾驶车辆研究状况
美国
美国国防部高级研究计划局（DARRA）从2004到2007年共举办了3届DARPA 无人驾驶挑战赛，吸引了包括卡内基·梅隆大学、斯坦福大学、弗吉尼亚州大学 在内多个研究团队参赛，引起了广泛的关注。 2011年，美国内达华州立法委员会通过了第一部允许测试无人驾驶车辆的法案 2015年7月美国密歇根大学M-City正式开放 2016年11月，美国交通部公布“自动驾驶试验场试点计划”
2015年，上汽集团在自动驾驶领域“结盟”中航科工，并在上海车展上展示了 自主研发的智能驾驶车辆iGS。
长安车辆在2015年4月发布了智能化战略“654”，即建立6个基础技术体系平 台，开发5大核心应用技术，分4个阶段逐步实现车辆从单一智能到全自动驾驶。