無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)有哪里？具體分析

根據(jù)無人駕駛汽車的功能模塊，可將無人駕駛的關(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)和自動控制技術(shù)。

從20世紀50年代開始，西方發(fā)達國家就開展了地面無人駕駛車輛的研究，并且取得了一系列的成果。在此可以將其歸結(jié)為三個主要階段。

第一階段，在20世紀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，地面無人駕駛車輛側(cè)重于遙控駕駛。

第二階段，20世紀80年代以后，隨著自主車輛技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的突破性進展，地面無人駕駛車輛得以進一步發(fā)展，出現(xiàn)了各種自主和半自主移動平臺。但是由于受定位導(dǎo)航設(shè)備、障礙識別傳感器、計算控制處理器等關(guān)鍵部件性能的限制，當時的無人駕駛車輛雖然在一定程度上實現(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90年代以來，由于在計算機、人工智能、機器人控制等技術(shù)方面的突破，半自動型地面無人駕駛車輛得到了進一步發(fā)展。部分地面無人駕駛車輛參與了軍事實戰(zhàn)，驗證了地面無人駕駛車輛的作戰(zhàn)能力，這使人們看到了地面無人駕駛車輛的發(fā)展前景，大大激發(fā)了各國研發(fā)地面無人駕駛車輛的熱情，也掀起了研究高潮。在軍事需求的推動下和技術(shù)發(fā)展的激勵下，美國、德國、意大利等國在無人駕駛車輛技術(shù)方面走在了全世界的前列。進入21世紀后，隨著物理計算能力的大幅度提升、動態(tài)視覺技術(shù)的快速發(fā)展以及人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展，路線導(dǎo)航、障礙躲避、突發(fā)決策等關(guān)鍵技術(shù)得到解決，無人駕駛技術(shù)取得了突破性進展。

無人駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，通過電腦實現(xiàn)無人駕駛，可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機動車輛。

無人駕駛依賴幾種先進技術(shù)，這些互為補充的技術(shù)感知周圍環(huán)境、進行自我導(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這個行業(yè)發(fā)展感知能力，無人駕駛汽車必須要能夠識別交通信號和標志，以及其他汽車、自行車和行人。它們還必須能感知前方物體的距離和速度，以便作出對應(yīng)反應(yīng)。

攝像頭和計算機視覺，攝像頭普遍用于無人駕駛車輛和配備先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的車輛，是無人駕駛環(huán)境下一種重要的感知設(shè)備。

攝像頭可以識別顏色和字體，幫助檢測道路標志、交通信號燈和街道標記——這是其相對于雷達和激光雷達的一個優(yōu)點。不過，在檢測深度和距離上，攝像頭遠遠不及激光雷達。

無人駕駛感知系統(tǒng)基于計算機視覺技術(shù)來檢測物體和信號，以此處理從攝像頭提取的數(shù)據(jù)。

計算機視覺軟件需要能夠識別車道邊界的具體細節(jié)(比如，線條顏色和圖案等)，還需要能評估適當?shù)慕煌ㄒ?guī)則，在復(fù)雜交通場景下實現(xiàn)安全的、與人類駕駛行為類似的自主駕駛。

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

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

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

而智能汽車的終極目標是車輛完全的代替駕駛員實現(xiàn)自動駕駛的功能。自動駕駛的技術(shù)等于是智能汽車的一種關(guān)鍵技術(shù)。那為什么智能汽車一定需要網(wǎng)聯(lián)呢 網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛的智能汽車又是什么樣的關(guān)系呢

隨著時間的推移，不斷有新技術(shù)融入進來，比如網(wǎng)聯(lián)技術(shù)。

車輛聯(lián)網(wǎng)以前僅僅只能感知局部區(qū)域的情況，因為傳統(tǒng)傳感器最多只能探測幾百米的距離，但是在車輛聯(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)和云計算來幫助車輛，

這樣就使得車輛的感知能力和判斷能力都能夠得到大幅度的提升。

目前我們所說的自動駕駛2.0系統(tǒng)無一例外的都運用了車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。也正因為如此 我們也把智能汽車稱之為智能網(wǎng)聯(lián)汽車。

那自動駕駛和無人駕駛又是什么關(guān)系呢，這里我們就要說一說自動駕駛的分級。

按照SAE國際標準J3016的分級，自動駕駛呢 分為從L0-L5一共六個等級。

首先L0級叫做無自動化，這個級別的車輛你要說它的智能化，他僅僅能夠進行傳感探測和決策報警。

在這個級別里沒有任何的自動駕駛功能和技術(shù)，司機對于汽車所有的功能都還具有控制權(quán)，任何輔助的技術(shù)都需要人來控制汽車，比如我們經(jīng)常聽說的前向碰撞預(yù)警、車道偏離預(yù)警、 自動雨刷 、自動前燈，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級叫做單一功能的自動化。在這個級別，駕駛員必須保持充分的參與，但可以放棄對自制系統(tǒng)的一些控制，但是這個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，比如說油門、剎車或者說方向，但是卻無法做到手和腳同時不操控。比如說，你經(jīng)常聽到的ACC、AEB、LKA均屬于這個級別。

L2級叫做部分的自動化。在這個級別駕駛員可以允許手和腳離開控制，但駕駛員仍然需要隨時待命，對駕駛的安全負責。這個級別和L1的區(qū)別，就是車輛可以對縱向和橫向同時控制了，比如同時裝配了ACC和LKA的車輛，就可以認為它屬于是L2級別的車輛。

目前你能夠在街上遇到的特斯拉model系列的汽車都是屬于這個級別的。

L3級叫做有條件自動化，這是一個人機構(gòu)架的階段。在這個級別之下，高速公路和人流較少的城市路段都允許開啟L3級別的自動駕駛。當這個功能開啟的時候，駕駛員對行車的安全則不必再負責，也不必監(jiān)視道路的狀況，可以由機器來完全負責整個車輛的操控。但是，在緊急避讓的情況下，駕駛員仍然需要隨時的去接管。不過呢，機器會留給駕駛員足夠的預(yù)警時間。在這個預(yù)警時間內(nèi)，車輛如何做出安全的反應(yīng)才是專注于L3級別自動駕駛公司需要攻克的難點。

目前2018款的奧迪A8頂配的車型已經(jīng)聲稱自己是具備L3級的自動駕駛量產(chǎn)車型。

L4級叫做高度自動化。這個級別車輛已經(jīng)可以實現(xiàn)封閉園區(qū)固定駕駛路線的完全無人駕駛，而車輛可能根本就沒有方向盤或任何駕駛員的控制裝置。

L4級的自動駕駛，它是有范圍限制的，在這個范圍邊境內(nèi)所有的狀況車輛都應(yīng)該能夠自主處理，負責乘車人和貨物的安全。但是，在這個邊界之外車輛則不能自主操作。

L5級叫做完全的自動化.這個級別才是真正的坐標到坐標的無人駕駛。車輛可以在人類可以駕駛的任何地方完全自主的運行。L5級自動化在所有情況下應(yīng)當和人類駕駛員的水平一樣高，甚至比人類還要高。他應(yīng)該是所有的路段、所有方案的無人駕駛。

這其中L1和L2級是屬于駕駛員輔助的階段，也就是我們常說的ADAS階段。L3-L5五級屬于自動駕駛階段，而真正能夠稱得上是無人駕駛的則是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)可以分為相對定位(如陀螺儀、里程計)、絕對定位(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)境感知模塊通過多種傳感器對車輛周圍的環(huán)境信息進行感知。感知信息不僅包括車輛自身狀態(tài)信息，如車輛速度、前輪偏角、車輛航向角等，還包括周圍的環(huán)境信息，如道路位置、道路方向、障礙物位置和速度、交通標志等。常用的傳感器包括攝像頭、激光雷達、毫米波雷達。

3、規(guī)劃決策技術(shù)

規(guī)劃決策模塊相當于智能車的大腦，它通過綜合分析環(huán)境感知系統(tǒng)提供的信息，對當前的車輛行為進行規(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、換道、停車等)。規(guī)劃技術(shù)還需要考慮車輛的機械特性、動力學特性、運動學特性。常用的決策技術(shù)有專家控制、隱馬爾科夫模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等。

4、自動控制技術(shù)

自動控制模塊主要包括轉(zhuǎn)向、驅(qū)動和制動三個系統(tǒng)。無人駕駛汽車的三個控制系統(tǒng)對控制的精確性、平順性、響應(yīng)延時等性能要求有著不同的側(cè)重點。

其中，轉(zhuǎn)向控制主要是對轉(zhuǎn)向電機的控制，根據(jù)控制目標的不同，可分為角度閉環(huán)控制和力矩閉環(huán)控制。驅(qū)動控制實現(xiàn)對車輛加速、勻速、減速的控制。制動控制根據(jù)制動場景的不同又可分為正常的制動控制和緊急制動控制。

技術(shù)原理

無人駕駛汽車是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預(yù)定目標的智能汽車。

它是利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、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。

集自動控制、體系結(jié)構(gòu)、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，也是衡量一個國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標志，在國防和國民經(jīng)濟領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。