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发展自动驾驶汽车的挑战和前景展望

发布时间:2016-12-22 作者:派智库 来源:中宏数据库整理 浏览:【字体:

【摘要】自动驾驶汽车是未来汽车的发展方向,也是道路交通具有革命性影响的交通工具。随着人工智能、传感检测等核心技术的突破和完善以及整体可靠性的提升,自动驾驶汽车会逐步被公众接受,成为出行和物流工具。但是,从当前的初步应用阶段,到成熟推广阶段乃至全面普及阶段的过程可能需要很长时间,技术成熟之后还要解决立法推行问题、以及社会心态调整的漫长阶段。自动驾驶汽车是未来汽车产业和信息产业的一个制高点,其研发能力将直接反映国家工业竞争力。从全球各国政府和企业的发展行动来看,未来5~10年将是发展自动驾驶非常关键的时期。

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【关键词】自动驾驶汽车;发展前景;技术和政策

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1 国内外发展现状 内容来自dedecms

在自动驾驶历史上,具有里程碑意义的事件是1997年加州大学伯克利分校PATH项目实现了在加州7.6英里公路上实现了由8辆车组成的自动驾驶车队演示,全程没有驾驶员干预。但后来由法律障限制难以突破,以及技术路线的变化,美国智能交通研究重心向车联网转移,自动公路项目被暂时搁置。 copyright dedecms

当前,国际自动驾驶研究热潮主要是由谷歌公司开启,发展演进由市场主导。2009年谷歌开始在其总部所在的山景城开始驾驶试验,到2016年7月为止,谷歌共试验了289万km,总计发生事故13起,主要为后车追尾事故(谷歌无责),无人员伤亡记录。在这同时,美国、日本和欧洲的车企和互联网企业纷纷开始了自动驾驶汽车的研发,苹果、优步等企业也在低调的进行研发工作。目前,国内的百度、长安等企业以及国防科技大学、军事交通学院等军事院校的自动驾驶汽车走在国内研发的前列。美国国防部支持的DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)挑战赛和我国国家自然科学基金委员会支持“中国智能车—未来挑战赛”分别是国际和国内自动驾驶汽车最高水平的展示舞台。

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自动驾驶是技术密集领域。相关企业都在积极进行自动驾驶专利占位。处于后发研究的我国已经处于落后的阶段,如待自动驾驶技术研发成熟我国企业再跟风研究,将面临难以跨越的技术门槛。另外,当前我国进行自动驾驶研发所采用的核心传感器材以及车辆控制组件均为进口发达国家产品。如百度等企业所用车载激光雷达为进口Velodyne公司产品,车辆控制器件为宝马公司的核心产品;百度等互联网企业只是在导航、计算平台上具有优势,在车辆控制和传感器件上,国内传统车企和互联网公司的发展劣势非常明显。

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如表1所示,根据主要发达国家政府、汽车制造企业及互联网企业的计划或愿景,2020年是自动驾驶汽车实用化的一个关键时间节点。美国、日本和欧洲以及中国的诸多企业都不约而同的将2020年定为自动驾驶实用化年份。当前,美国、日本、欧洲和我国在相关技术研发竞争正处于白热化的阶段。

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2 自动驾驶发展面临的技术和法律政策挑战 dedecms.com

2.1 技术瓶颈 内容来自dedecms

2.1.1 国际情况 内容来自dedecms

目前,自动驾驶汽车主要面临着路况识别、车辆控制以及车辆信息交互等诸多技术瓶颈。 织梦内容管理系统

自动驾驶汽车面临的最核心问题是路况识别感知。车辆需要对车辆周边的障碍物、交通信号(交通信号包括交通信号灯、交通标志、交通标线和交通警察的指挥、动态管制信息)、行人以及其他车辆状态和操作的识别。识别过程是通过各种传感器替代驾驶者眼睛和耳朵的功能。到目前为止,谷歌、特斯拉等顶级自动驾驶研究机构仍难以达到当前自然人的识别水平。 copyright dedecms

车联网是近十年来发展起来的新兴技术。路况信息可以通过V2X通信获取,而且可以对(从)车辆和路侧设施发送(接收)指令及信息,直接获取路况信息。但是数据传输的实时性和准确性则是车联网通信的一大挑战。目前的802.11p、4G等车联网通信技术仍存在缺陷,大规模部署也面临经济效益问题。 内容来自dedecms

计算平台是车辆的决策机构。由各种定位导航设备、雷达、摄像头、微传感器、通信以及驾驶员指令获取的信息需要由计算平台来统一计算处理,来判断车辆所处环境,进而判断需要采取的措施。计算平台需要通过不断的深度自主学习来加强认知判断水平,来实现和人一样的对车的操控决策。车载计算平台需要处理海量数据和实现实时决策判断,还要保障计算的可靠性,对计算技术有极高要求。 织梦内容管理系统

车辆控制技术也是自动驾驶车辆的重大技术瓶颈。要让机器完全模仿人的驾驶行为存在很大障碍。如何让自动驾驶车辆平稳运行、加减速和转向、应对紧急状态是重大技术挑战。在全自动驾驶车辆应用普及的状态下,如何协调驾驶车辆之间的驾驶行为并对全局交通进行优化也是难题。

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车辆网络安全是影响自动驾驶实用的重大问题。自动驾驶是安全苛求系统,直接关系到乘客和驾驶员的生命,对数据处理和网络通信安全要求极高。自动驾驶车辆具有操作系统,一旦被黑客侵入将有可能带来重大交通事故,也有可能被恐怖分子利用制造事端。车辆通信必须经过非常严格的防网络攻击设计和安全侧导向设计。 dedecms.com

2.1.2 国内情况

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国内自动驾驶发展除了国际上普遍存在的问题,还存在自身特有的一些技术瓶颈。 内容来自dedecms

国内自动驾驶研究主要是跟踪国外成熟技术路线。当前国内自动驾驶技术发展路线基本可分为谷歌派和特斯拉派,传统车企以特斯拉派技术路线为主,互联网企业以谷歌派技术路线为主,没有派生出其他技术路线,主要是跟随了国外的互联网企业和传统车企的技术路线,鲜有完全自主创新。如百度的自动驾驶汽车主要遵循了谷歌的技术路线。 本文来自织梦

精确定位导航是实现自动驾驶的重要技术门槛。高精度厘米级全球定位系统(GPS)属于发达国家限制出口产品,主要用于军事领域,目前仅面向国内科研单位和高校,设备昂贵,很难全面使用,仅能用于部分试验车辆。普通民用GPS定位偏差都在10m以上,需要地图匹配校正,定位精度难以保证。另外,国内自主研发的北斗卫星导航系统定位精度与GPS还存在差距。另外,电子地图和民用北斗产品为了国家安全需要,也会人为加入偏差扰动,不利于自动驾驶的高精度定位。国内企业一般选择与电子地图测绘企业合作以获得高精度地图。即使是高精度地图也可能存在道路渠化和天气实时变化等干扰因素。

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车辆传感控制等核心部件严重依赖进口。高精度激光雷达属于军工级产品,国内自动驾驶研究所用激光雷达等基本来自国外进口。同时,车辆控制技术是国内自动驾驶车辆的普遍弱项,车辆控制部件技术是传统汽车领域的核心技术,也是我国传统车企的短板。即使自动驾驶采用纯电动车作为实验平台,也很难回避这一车辆控制问题。 本文来自织梦

我国路况复杂程度对技术提出更高要求。我国是每年交通事故致死人数最多的国家。机非混行度非常高,行人和车辆不遵守交通规则的状况非常普遍。在我国开展自动驾驶应用难度更大,对路况识别提出了苛刻的要求。 copyright dedecms

2.2 法律约束 dedecms.com

美国、日本等发达国家对自动驾驶采取了开明审慎的态度,采取了分步骤、分片区,自主立法决定的措施,既鼓励了自动驾驶车辆上路,也限制了其应用范围。

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自动驾驶车辆上路许可是目前需要首要解决的问题。自动驾驶技术仍未充分成熟,需要进一步试验应用改进得到普遍认可,目前,《国际道路交通公约》(日内瓦公约)尚未认可非自然人驾驶员驾驶的汽车驾驶上路,车上乘坐驾驶员是汽车行驶的前提。自动驾驶只是在个别国家的部分区域允许上路行驶。如美国已有内华达州、加利福利亚州、密歇根州、佛罗里达洲已经通过立法允许自动驾驶车辆上路,但也对车辆行为进行了一些限制。日本企业则在社会召集体验者在人口稀疏地区和郊外实施大规模验证实验。另外,不少国家或地区并未对驾驶员是自然人做明确界定。美国、日本、欧洲企业在不断探索技术进步的同时,也在寻求立法的突破。 本文来自织梦

自动驾驶导致的交通事故责任归属当前仍无定论。随着自动驾驶汽车的上路普及,事故责任界定是重要课题,世界范围内既有法律对该问题均没有明文规定。最近,特斯拉自动辅助驾驶导致的致死事故已经引起了公众对该问题的普遍关注。虽然根据美国公路安全局统计,致命交通事故主要是由驾驶员个人操作不当导致,但是,自动驾驶导致的致命事故有可能导致舆论环境变化,从而影响立法推广。美国汽车工程师学会(SAE)对自动驾驶有明确的分级[1],并已经被NHTSA确定为标准,从辅助驾驶到完全不需要人干预的自动驾驶有明确界定。按照自动驾驶级别来确定自动驾驶的事故责任是发展趋势。

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我国对于自动驾驶汽车并没有明确的法律规定。《道路交通安全法》并没有对驾驶员是否为自然人做明确要求我国的《道路交通安全法》并没有对自动驾驶车辆及驾驶人、车企进行界定。一旦出现交通事故,责任难以界定。我国交通管理部门仍对自动驾驶车辆采取容忍和观望的态度。在我国,特斯拉等车辆的自动辅助驾驶车辆(Autopilot)已经行驶在道路上。长安自动驾驶汽车甚至已经完成从重庆到北京的全程自动驾驶过程。国防科技大学自动驾驶车辆已经完成从武汉到长沙的自动驾驶试验。这些自动驾驶级别各有不同,对事故责任归属和试验审批仍无明确的规定。 内容来自dedecms

2.3 政策环境

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2016年9月,在日本长野七国集团(G7)交通部长会议通过了联合宣言:为实现汽车自动驾驶技术尽快商用,将协作制定自动驾驶国际标准。同月,美国交通部国家公路交通安全局发布了《联邦自动驾驶车辆政策》[2],这是全球首份国家政府自动驾驶汽车政策,提出了对自动驾驶的监管方式。美国现任总统奥巴马也在《匹兹堡邮报》发表署名文章,提出发展自动驾驶,促进道路交通安全。2015年,美国提出了《ITS战略计划(2015-2019)》[3],将车联网和自动驾驶列为未来5年重点发展领域,并计划10年内投资40亿美元支持相关领域研究。美国加利福利亚洲、密歇根州等州政府、市政府都在大力推动自动驾驶的发展。2015年,日本内阁府牵头发布《世界最先进IT国家创造宣言》[4],并推动制定了自动驾驶研究计划。

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2015年,我国政府也提出了“中国制造2025”及“互联网+”发展战略,大力推动汽车信息化和智能化发展,发挥汽车产业链长,技术含量高,影响力大的特点,打造国际龙头型产业。在2016年7月国家发展改革委和交通运输部联合发布《推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案》[5]中,车联网和自动驾驶技术被列为积极研发和应用的智能交通先进技术,明确表示要推进自主感知全自动驾驶汽车研发,推动汽车驾驶自动化,鼓励我国互联网和车企大力投入自动驾驶领域,积极参与国际竞争。自动驾驶也被列入了“十三五”时期综合交通运输体系范畴。

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地方政府和企业也在积极合作为自动驾驶研发应用创造条件。2016年百度与安徽省芜湖市签订协议,在芜湖共同建设“全无人驾驶汽车运营区域”。2015年6月,我国工业和信息化部已经批准上海国际汽车城承担了国内第一个智能网联汽车试点示范区,其将为车联网与自动驾驶技术研究与测试评估提供环境支撑和资源保障。

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3 自动驾驶应用前景展望 内容来自dedecms

3.1 道路交通运输形态演进

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随着自动驾驶汽车的逐渐普及,我国的道路交通基础设施和交通运输管理服务将会面临深刻变革。

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在基础设施方面,道路车辆路权将发生显着变化。预计为自动驾驶汽车路权将会向着“独立路权一共享路权一独占路权”的方向发展。一旦自动驾驶汽车突破技术瓶颈,港口、景区、货场等等封闭路网地区车辆将会首先被自动驾驶汽车替代,无人化港区、货场等将会成为现实,景区的摆渡车辆将无需人操作。配置有道路电子信标、路侧传感装置的自动驾驶车道将会全面部署。进一步向前演进,城市道路公共交通有望实现自动驾驶。城市出租汽车有望实现按需供给,无人驾驶。自动驾驶的城市公共汽车、出租汽车和自然人驾驶的私家车在道路上混合行驶。最终,大部分道路将由自动驾驶车辆独占路权,非自动驾驶车辆在大部分道路不允许上路行驶。 本文来自织梦

在客货运服务和运行管理方面,客货运输组织形态将发生显着变化。道路交通系统组织性弱、接入性强的特征将发生显着改变。预计自动驾驶在客货运输服务应用路线为“封闭路网客货运→开放路网货运→开放路网公共客运→开放路网私家车客运”。固定路线封闭路网运输的普通车辆可能最先被自动驾驶车辆取代;私家车将大部分被自动驾驶车辆所替代。道路交通组织性将面临显着改变,由于汽车驾驶员自身行为导致的交通事故和违法违章将明显减少,交通运输效率显着提升。道路交通路网的接入可能会被严格限制。道路客货分离行驶有可能真正实现。道路交通管理部门对车辆运行监管将更为精细。 copyright dedecms

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3.2 自动驾驶汽车产业发展

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随着自动驾驶技术的不断成熟,汽车产业有望面临重大调整,信息通信行业和汽车行业融合发展的态势进一步显现。 内容来自dedecms

自动驾驶汽车将成为体现国家工业实力的重要产品。自动驾驶是技术密集型产业,是道路交通领域和工业制造领域的创新装备,是国民经济的潜在新增长点。其涉及到计算处理器、传感器、通信设备、地图导航、人工智能等诸多高技术产业领域,研发投入大、技术门槛高、应用范围广,将会成为体现国家工业竞争力的重要产品。

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互联网与传统汽车产业融合发展态势明显。互联网企业和传统车企在独自进行研发方面均存在先天不足,车辆制造和信息通信则是双方各自短板,合作研发联合推进应用则是必然趋势。深度合作才有可能实现自动驾驶的实用化和产业。互联网企业和传统车企的发展理念存在非常大的差别,如何协同共进,互惠互利是该领域企业都需要考虑的问题。

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自动驾驶仍存在较大的社会风险。自动驾驶非常小的技术缺陷都会导致人的生命受到危险,偶尔的交通事故都会导致社会思潮的大倒退,所以大部分研发企业采取了“技术跟踪+技术改良”的战略,对谷歌、特斯拉等企业进行跟跑。在推出自动驾驶汽车产品应用的方面非常慎重。

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高风险孕育高市场潜力。自动驾驶研发的高风险也为该领域设置了高门槛,只有业界顶尖企业才会尝试涉足。但自动驾驶汽车的产业前景非常广阔,大量风险投资正在涌入该行业,普通客货运汽车都存在被自动驾驶替代的可能。另外,自动驾驶汽车有可能导致客货运商业模式的变革,人的出行和物流都将面临革命性的变化。 copyright dedecms

4 结语 本文来自织梦

可以预计,未来5~10年,自动驾驶汽车将面临飞速发展,技术进步和政策法律改变都会助力自动驾驶的发展。自动驾驶将使交通运输、汽车制造、物流等产业面临革命性的改变。同时,自动驾驶是一个高风险与高收益并存的行业,我国应适时调整相关政策和法律,为自动驾驶发展创造良好环境,鼓励国内企业积极参与国际产业竞争,力争占领自动驾驶产业革命的制高点。 copyright dedecms

【参考文献】

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[1]SAE International;Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems(J3016);2014年1月.

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[2]National Highway Traffic Safety Administration of U.S. Department of Transportation;Federal Automated Vehicles Policy;2016年9月. 织梦内容管理系统

[3]Intelligent Transportation System(ITS)Joint Program Office(JPO)of U.S.Department of Transportation;ITS STRATEGIC PLAN 2015-2019;2014年12月. 织梦内容管理系统

[4]日本内阁府.世界最先进IT国家创造宣言[M].2015-06-30. dedecms.com

[5]国家发展和改革委员会,交通运输部.推进“互联网+”便捷交通促进智能交通发展的实施方案[Z].2016-07. (nc-10201611)

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