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近年來,汽車企業和互聯網企業紛紛啟動智能網聯汽車的研發,智能化、網聯化將成為汽車產業技術發展的趨勢。隨著傳感器、導航、云計算等技術的飛速發展以及智能通信和道路設施的不斷完善,作為智能網聯汽車終極發展階段的無人駕駛汽車,在不遠的將來一定會走進現實生活,改變現有的交通模式。在此背景下,我國需要加快制定智能網聯汽車發展戰略,加強相關技術的研發,從而促進我國汽車產業實現彎道超車、由大變強。
更安全、油耗更低、污染物排放更少一直是汽車制造商及消費者追求的目標。隨著網絡及控制技術發展,消費者對汽車智能化的要求也越來越高。研究表明,無人駕駛汽車具有多方面的優勢:無人駕駛技術能使交通事故率降低90%,車聯網技術可使道路通行率提高10%(數據來自畢馬威2014年《無人駕駛:下一代革命》報告)。無人駕駛技術能有效節約燃油與降低排放,汽車的燃油經濟性可提高20%-30%,高速公路編隊行駛更可降低10%-15%的油耗(數據來自日本政府發布的《實現自動駕駛系統》報告);另外,無人駕駛汽車還可以帶來顯著的社會與經濟效益,拉動機械、電子、通信、互聯網等相關產業的快速發展;無人駕駛汽車具有重大的國防意義,如無人駕駛戰斗車輛等;同時也能夠影響個人生活方式,如減輕駕駛負擔,實現車輛共享,提供便捷出行方式等。
與傳統汽車相比,無人駕駛汽車需要具有更先進的環境感知系統、中央決策系統以及底層控制系統。無人駕駛涉及到的關鍵技術包括傳感技術,即利用攝像頭、雷達等檢測車輛周圍環境;通信技術,即利用專用短程通信(DSRC)、4G或5G等實現車車、車路之間的通信;控制技術,即通過對復雜環境的感知及通信實現路徑規劃和軌跡跟蹤等。
基于傳感器的“車載式”解決方案路線。這類技術方案基于先進傳感技術與傳統汽車制造業的深度融合,主要是使用先進的傳感器,諸如立體攝像機和雷達,結合驅動器、控制單元,以及軟件的組合,形成高級駕駛輔助系統(ADAS),使得汽車能夠監測和應對周圍的環境。該路線以奔馳、寶馬、沃爾沃、福特等一流整車企業為代表,技術發展較為成熟。這種基于傳感器的系統能夠給駕駛員提供不同程度的輔助功能,但目前還無法提供完整的、具有成本競爭力的無人駕駛體驗。主要原因是要創建車輛環境的360度視圖,必須配置更多的傳感器組合,成本較高。在谷歌汽車上使用的激光雷達系統(LIDAR)能提供360度成像,但其價格高達7萬美元,暫時無產業化可能。
基于車輛互聯的“網聯式”解決方案路線。這一技術路線表現為互聯網思維對傳統汽車駕駛模式的變革,推動者主要是以谷歌、蘋果為代表的互聯網企業。這類企業重點開發車載信息系統,并與汽車廠商合作開發推廣導航、語音識別、娛樂、安全等方面的應用程序和應用技術。該方案使用無線技術來實現車輛與車輛之間(V2V)、車輛與基礎設施之間(V2I)的實時通信。這種方案利用短程通信(DSRC)實現V2V通信,能充分發揮DSRC快速部署、低延遲、高可靠等特點,對于主動安全應用尤其重要。但該方案對基礎設施的要求較高。另一種方案是使用蜂窩通信技術以及現有的基礎設施以獲得更長的通信范圍,使得DSRC的范圍更短。然而同樣存在響應延遲、帶寬不足等問題,制約了在主動安全領域的應用。
采礦業及交通運輸業成為無人駕駛汽車的先期應用領域。巨型自動駕駛卡車已經在澳大利亞西部的皮爾巴拉(Pilbara)地區展開礦物挖掘工作。每一輛卡車配備有200個傳感器,可通過網絡操控。在傳感器、GPS及雷達制導技術的幫助下,巨型自動駕駛卡車可以實現自我導航與定位,并可由1800公里外、位于珀斯(Perth)的控制器進行監督。目前該車隊擁有50輛自動駕駛卡車,到2015年底將達到150輛。由于自動駕駛卡車在降低成本、提高采礦安全性等方面具有優勢,皮爾巴拉地區的其他鐵礦石生產商也都準備配備。法國雷諾在其巴黎附近的前沿研發中心,用一輛電動汽車展示了其自動泊車技術,實現在乘客候車區、停車場、無線充電站之間的往返行駛。
無人駕駛汽車技術的飛速發展,是與互聯網企業與汽車企業的跨界融合分不開的。
一方面,互聯網巨頭跨界汽車行業成為新常態。汽車作為新型智能終端,正成為各大IT企業爭奪消費者的入口。互聯網企業一旦掌握消費和車聯網的入口,就會積極創造新的商業模式,搶占市場份額,獲取增值利益。從蘋果發布SiriEyesFree功能、推出CarPlay,到谷歌宣布成立OAA聯盟、發布AndroidAuto,都說明全球互聯網龍頭企業均在加速布局汽車行業。
汽車制造企業也在加快與互聯網企業的融合。汽車整車廠商、專用設備供應商、應用軟件開發商、電信基礎運營商等跨界合作、融合發展,共同推進著智能網聯汽車應用的創新,公共車載信息服務平臺化、無線通信技術標準化、智能車載終端通用化趨勢逐步確立,進一步打開了智能網聯汽車應用開發的廣闊空間。
車載式和網聯式加速融合,向全工況無人駕駛邁進
目前的技術體系主要分為“車載式”和“網聯式”兩種。但車載式方案受限于不能充分模擬人體感覺、大規模應用成本較高,并且缺少城市環境的全方位掃描;網聯式方案則受限于無法實現人車通信、需要較大的基礎設施投資,因此兩種方案均不能完全滿足未來全工況無人駕駛的需要。
未來,車載式和網聯式將走向技術融合,通過優勢互補,提供安全性更好、自動化程度更高、使用成本更低的解決方案。實現這種技術融合需要更先進的定位技術、更高分辨率的地圖、可靠而直觀的人機交互界面以及相關標準、法規。
無人駕駛汽車涉及汽車、電子、通信、互聯網等眾多行業。隨著物聯網、云計算、大數據、移動互聯網等新一代信息技術與傳統汽車融合步伐的加快,互聯網企業日益成為智能網聯汽車發展的重要參與者甚至主導者。
一方面,傳統汽車制造企業紛紛開始借助新技術、新模式對汽車進行顛覆性改造與革新。寶馬、豐田、沃爾沃、奧迪、奔馳、日產、福特等傳統汽車巨頭均積極參與并展開智能網聯汽車領域研究。汽車制造商在技術裝置方面主要采用雷達(厘米波、毫米波、超聲波)、相機(立體、彩色、紅外)、傳感器(雷達、激光、超聲波)、攝像機等進行環境感知和識別,通過基于車聯網的協同式輔助駕駛技術進行智能信息交互,結合GPS導航實現路徑規劃,注重機電一體化系統動力學及控制技術的研發。品牌車廠也通過自主研發或與IT企業合作推出車載信息服務系統,如寶馬的iDrive、雪佛蘭的MyLink、別克的Intellilink、凱迪拉克的CUE、福特的SYNC、豐田的G-book。
另一方面,信息技術和互聯網企業在高度智能化數據分析和判斷能力方面具有較大優勢,并將目光聚焦在智能車載系統關鍵核心技術研發及整體解決方案上。蘋果、谷歌、微軟、思科和IBM等企業已踏入智能網聯汽車核心領域。其中,谷歌發起成立“開放汽車聯盟”(OAA),成員包括通用、福特、奧迪、現代等汽車公司和芯片制造商英偉達,旨在將定制安卓系統、應用服務和汽車內部硬件系統整合。微軟的WindowsEmbeddedAutomotive7也已經與福特、菲亞特、日產和起亞等數家汽車廠商達成了合作關系。
隨 著傳感、通信、決策控制等相關技術的發展和企業持續的研發投入,更高級別的駕駛員輔助系統如車道保持、全自動泊車、車輛跟隨等將逐步提高技術成熟度、降低 成本,實現大規模產業化。歐洲第一梯隊的汽車供應商預計,部分自動化系統,如在高速公路上30公里/小時速度下的智能啟動與停車功能,會在2016年實現 應用;高度自動化駕駛系統的應用將會在2020年實現,無人駕駛系統將會在2025年實現。德國VDA計劃在短期內實現2級水平自動化駕駛系統的安裝及應 用,遠期計劃達到3級水平。
國外一些綜合項目 研究計劃的實施使駕駛員輔助系統在近年來獲得了很大進展。自適應巡航控制系統(ACC)、車道偏離警示系統(LDW)等先進駕駛輔助系統(ADAS)已經 隨處可見。在ACC中,車輛的速度及與前方車輛的距離可以由駕駛員設定。LDW在汽車移動到靠近車道邊緣的時候會向駕駛員發出預警。車道保持輔助系統 (LKA)會實時操控車輛使其時刻保持在車道內行駛。其中,裝備了部分自動化的駕駛技術結合了ACC、LKA與環境感知系統的,不再需要駕駛員之間的互 動,目前已經有一些汽車制造商在初級自動駕駛車輛中提供了這些功能。
制定產業發展戰略。無人駕駛作為一項產業顛覆性技術,具有重要意義和潛在經濟價值,應該將其作為我國汽車產業趕超發達國家的重要途徑之一。美、日、歐等國家或地區都已制定相關的發展路線或行動計劃,而我國尚未出臺此類戰略規劃。因此,應在掌握智能網聯汽車的概念、分類、層級的基礎上,加緊研究和制定符合中國特色的發展戰略和技術路線圖。同時,制定基礎設施及智能網絡配套建設規劃,使二者相輔相成,實現協同發展。
加大核心技術研發。相比歐美發達國家,我國汽車企業對無人駕駛技術的積累不足,特別是在雷達、傳感器、控制器等領域的技術差距較大。因此,應加強智能網聯汽車核心技術的研發,吸納全球專業性高端人才,建立和完善重點實驗室、研究中心等國家級研發基地。設立科研基金等綜合的財稅政策推動企業、科研機構、高校對無人駕駛領域的重大工程和重點專項進行聯合攻關,著力突破核心技術和關鍵配套部件。
加快技術標準建設。一方面,市場上的車載系統、通信模式由于標準不統一,阻礙了產品的應用和推廣。因此,應按照“統籌規劃、適度超前”的原則,建立相關技術標準,使互聯網企業、整車企業以及交通管理部門在車載系統、通訊協議等方面的技術標準相互適應。另一方面,由于無人駕駛汽車已超越傳統意義上的汽車,將成為未來車聯網中的大型智能終端,一旦汽車操作系統被攻擊,將帶來巨大的安全隱患。因此,要在充分調研、謹慎論證的基礎上,制定無人駕駛汽車運行使用的相關法律法規。
推進應用示范工程。無人駕駛汽車不同于傳統汽車,其開發測試過程需要道路環境、通信環境以及其他智能網聯車輛的配合。從美日歐等先進國家或地區經驗來看,開展測試驗證與示范運行,是推動技術進步與產業發展的有效和必要途徑。因此,我國政府也應加緊實施智能網聯汽車的應用示范工程,建設面向智能網聯汽車的測試、驗證的環境條件,及相應的數據收集、數據分析、管理監控平臺。在推動技術研發的同時,協助企業加強用戶認識和體驗。
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