從自動駕駛技術的開發曆史看（kàn），應該（gāi）追溯到1975年，當時是（shì）利用計算機的視覺技術進行了自動駕駛研究開（kāi）發。中途曾一度中斷過，但現在又開始火熱研究起來。圖1表示目前自動駕駛技術的開發曆史。從法（fǎ）律和技術層麵看，到實際商品化還有許多路要走。人們期待自動駕駛能解（jiě）決交通事故和環境（jìng）汙染問題，目前（qián）正通過產學研進行合作研（yán）究。
歐洲對自動駕駛車的開發非常重視，被（bèi）列為了國家（jiā）重點項目在推進，目前已取得了一些（xiē）成果。美國以穀歌為代表在研究自動駕駛技術，在道路上做自動駕駛實驗，在內華達州還可申辦新的自動駕（jià）駛執照。
日本在2008年到2012年之間為了實現安（ān）全、環保的物流運輸係統，開發了重型卡車自動列隊行駛技術。2014年以政府為（wéi）中心（xīn）推進自動駕駛車的（de）實（shí）際運用（SIP- adus），本文將介紹近年來自動駕駛（shǐ）的技術開發和實際運用動向（xiàng）。
自動駕駛的開發動向與技術
自動（dòng）駕駛所期待的技術
汽車的自動化技術就是，當駕駛員在（zài）駕駛過程中出現思想不集中、打盹（dǔn）現象（xiàng），可能導致交通事故時，控製係統可以（yǐ）介入駕駛員的（de）操作，輔助駕駛員安（ān）全駕駛，該輔（fǔ）助駕駛係統本身已經商品化了（le）。自動駕駛是（shì）對該係統的進一步發展，它與駕駛輔助係統的不同點是，以（yǐ）行駛環境（jìng）感知和危險判斷為中心的係統。圖2表示輔助駕（jià）駛與自（zì）動駕駛的差別。麵對駕駛輔助係統和自動駕駛，國際上對汽車的自動化級別進行了重（chóng）新定義，自動化級別定義如表1所示，表示美國SAE（自動駕駛標準委員（yuán）會（huì））製定的汽車自動化級別（bié）定義。
在自動化級（jí）別中，從法律和技術層麵看，自動化級別（bié）2與自（zì）動化（huà）級別3以上有很大差別，而且是非常根本的差別。具體地講，自動化級別2對行駛環境認知的最終（zhōng）責任者是駕駛（shǐ）員；自動（dòng）化級別3以上，對行駛環境認知的最終責（zé）任者（zhě）是控製係統。
為（wéi）了實現自動化級（jí）別3以上的自動駕駛，需要對現在已經實際運用的安全（quán）輔助（zhù）駕（jià）駛係（xì）統中的（de）傳感器技術、信息處理技術性能、智能化和可靠性做進一步提（tí）升（shēng），日、美、歐正在進行自動化3級（jí）以（yǐ）上的自動駕駛技術開發。
表2列出了作者認為自動駕駛（shǐ）所需要的新技術。前方障（zhàng）礙物傳感技術是目前駕駛輔助（zhù）係統和自動駕駛所追求的（de）目標性能，見表3。
駕（jià）駛輔助所使用的前方障礙物傳感技術就是采用現在77Hz毫米波雷達和激光測距儀、單眼攝像機、立體攝像機，而在自動駕駛係統中（zhōng），為了使傳感器替代駕（jià）駛員的眼（yǎn）睛，則更加追求能適應各種自然環境（jìng）變化的可靠性（xìng），不僅需要能單純檢測物體距離與方位，而（ér）且還需識別物體形狀和檢測移動速度。在自動（dòng）駕駛係統中，前方距離傳感器不僅是高精度的距離檢測（cè）儀，還是（shì）3D激光距離（lí）傳感器，對水平方向和垂直方向（xiàng）具有較高的分辨率。以下將介紹自動駕駛技術的開（kāi）發現狀。
自動駕駛係統的開（kāi）發（fā）情況
在開發自動駕駛時，根據技（jì）術開發的難易程度和對自動化的需求程度（dù）不同（tóng），一般情況是先行開發自動列（liè）隊駕駛係統。以下將介紹代表性（xìng）的自動列（liè）隊駕駛係統。
能源（yuán）ITS中的自動列隊行駛
眾所周（zhōu）知，極其相鄰車距（jù）之間的行駛可以降低空（kōng）氣阻力和提（tí）高燃油經濟性，但是通過駕駛員的手（shǒu）工操作，要想保持相鄰車距的（de）行駛，受到人的駕駛能力和安全性的限製，是極為困難的事情（qíng）。為了讓重型卡車節能15%，實現4m車距的自動（dòng）列隊行駛技術開發正在日本進行中。
自動駕（jià）駛的開發動向與技術
為了（le）實現4m車距的列隊行駛（shǐ），不僅需要非常精準的車距（jù）控製，還需（xū）要沿著車道行駛的（de）車道維持控製，同時（shí）還要防止與周圍一般車輛碰撞的碰撞防止控（kòng）製，要求具備非常精準的行駛控（kòng）製。由於（yú）控（kòng）製係統出現（xiàn）故障（zhàng）時，不能依賴（lài）駕駛員來輔助操作，所以要求控製係統具備很高的可（kě）靠性（xìng）和安（ān）全性。圖3表示自動列隊行駛的（de）概念圖。
（1）車道維持控製係（xì）統
車道（dào）維持控製係統就是自動（dòng）地控製輪胎（tāi）的轉向角，使行駛白線區與前輪的間隔時（shí）常保持一定（dìng）。圖4表示車道路（lù）維持（chí）控製係統。
為了正確地檢測出白線區與（yǔ）前輪胎之間的間（jiān）隔，同時避免受太陽光和雨水的（de）影響，小型攝像機幾乎垂直安裝（zhuāng）在汽車側麵。通過該（gāi）攝像機隨時識別白線（xiàn）區，白線（xiàn）區與前輪胎之間的橫向距離偏差可精確到（dào）1~2m，采用橫（héng）向偏（piān）差（chà），並依據車輛（liàng）運（yùn）動模式（shì），通過非線型控製計算（suàn），計算出最佳的前輪角度（dù）。在轉向柱處安裝轉向電機（jī），從而控（kòng）製前輪轉向（xiàng）。沿曲線部位行（háng）駛時，如果隻看正下方的白線時，就無法行駛。同樣，如果隻依賴於反饋控製的話，由於控製係統存在著滯後要素（sù），行駛（shǐ）速度越高，控（kòng）製（zhì）性就越差，最終將偏離白線。為（wéi）了（le）解決該問題，必須按照道路的曲率進行目（mù）標轉向的前饋控製。
自動駕（jià）駛的開發動向與技術
（2）車距控製係統（CACC）
通過雷達控製前方行駛（shǐ）的車輛與本車之間（jiān）的距離，通過速度來保持安全距離（ACC）。前方車輛緊急製動時，其安全性（xìng）完全依賴駕駛員（yuán）。僅對（duì）車距進行控製時，前方車輛減速開始到車距發生變化為止，會產生最（zuì）大滯後時間，與此（cǐ）同時，本車減速開（kāi）始，也會產生滯後時間，所（suǒ）以，為（wéi）了防（fáng）止（zhǐ）碰撞，需要保持較長車距。
為了解決該問題，列隊行駛時，前方車輛的速度和加速度信（xìn）息借助通信方（fāng）式傳遞給後續車輛，根據前（qián）方車輛信息和車距進行控製（CACC）。圖5表示CACC係統（tǒng）構成（chéng）圖（tú）。
自動駕（jià）駛的開發動向與技（jì）術
頭車速度和加速度信息每隔20msec（0.02秒）發送給後續車輛，為（wéi）了保持車距一定，後（hòu）續車輛的速度時常與頭車速度相同，由速度控製誤差（chà）而產生（shēng）的車距誤（wù）差，通過車距傳感器信息進行修正。
圖6表示（shì）4輛卡車自動列隊行駛。雖然（rán）是空載，但是與汽車單獨行駛相比，大約可（kě）節能15%。圖7表示速度80km/h，車距4m的4輛卡車列隊行駛驗（yàn）證實驗場（chǎng）景。
SARTRE（道路安全（quán）列隊行駛車）的開（kāi）發
SARTRE以卡車和乘用車混合列隊行駛為特點，手動駕駛的頭車重型卡車與數輛自（zì）動駕駛的卡車、乘用車形成自動混流列（liè）隊行駛（shǐ），列隊中的（de）車距控製在6m左右，跟蹤車輛可以節能（néng），防止其它車（chē）輛加（jiā）塞兒。該自動列隊行駛係（xì）統的特點是，不是跟蹤（zōng）白線，而是（shì）通過立體攝像機與激（jī）光雷達識別前車與本車的橫（héng）向偏移，自動地控製轉向。圖（tú）8表示所使用的攝（shè）像機與激光雷達係統。在SARTRE中，手動駕駛（shǐ）的頭車重（chóng）型卡車與後續自動駕駛的3輛車形成了列隊行駛，該實驗在（zài）高速公路上得到了驗證。
自動駕駛的開發動向與技術
自動（dòng）駕駛技術要素
自動駕（jià）駛表2所示的新技術，近年（nián）來都在（zài）全力地開（kāi）發這些技術。以下（xià）將介紹主要技術要素的開發狀況：
行駛控製ECU的失效保險技術
對於自動駕駛3級以（yǐ）上的係統（tǒng），如果控製係統出現故障，由（yóu）於不能期待得到駕駛員即時的輔助駕駛，所以必須構建可靠性很高的係統。現在對於（yú）自動駕駛車輛，國際上沒有專門的安全（quán）、可靠（kào）性方麵的標準，但是在電子電器儀器方（fāng）麵的國際標準（zhǔn）IEC61508中（zhōng），針對自動控製儀器，規定了（le）故（gù）障率為（wéi）10-8/Hr（每小時1億分（fèn）之1的比例）以下的SIL4安（ān）全水平，這是對自動駕駛係統的要求。
考慮到自動駕（jià）駛SIL4級（jí）的安全性（xìng），不僅儀器需要很高的可靠性，還需要控製裝置具備冗餘（yú）性和失效保險（xiǎn）。
針對冗餘性，當係統產生異常時（shí），確（què）保足夠的時間讓駕（jià）駛員（yuán）瞬間理解駕（jià）駛環（huán）境，可以進行駕駛操（cāo）作。再加上失效保險，可以防止控製裝置故障時的異常動作。但是失效保險既要考慮自動駕駛車（chē）的安全性，又要具備（bèi）很高（gāo）的可靠性，在這方麵還存在（zài）很多課題。尤其（qí）是車輛控製單元（以下稱為車輛ECU）中所使用的微機處理器出現故障時或者失控亂跑時的失效保險極為重要。例如：根據鐵路信號保安裝置ATC（列車自動控製）的設計理念，來設計失效保險的車輛（liàng）控（kòng）製ECU，在能源ITS的自動（dòng）列（liè）隊行駛項目中已經（jīng）進行了開發。圖9表示車（chē）輛控製ECU失效保險的構成與試製部件。
自動駕駛的開發動向與技術
CPU主板（bǎn）中由主、副雙係統（tǒng）CPU、存儲器、比較器、繼電器回路（lù）構成。主副CPU的運算結果通過比較器進行比較，當運算結果不一致時，主（zhǔ）CPU的輸出與外（wài）部控製器的連線通過繼電器回路自動斷開。當CPU出現故障或異常等誤操作時，可防（fáng）止異常值送入外部控（kòng）製器中。
自動駕駛的開發動向與技術
局部動態地圖技術
提高識別車輛周圍物體的性能是自動駕駛中最大的課題。在一般道路非常複雜的情形進行自動駕駛時，需要（yào）識別交通信號、道路標識、電線杆、導軌（guǐ）等（děng）結（jié）構物體、道路、汽車、行人（rén）、自（zì）行車，同時還需識別道路上的物體向哪個方向移動。
由於目前的圖像傳感器、毫米波雷達、激光雷達等（děng）傳感（gǎn）器很難單獨（dú）地識別複雜的環境，需要許多（duō）傳（chuán）感器的融合來（lái）提高識別性能，完全（quán）區分非常困難。因此，需要距離傳感器（qì）和地圖的融合來解決此類問題，這就（jiù）是局（jú）部動態地圖（tú）的作用。局部動態地圖（tú）技（jì）術概念如圖（tú）10所示。
根（gēn）據（jù）GPS的位置信息計（jì）算道路周（zhōu）圍（wéi）詳細地圖信息，包括電線杆（gǎn）、信號機等道路構成方麵（miàn）的信息等，同時根據車載3維距離傳感器檢測出汽車到物體之（zhī）間的3維距離。
自（zì）動駕駛的開發動向與技術
把該傳感器的3維距離數據與道路地圖進行即時合成，距離傳感器檢測出（chū）的物體可以正確地區分是道路構成物體不是道路上的物體（tǐ）。上麵所講的局部動態地圖也需要2維距離數據。目前的激光距離傳感器多數采（cǎi）用多麵體反射旋轉鏡，可以水平和垂直（zhí）方向掃描，由於垂直方向掃描的分辨率比較低，所以自動駕駛所采用的激光距離傳感器需要新型垂直分辨率高的（de）激光距離傳感器。
自動駕駛係統構架
自動駕駛的（de）開發動向與技術
由於安全駕駛輔助係統承（chéng）擔著一部分駕駛員安全（quán）駕駛的風險，所以（yǐ）每個控製係統的規模都比較小，而自動駕駛係統必須完全（quán）承擔和替代駕駛員的所有風險。局部動態地（dì）圖（tú）、目標行駛軌跡生成、對環境的理解、危險判斷等人（rén）工（gōng）智能功能的安全輔助係（xì）統並不追求很精密的信息處理（lǐ）功能。在控製方麵也是縱橫（héng）交錯（cuò），係統非常複雜。依據所有信息考慮使用1個軟件進行處理和集中控製的方式來構建自動駕駛係統時，存在著（zhe）係統變更自由度差、係統安全可靠性驗證困難（nán）、容易發生（shēng）故障等問題。所（suǒ）以（yǐ）在構建自動駕駛係（xì）統時，一般喜（xǐ）歡分散控製方式。如果自動駕駛由識別功能、判斷功能、操作功能構（gòu）成的話，設計自動駕駛係統構架時也要考慮以上因素比較（jiào）合理。基於（yú）這些考（kǎo）慮而設計的自動駕駛係統構架實例如圖（tú）11。
自動駕（jià）駛的開發動向與技（jì）術
自動駕駛係統由4個模塊、傳感部分、外部通信部分構成。地圖模塊（kuài）由道（dào）路（lù）地圖和局部動態地圖構成。根據GPS和障礙物信息，輸出（chū）目前（qián）道（dào）路線形信息（xī）、車輛周圍障（zhàng）礙物（wù）信息（xī）、道路空間信息、目標行駛軌跡等。人工（gōng）智能模（mó）塊依據局部動態地圖中的障礙物信息，對周圍的行駛環境進行理解和危險預測（cè）。輸出模塊對於（yú）縱向和橫向分別輸出各自的信息（xī）。在沒（méi）有上一級（jí）指示的情況下，可單獨地確保最（zuì）低限度的安全性，根據上一級指示可以進行（háng）修正，確保可靠性和（hé）安全性（xìng）。
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