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自動駕駛是指通過人工智能、傳感器和其他技術(shù)實現(xiàn)車輛在沒有人為干預(yù)的情況下自主行駛的能力。自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達(dá)、監(jiān)控裝置和全球定位系統(tǒng)協(xié)同合作，讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下，自動安全地操作機(jī)動車輛。

2023年，武漢示范區(qū)擁有常態(tài)化運行自動駕駛車輛（含自動駕駛出租車和無人巴士）近500輛，全年自動駕駛出行服務(wù)訂單73.2萬單，服務(wù)90萬人次1。

截至2024年8月27日，公安機(jī)關(guān)已累計發(fā)放自動駕駛汽車測試號牌1.6萬張，開放公共測試道路3.2萬公里，有力支撐自動駕駛技術(shù)驗證和迭代更新2。

簡介

自動駕駛是指通過先進(jìn)技術(shù)，使車輛能夠在沒有人類干預(yù)的情況下自主完成駕駛?cè)蝿?wù)。該技術(shù)依賴于多種傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭和雷達(dá)，以實時感知周圍環(huán)境，并通過復(fù)雜的算法進(jìn)行決策。自動駕駛系統(tǒng)通常分為多個級別，從完全手動駕駛到完全自動駕駛，最高級別的自動駕駛車輛能夠在任何情況下自主行駛3。

國際自動機(jī)工程學(xué)會關(guān)于自動化層級的定義已經(jīng)成為自動化/自動駕駛車輛的全球行業(yè)參照標(biāo)準(zhǔn)，用以評定自動駕駛技術(shù)級別。2021年8月，中國國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布《汽車駕駛自動化分級》，級別定義如下：

L0：系統(tǒng)會提供警告，或者是短暫的控制。駕駛員是車輛持續(xù)性行為的唯一決策者，需要控制方向盤，油門，剎車等一切控制裝置。典型功能：車道偏離預(yù)警，自動緊急剎車，,BSD盲點預(yù)警等。

L1：系統(tǒng)會提供橫向（轉(zhuǎn)向）或者縱向（制動和加速）的車輛控制?？梢暂o助駕駛員進(jìn)行橫向或者縱向的駕駛輔助控制。如車道保持輔助自適應(yīng)巡航控制等。

L2：系統(tǒng)可以主動保持和前車距離的同時，糾正車輛在車道內(nèi)的橫向位置，保持在車道中間行駛。如：車道居中輔助(LCC)，自動輔助駕駛（AP）。L2系統(tǒng)只提供輔助功能，駕駛員需始終對車輛的行駛安全負(fù)責(zé)。

L3：在一定條件下，系統(tǒng)駕駛權(quán)與責(zé)任全部交給自動駕駛系統(tǒng)。不符合條件時，系統(tǒng)報出接管請求，由駕駛員接管車輛。該等級下事故責(zé)任可能歸于廠商，然而，當(dāng)系統(tǒng)提示駕駛員接管，但駕駛員未能及時反應(yīng)導(dǎo)致事故時，責(zé)任仍可能由駕駛員承擔(dān)。

L4：系統(tǒng)幾乎不需要駕駛員監(jiān)控路面和系統(tǒng)狀況。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不能滿足自動駕駛條件的工況時，若駕駛員無反應(yīng)，可以自動執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)接管，系統(tǒng)具備自動達(dá)到最小風(fēng)險狀態(tài)的能力。在該等級下，無人駕駛汽車的事故責(zé)任一般由廠商負(fù)責(zé)。

L5：系統(tǒng)在任何可行駛條件下都能完成所有駕駛?cè)蝿?wù)4。

當(dāng)前大部分廠商的汽車無人駕駛等級位于L1/L2。

發(fā)展歷史

起源及發(fā)展歷程

實現(xiàn)無人駕駛是人類一直以來的夢想，自上個世紀(jì)七十年代開始, 國外就已開始無人駕駛汽車技術(shù)的研究。美國最早提出的是ALV(自主地面車輛) 計劃, 同時各大高校也開始有關(guān)無人駕駛技術(shù)的研究。但技術(shù)較為復(fù)雜, 且受到應(yīng)用條件的限制, 成果極為有限5。在2000年之前,美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)研制的NavLab系列智能車和意大利的ARGO實驗車最具代表性,德國的VaMoRs-P系統(tǒng)也應(yīng)用了很多無人駕駛車輛技術(shù)。

中國無人駕駛汽車的研究始于20世紀(jì)80年代。1989年國防科技大學(xué)研制出中國首輛智能小車。1992年中國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車在國防科技大學(xué)誕生。2000年6月中國第四代無人駕駛汽車在國防科技大學(xué)研制試驗成功,最高時速76km/h6。

發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人工智能技術(shù)的興起，無人駕駛在21世紀(jì)迎來了長足的發(fā)展。2005年,美國斯坦福大學(xué)推出的多功能車,實現(xiàn)了在崎嶇道路上的長途穿行。2016年,福特Fusion迎來了無人駕駛汽車的載客“首秀”。在同一年，Google創(chuàng)建獨立的自動駕駛汽車公司W(wǎng)avmo,Google研發(fā)的自動駕駛汽車的實際測試?yán)锍桃堰_(dá)到200多萬英里。2016年10月,特斯拉在新車上都已安裝Autopilot2.0“完全自動駕駛功能”的硬件系統(tǒng) (軟件部分包括多項輔助功能),且成本并未增加多少。2017年3月,特斯拉宜布推出Autopilot 8.1系統(tǒng),大大提升了無人駕駛汽車的等級。據(jù)統(tǒng)計,特斯拉在Autopilot模式下已行駛超過2.22億英里7。 2021年12月，德國聯(lián)邦汽車運輸管理局（KBA）批準(zhǔn)了奔馳的L3級自動駕駛系統(tǒng)，意味著奔馳L3級自動駕駛車輛能夠上路，甚至能遠(yuǎn)銷海外市場。

2010年國防科技大學(xué)和一汽成功聯(lián)合研制出紅旗旗艦無人駕駛轎車,該車裝備了攝像機(jī)、雷達(dá),可以自己導(dǎo)航,不需要人做任何干預(yù)操作,在高速公路上行駛的最高穩(wěn)定速度為130km/h,最高峰值速度為170km/。2015年,百度實現(xiàn)了無人駕駛汽車的道路測試,同時宣布創(chuàng)建自動駕駛事業(yè)部,計劃盡快完成商用化。2022年11月7日舉行的第二屆智能交通上海論壇上，上海市交通委員會等部門宣布上海首批自動駕駛高速公路開放。2022年12月30日，百度“蘿卜快跑”首批獲準(zhǔn)在京開展全無人自動駕駛測試。 2023年10月，全國首條滿足車路協(xié)同式自動駕駛等級的全息感知智慧高速公路測試路段在蘇州投入使用。 2023年12月，寶馬集團(tuán)搭載L3級別自動駕駛功能的車輛在上海市正式獲得高快速路自動駕駛測試牌照。 7月4日，在2024世界人工智能大會上，上海正式發(fā)放了首批無人駕駛智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范應(yīng)用許可，也就是俗稱的“完全無人載人車牌照”。

基本原理

自動駕駛技術(shù)作為一個復(fù)雜的軟硬件結(jié)合技術(shù)，可分為環(huán)境感知、定位、路徑規(guī)劃三個部分。

環(huán)境感知

環(huán)境感知在自動駕駛技術(shù)中至關(guān)重要，主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測和分析車輛周圍的環(huán)境。該系統(tǒng)依賴多種傳感器，包括激光雷達(dá)（LiDAR）、攝像頭和雷達(dá)，來收集數(shù)據(jù)。這些傳感器各有優(yōu)勢，LiDAR能夠提供高精度的三維地圖，而攝像頭則在識別交通標(biāo)志和車道線方面表現(xiàn)出色。雷達(dá)則在惡劣天氣條件下仍能有效工作。

數(shù)據(jù)收集后，環(huán)境感知系統(tǒng)利用深度學(xué)習(xí)和計算機(jī)視覺算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以識別和分類不同的物體，如行人、車輛和障礙物。這一過程不僅需要快速準(zhǔn)確的判斷，還需實時更新，以確保駕駛決策的安全性與準(zhǔn)確性。最終，這些信息被整合到車輛的控制系統(tǒng)中，使其能夠做出相應(yīng)的導(dǎo)航和操控決策。

為了提高環(huán)境感知的可靠性，許多自動駕駛系統(tǒng)還采用了傳感器融合技術(shù)，將來自不同傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以獲得更全面的環(huán)境視圖。這種多模態(tài)感知能力對于應(yīng)對復(fù)雜的交通情況和動態(tài)環(huán)境尤為重要13。

定位

自動駕駛技術(shù)中的定位系統(tǒng)是確保車輛在道路上精確導(dǎo)航的關(guān)鍵組件。其主要任務(wù)是確定車輛在環(huán)境中的位置，以便與周圍環(huán)境進(jìn)行有效交互。定位系統(tǒng)通常結(jié)合多個技術(shù)，包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS、北斗等）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、地圖匹配等。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供車輛的基本位置，但在城市峽谷或隧道等信號弱的地方，其精度可能不足。因此，自動駕駛車輛常常使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，通過測量車輛的加速度和角速度來補(bǔ)償GPS的不足。這種方法可以在GPS信號丟失時維持較為準(zhǔn)確的位置估計。

地圖匹配技術(shù)則利用高精度的高清地圖，將車輛當(dāng)前感知到的環(huán)境與地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，進(jìn)一步提高定位精度。這種方法能幫助車輛識別其在道路上的具體位置，甚至包括車道信息。

路徑規(guī)劃

在自動駕駛技術(shù)中，路徑規(guī)劃與決策部分可以細(xì)分為路由尋徑、行為決策和動作規(guī)劃三部分。每一部分在車輛的自主駕駛過程中扮演著不同的角色，確保車輛能安全、高效地完成從起點到目的地的任務(wù)。

路由尋徑是全局層面的規(guī)劃，負(fù)責(zé)為自動駕駛車輛找到從起點到目的地的整體行駛路線。這一過程基于高清地圖、衛(wèi)星定位以及實時的交通信息等，選擇最優(yōu)的行駛路徑。其目標(biāo)是確定最佳的道路和路線，同時避免交通擁堵、施工區(qū)域等潛在問題。算法如A*算法、Dijkstra算法以及啟發(fā)式搜索算法常用于路由尋徑部分。

行為決策是車輛在具體場景下的戰(zhàn)術(shù)性決策，它決定車輛的行為，例如是否需要變道、減速、跟車、避障或超車。行為決策必須根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境信息（如其他車輛、行人、交通信號等）來選擇合適的策略。該部分相當(dāng)于高層次的行動規(guī)劃，指導(dǎo)車輛在不同的場景中采取哪些操作14。

動作規(guī)劃是將行為決策轉(zhuǎn)化為具體的物理操作，確保車輛能夠按照規(guī)劃好的路徑和行為策略進(jìn)行安全駕駛。它生成細(xì)致的軌跡和操作指令，例如控制加速、剎車、轉(zhuǎn)向的時機(jī)和幅度，保證車輛在實際駕駛過程中平穩(wěn)執(zhí)行任務(wù)。動作規(guī)劃需要考慮車輛的物理特性和動態(tài)限制，如加速度、轉(zhuǎn)彎半徑等，同時確保在復(fù)雜和動態(tài)的環(huán)境中能夠有效避障。

發(fā)展前景

自動駕駛的發(fā)展前景廣闊，涉及多個行業(yè)和領(lǐng)域，帶來了顛覆性變革。隨著人工智能、傳感器技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)和計算能力的進(jìn)步，L4級和L5級的全自動駕駛將成為現(xiàn)實。未來幾年，L2和L3級別的自動駕駛功能可能會逐步普及，而完全無需人類干預(yù)的L5級自動駕駛技術(shù)仍處于研發(fā)階段。未來無人駕駛將改變出行方式，自動駕駛出租車和共享無人駕駛汽車將成為主流。個人車輛擁有率可能會下降，出行將轉(zhuǎn)向按需服務(wù)。這不僅能減少交通負(fù)擔(dān)，還會減少城市空間占用。

自動駕駛汽車的市場規(guī)模也有巨大的提升前景。根據(jù)中國信息通信研究院的預(yù)測，到2030年，中國的自動駕駛市場規(guī)模將突破5000億元人民幣（約合700億美元）。世界級領(lǐng)先的全球管理咨詢公司麥肯錫的報告指出，全球無人駕駛市場預(yù)計將在2030年達(dá)到6萬億美元，這包括自動駕駛汽車、智能出行服務(wù)、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域。全球知名經(jīng)濟(jì)咨詢機(jī)構(gòu)IHS預(yù)測，到2040年，全球?qū)⒂谐^3300萬輛自動駕駛汽車上路。

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