无人驾驶汽车发展研究.pptx

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1、无人驾驶汽车发展研究汽车情报技术研究所xxx 2014年6月重庆演讲提纲当前技术进程3 二二全球发展状况4 三三 社会效益与影响四四 推广应用存在问题五五发展历史简介一一发展前景与思考六六发展历史简介一一1、发展历史据有资料显示，无人驾驶汽车最早出现在1939年纽约世界博览会上，通用赞助研制的一款由电动机驱动并由无线电控制的全自动汽车。20世纪80年代，德国国防大学研制成功奔驰机器人汽车，时速可达100公里；随后，欧洲委员会创设投资8亿欧元、围绕无人驾驶汽车的“普罗米修斯工程”(19871995)。美国国防部下属专门研究军事新技术机构DARPA投入专项基金研制出全自动陆用汽车(ALV)，时速达

2、30公里。1987年，美国休斯实验室（Hughes）发明第一款不依靠地图而是通过传感器自动导航的无人驾驶汽车。1994年，戴姆勒奔驰和德国国防大学研制出两款全自动化汽车VaMP和Vita-2，在巴黎三车道公路上以时速130公里顺利行驶1000多公里被认为真正意义的全自动化汽车。1995年，德国国防大学改装的S-Class奔驰全自动化汽车进行一次1600公里测试（慕尼黑出发，到哥本哈根后返回），在德国高速公路上时速高达175公里，自动化无人驾驶部分达95%。1995年，美国卡内基梅隆大学Navlab项目的无人驾驶汽车测试里程达5000公里，人工干预的比例降到了1.8%，不过制动装置都是人工控制。

3、2005年，美国国防部GrandChallenge挑战赛上，最终由斯坦福大学工程改装的大众途锐经过7个半小时第一个完成全程障碍赛。2010年，意大利帕尔玛大学研制的VIAC进行1.3万公里无人驾驶实验，成功到达上海世博会。成为无人驾驶汽车历史上第一次洲际的旅行。2012年5月，谷歌在内华达州获得了美国首个无人驾驶车辆许可证。2、一般系统构成及运行路径环境识别（推断自身的位置）目的地设定等行进计划根据高速公路和进出口等道路情况选择最佳行驶线路确定车道变更和行车间距等路径规划道路上的加减速等行为规划控制油门、刹车、转向等系统监测基于云端地图等数据LIDARGPS车载摄像机雷 达超声波传感器车载电脑

4、的主要处理流程电子指令操作传感器数据当前技术进程3 二二在无人驾驶汽车的开发方面美国是投入最大的国家，是全球的引领者。美国正在讨论中的无人驾驶汽车定义，由NHTSA制作出大体框架、SAE负责具体分解。表 无人驾驶汽车定义及划分自动化等级称呼（SAE）SAE定义主体NHTSASAE驾驶操作周边监控支援系统作用域00无自动化由人类驾驶者全时操作汽车。在行驶过程中可以得到警告和保护系统的辅助人类驾驶者人类驾驶者人类驾驶者无11驾驶支援通过驾驶环境信息对方向盘和加减速中的一项操作提供驾驶支援。其它的驾驶动作都由人类驾驶者操作。人类驾驶者部分22部分自动化通过驾驶环境信息对方向盘和加减速中的多项操作提供

5、驾驶支援。其它的驾驶动作都由人类驾驶者操作。系统33有条件自动化由无人驾驶系统可以完成所有的驾驶操作。根据系统请求，人类驾驶者应提供适当的应答和操作。系统44高度自动化由无人驾驶系统可以完成所有的驾驶操作。根据系统请求，人类驾驶者不一定需要对所有请求做出应答。在限定的道路和环境条件下驾驶。系统5完全自动化由无人驾驶系统完成全时驾驶操作。在所有的道路、环境条件下驾驶。全域按照SAE的划分，到目前为止宣传无人驾驶汽车的企业的水准基本处于等级2和等级3阶段。Google正在开发的目前处在等级3阶段，通用预计2017年发售只能在高速公路上无人驾驶汽车还处在等级2阶段。目前已经预定在2020年前发售的无

6、人驾驶汽车都处在等级3阶段的水平。全球发展情况4 三三本节阐述美国、德国、日本、中国在无人驾驶汽车研发与测试，以及部分零部件巨头和高科技企业进入的发展情况。1、概述当前，世界各国研发水平相差较大，其中美国和德国无人驾驶汽车技术最为先进。美国是研究这项技术最早，也是目前为止水平最高的国家。该技术不仅已经在美美国军方进入了装备阶段，在民用领域已进入了产品阶段。谷歌无人驾驶汽车行驶里程累计超过110万公里，2014年4月开始在加州山景城开展城市道路测试。美国已有内华达州、佛罗里达州、加利福利亚州、华盛顿特区、得克萨斯州和密歇根州相继立法批准无人驾驶汽车合法上路，截至目前为止只能用于测试用途。在德国，

7、除了奥迪、奔驰、宝马、沃尔沃、大众等主流车企，柏林自由大学、汉堡Ibeo公司和Bosch、Continetal等掌握的无人驾驶汽车技术亦达到很高水准，持续在道路上测试实验。2、美国谷歌独立开发，借助卫星定位，无人驾驶汽车路试里程超过110公里，已经开始在加州山景城的街道上进行城市道路测试。通用（凯迪拉克）与卡内基梅隆大学有合作，2012年SuperCruise半自动驾驶技术上路测试，在理想状态下该技术能自动完成驾驶。在2020年前将会推出定价3000美元左右的无人驾驶技术服务包。特斯拉2013年7月与以色列Mobileye公司合作研发，采用其机器人程序控制系统，可能很快在以色列测试，将90%的

8、驾驶工作交给自驾系统完成。曾表示2016年向市场推出搭载半自动或自动驾驶仪技术的汽车。福特与密西根州立大学（硬件）、麻省理工学院（情形判断）、斯坦福大学（传感器）、州立农业保险公司合作开发，目前测试旨在验证无人驾驶系统的可靠性和性能，计划到2025年使商用的无人驾驶汽车成为现实。2007年与微软合作开发语音系统SYNC，目前转而采用黑莓QNX嵌入式操作系统。SRX2011、XTSFusion混动、蒙迪欧混动Model S雷克萨斯RX450、普锐斯、奥迪TT2004年，DARPA举办第一届“机器车挑战大赛”（Grand Challenge），谷歌旗下的无人驾驶车辆研究团队就是来源于第二届冠军斯坦

9、福大学。3、德国沃尔沃独立开发，4月在瑞典哥德堡启动DriveMe用户体验项目，100辆测试车，可到达设计路程方圆50公里内任何地方，全程车辆无人驾驶。5月无人驾驶测试再升级，推出Autopilot项目，延伸到真实驾驶中，完全放手所有功能交给车辆处理。3月，试图推出公路植入磁铁辅助计划。奥迪与斯坦福大学、英伟达NVIDIA（视觉计算技术）合作开发，CES大会展示搭载PilotedDriving无人驾驶技术的A7，属半自动驾驶系统，时速低于64公里/时。控制主板如台式电脑主板体积，主动式巡航系统的雷达传感器升级后可探测250米。宝马与大陆联合研发，近期推出ConnectedDriveConnec

10、t无人驾驶技术的升级版HighlyAutomatedDriving（HAD）CES大会展示搭载汽车辅助驾驶系统ActiveAssist的2系跑车和6系Gran跑车，高速无人驾驶模式下速度最高可达128公里/时。表示处于开发后期阶段。已获得德国政府发放的公路行驶测试许可证。奔驰与诺基亚合作开发（3D智能地图），搭载INTELLIGENTDRIVE技术新S级轿车结合全新路标识别系统(目前仅欧洲)与新导航系统，能识别动物与人类，理论上可以自动行驶至目的地。2013年8月，新S500测试车无人驾驶从曼海姆向普福尔茨海姆100公里路程，复制奔驰夫人1888年人类首次机车长途旅行。V60、S60、XC60

11、新S级轿车2系跑车、6系Gran跑车、5系、i3、新7系A7、TTS、A6奥迪是继谷歌之后第2家在美国内华达州获得无人驾驶车型测试许可证的厂商，也是第1家获此许可的汽车制造商。2006年，德国军方举办了欧洲陆地机器人竞赛，更强调自主性，只有8公里赛程，但参赛车辆必须通过影像处理来寻找道路。4、日本日产研发中心2013年从日本搬到美国硅谷，与斯坦福大学、加州大学伯克利分校、戴维斯分校和多家硅谷企业合作。2013年9月成为日本首家获得了无人驾驶汽车测试资格的汽车制造商，同年11月开始实地测试，宣称2020年推出搭载autonomousdrive技术、能在城市道路行驶、消费者能够承受的量产车型。丰田

12、（雷克萨斯）2013CES会上展示搭载AdvancedActiveSafetyResearchVehicle技术的LS系，采用不少谷歌技术，GS系已在东京高速公路实测行驶，多种功能自动化汽车（等级2）接近量产阶段。计划未来15年左右开发出在高速公路上安全行驶车型。本田采用D-GPS实现车辆定位，2013年10月ITS世界大会上展示无人驾驶轿车，计划2020年前发售可在高速公路上安全行驶的车型。也正开发3维地图数据的定位技术。4月计划将最新机器人技术ASIMO用于无人驾驶。聆风电动汽车、英菲尼迪Q50雷克萨斯GS、LS、ISAccordhybrid5、中国国内以各大高校及科研机构为主开展无人驾驶

13、汽车研究，技术水平与美国的差距在10年左右，最前端的测试集中在高速公路上。自主品牌车企基本上均依托合作方式进行开发研究。发展过程中具有代表性的历史事件从20世纪80年代开始无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。2011年，国防科技大学研发改装的红旗HQ3无人驾驶汽车在从长沙到武汉286公里的京珠高速公路上行驶了286公里，自主超车67次，期间遇到雾霾、降雨等复杂天气。2012年11月，军事交通学院研制的无人驾驶汽车完成京津高速公路114公里的测试，最高时速达105公里，历时85分钟，其中超车共33次。序号 合作双方 合作内容（时间）1一汽集团

14、 国防科技大学 合作开发无人驾驶技术 2上汽集团 中航科工 在无人驾驶等相关的主动安全系统、环境感知、智能识别等多个领域展开合作研究 3广汽集团 中科院合肥物质科学研究院 共同研发无人驾驶技术并应用于新能源车型 4吉利汽车 沃尔沃汽车 在技术领域全面共享，众多新科技共同研发 5比亚迪汽车 新加坡科技研究局通讯研究院 合作开发无人驾驶技术、智能交通系统 6长安汽车 重庆邮电大学 合作开发无人驾驶技术，2014年4月中国TD-LTE产业发展研讨会展示 7北汽集团 北京联合大学 北汽研究院正在研制自适应防碰撞、道路识别系统、自我纠正系统、自适应巡航等新技术，同时与北京联合大学合作开发C70绅宝无人驾

15、驶汽车 表 国内自主品牌车企在无人驾驶汽车研发的情况5、中国国家自然科学基金委重大研究计划“视听觉信息的认知计算”期限：2008年8月2015年12月总经费：1.5亿元目的：从人类视听觉认知机理出发，发展新的高效计算模型，提高计算机对与人视听觉感知相关的图像、语音和文本（语言）信息的理解能力和处理效率，为国家安全和国民经济做出重要贡献。【中国智能车未来挑战赛】介绍由国家自然科学基金委主办，至2013年已举办五届，是了解中国无人驾驶汽车技术现状的窗口。2013年比赛项目包括城郊道路测试(约为18千米)、城区道路测试(约为5千米)两部分。参赛标准按照4S标准【即安全性(Safety)、智能(Sma

16、rtness)、平稳性(Smoothness)和速度(Speed)】评价车辆完成情况。经常参赛的国内队伍有10支，分别是：北京理工大学、湖南大学、清华大学、国防科技大学、西安交通大学、军事交通学院、装甲兵工程学院、中科院合肥物质研究院、武汉大学、南京理工大学。6、其他（1）汽车零部件供应商全球汽车零部件供应商当中，目前只有德国的Bosch和Continental两家开发的无人驾驶汽车达到可在现有公路上测试的技术水平。Continental是美国内华达州首个获得无人驾驶车型测试许可证的零部件供应商。日系汽车零部件企业（电装、爱信、日立）只掌握低速范围的自动泊车技术。以色列智能驾驶技术商Mobil

17、eye研发的无人驾驶汽车技术具有成本优势，其所采用的主流摄像头售价仅为几百美元（谷歌无人驾驶汽车搭载一系列雷达、摄像头、传感器和激光测距仪，成本则至少30万美元）。2013年Mobileye获得五方4亿美元融资，计划2016年推出与谷歌相媲美的全自动智能驾驶技术。6、其他（2）高科技公司2012年，英特尔设立总额1亿美元的基金，用于投资包括车载信息娱乐系统、驾驶辅助系统、夜视功能以及眼球追踪功能等。2014年5月，英特尔投资日本无人驾驶技术开发商ZMP。同时与高通、英伟达、飞思卡尔等芯片厂商争夺支持无人驾驶运算能力的制高点。黑莓正与帕尔马大学VisLab实验室合作，VisLab开发搭载了QNX

18、最新Neutrino操作系统（车载娱乐+驾驶辅助）的无人驾驶测试车DEEVA。黑莓QNX车载系统正成为众多汽车厂商的热门选择。苹果到目前并未对无人驾驶操纵系统表现多大兴趣，重点在努力与汽车厂商合作打造基于iOS系统的车联网和车载娱乐信息平台CarPlay。6、其他（3）三维地图数据开发三维地图数据支持推断无人驾驶汽车位置，能获得高度精确的导航地图，是今后研究的主要课题。现在包括汽车厂商、零部件供应商和IT公司，至少有10家大型公司正在开发该技术。诺基亚HERE部门已收录近200个国家的地图数据，占据全球80%的车载导航系统，并在34个国家提供实时交通信息。最近推出HD Map矢量模型三维立体地

19、图。5月，诺基亚启动价值1亿美元的车联网基金，主要用途是投资能够扩展全资子公司HERE（主要业务为地图）在车联网、智能汽车及本地服务相关领域的产品。2013年7月谷歌以超过10亿美元收购以色列地图技术公司Waze，增强谷歌在地图服务领域优势的同时，阻止苹果、Facebook等竞争对手试图实现“以收购替代自建”地图服务的目标。日本Aisantec公司开发地图测量软件，发布了从测量的地图数据抽出特征点的技术，目前集中力量对测量的地图数据再加工技术的开发。日本Zenrin公司正在开发三维地图数据，专注在车道线、电线杆、路缘、斜度信息、信号位置、人行横道、停止线等数据的提取并提高精度。社会效益与影响四

20、四本节阐述无人驾驶汽车广泛应用后的社会效益，从挑战冲击、发展机遇两方面分析给相关行业带来的巨大影响。1、社会效益无人驾驶技术已经被充分证实在操作时效性、精确性和安全性等方面比人类驾驶具有无比的优越性，而且永远不会出现人为操作失误的情况。所以，人们完全有信心认为：无人驾驶汽车每年能大幅减少全球交通事故人员伤亡和节省巨额的相关费用。谷歌公司无人驾驶汽车首席开发人员塞巴斯蒂安斯伦（SebastianThrun）所描述的：谷歌无人驾驶汽车能使交通事故减少90%，能将通勤所耗时间以及能源减少90%，能使汽车数量减少90%。出于科学严谨和保守考虑，下面相关计算将上述90%调整为50%。社会效益每年对中国的

21、潜在好处交通事故减少50%事故减少10万起死亡人数减少3万人需住院治疗的受伤人数减少10万人事故相关费用节省150亿人民币通勤所耗时间减少50%通勤时间节省6亿小时燃油节省10亿升通勤节省近200亿元人民币注：暂无法估算由汽车减少和燃油节省带来的尾气排放减少的社会效益。表根据谷歌公司表述对中国无人驾驶汽车社会效益的粗略计算2、行业冲击无人驾驶技术给传统汽车产业链上的诸多行业带来空前冲击，全球相关行业年收入锐减金额可能高达数万亿美元。无驾深入人心、共享意识增强，汽车销售下降，行业重新洗牌交通事故陡降，被动安全部件减少，汽车结实度降低难掌握维修技术或汽车保有量减少导致竞争激烈，退出交通事故陡降，传

22、统保费将大幅减少汽车数量陡降及燃油效率提升，全球燃油销量锐减汽车自我检查能力提高，半途故障减少，道路救援需求下降汽车全民共享近乎一直处于行驶中，停车需求将会消失汽车相关伤害剧减，急诊和住院治疗的病人数量大幅下降政府收支减少罚款收入和开支（罚单警察、查酒驾、道路施工）减少汽车相关伤害剧减，人身伤害律师职业需求下降等等3、行业机遇无人驾驶汽车自然而然为围绕其本身的诸多行业创造了巨大发展机遇，其商业模式、竞争状态和产品开发等将会重建。不用过多考虑行驶安全问题，汽车的外观造型和整体设计将重新塑造，生产出形式各异的车型如苹果i-car，满足不同消费群体。汽车自主安全驾驶，允许装配各种车载电子信息及娱乐产

23、品，电子软件开发商将获得巨大市场，如奥迪车载平板电脑。汽车随叫随到且不用自己驾驶，省去税费等诸多事宜，类似美国Zipcar公司租车共享的使用模式将成为消费主流。驾驶责任最终将（主要）由汽车本身承担和租车共享使用模式作用下，传统保险模式将颠覆；针对指定旅途保险。汽车厂商开放车型应用程序端口，高科技企业能在汽车这个大平台上开发操作系统（电子信息、娱乐、操控等），像微软电脑Windows，谷歌手机Android。推广应用存在问题五五无人驾驶汽车属当代高科技产品，是汽车行业颠覆性的技术革命，具有民生民用、涉及范围广等特点，在广泛应用之前可能面临诸多问题，本节从自身问题和外部因素两个方面就其中的几个关键

24、问题进行剖析。1、自身问题（1）技术成熟度道路测试情况，当前全球研制的无人驾驶汽车主要在路况相对简单的高速公路上测试，暂时公开的只有谷歌今年4月开始在加州山景城进行城市道路测试行驶。感知思维能力，实现无人驾驶要求汽车通过传感器、摄像头、雷达等具有人一样的感知能力，和通过人工智能算法达到人一样的思维能力，目前还有一定距离。雪天行车，无人驾驶汽车会经常无法识别道路标识及其他相关信息，导致无法正常行驶。警察手势指挥交通，特别是当手势信号与交通信号灯冲突时，无人驾驶汽车可能无法做出正确抉择，及读懂不同警察有所差异的手势信号。马路文化问题，车载电脑运算是基于严格遵守交通法规的驾驶行为，在面临可能遭遇的鲁

25、莽驾驶突发情况和不同国家千差万别的“马路文化”时，无人驾驶汽车将无所适从做出正确预判。1、自身问题（2）车辆制造成本目前处于技术研发和测试阶段，一辆谷歌无人驾驶试验车造价高达30多万美元，市场难以接受，影响大规模推广普及。必须降低路况识别系统和无人驾驶系统相关技术的制造成本。（3）系统容错性无人驾驶汽车的电子系统掌控汽车全部行为，这要求电子系统时刻表现得非常完美，系统的容错性必须非常高。将来的冗余系统除软件程序、电子系统外，可能还需包括电源、各类制动器和控制器等传统硬件。搭载多个各种冗余系统的成本是高昂的。（4）车载电脑系统运行速度、体积及安全问题无人驾驶汽车的运行从感知、决策到执行，自始至终

26、高度依赖车载电脑系统，对其芯片运行速度提出极高要求，严禁“死机”情况发生，而且电脑系统体积是越小越好。另外，车载电脑须确保不受病毒侵入和远程控制，否则后果不堪设想。2、外部因素（1）政府立法统一研发和使用标准，政府统一无人驾驶汽车的研发标准和操作规范，能促进车企之间互相交流，不同品牌车辆车间通信，加速无人驾驶汽车发展。法律责任分配，一旦出现交通事故情况，汽车制造商、软件开发商、人类驾驶员、保险公司等应如何分配法律责任。过渡期驾驶权接管界定，在走向汽车完全自主驾驶的过渡时期，如何界定什么情况下车辆应将驾驶权交给人类驾驶员，以及采用什么方式确保提供足够信息让人类接管驾驶权。人类驾驶技术监管，在汽车

27、完全自主驾驶之前，坐在驾驶位置的人员长期不驾驶汽车，只是偶尔操控下，人类的驾驶技术必然生疏，而需要接管车辆驾驶权大多是在情况比较危急的时候。这样如何保证人类驾驶的熟练性和准确性，不至于导致交通事故发生，也是政府交通管理人员应考虑周全的地方。2、外部因素（2）配套设施建设以美国、德国和英国为代表的欧美国家，提供有限的财政资金大多是用来支持无人驾驶技术研发，对相关的配套设施建设如车联网、智能交通系统等没有给予足够重视，这影响无人驾驶汽车发展进程和增加推广应用的难度。（3）企业商业利益当前商业模式下的最大利益既得方如汽车制造商、汽车经销商、保险公司以及出租车行业等，有延缓甚至阻挠无人驾驶汽车的推广和

28、应用的利益驱动，更愿意采取渐进式推动无人驾驶汽车以符合他们的商业利益。（4）消费者接受程度就目前曾经做过的市场调查结果看，欧洲消费者对无人驾驶汽车的接受程度较高；美国则普遍较低，除了出于安全考虑和感到不适外，美国不少消费者不愿放弃享受驾驶带来的乐趣。让消费者了解并信任无人驾驶汽车的安全性能，对市场推广应用起到至关重要，消费者接受度将成为最后障碍。发展前景与思考六六1、前景预测（1）中期保守预测福特前沿技术研发总裁Pim van der Jagt质疑雷诺兼日产总裁卡洛斯戈恩，认为2020年无人驾驶汽车没戏，完全自动驾驶的汽车前路还很漫长，最后的20%进程将是最困难的部分。特斯拉汽车CEO伊隆马斯

29、克也表达了类似观点：车上电脑系统很快可以完成90%的驾驶工作，但要完成最后10%的工作将相当艰难，完全自动驾驶汽车需要更长的研发时间。美国汽车工程师协会（SAE）预计，在2025年之后等级4阶段的无人驾驶汽车将正式推向市场。吉林大学汽车工程学院院长管欣表示，无人驾驶技术到2025年就能形成巨大产值的预测过于乐观，真正走向市场化应用至少还需要20年。（2）中期激进预测在麦肯锡关于“未来12项最有可能改变生活、企业与经济的颠覆性科技”的研报中，无人驾驶汽车位居第6，排在下一代基因组学和3D打印之前。预测：到2025年，无人驾驶汽车的年产值最高可达1.9万亿美元。（3）长期预测世界电气和电子工程师协

30、会（IEEE）预测，至2040年，道路行驶的汽车中无人驾驶汽车将占75%以上。2、思考（1）全球角度传统汽车强国美国、德国和日本掌握无人驾驶汽车最先进的技术，引领发展未来。无人驾驶汽车革新的是底盘系统和驾驶操控层面，新增环境感知环节，从目前最先进的无人驾驶技术情况看，问题主要集中在需要大量路测以获取复杂交通中诸多预想不到状况、政府立法以及市场接受度三方面，技术层面应该不存在太大问题。结合前面分析，可以判断：无人驾驶汽车的到来只是时间上的问题。2、思考（2）中国角度历史遗留问题国内电子及控制技术相对落后，尚未掌握高端发动机和自动变速器技术。研发主体与欧美以信息通讯行业和汽车行业为主不同，国内研究主体是国防科工机构和高等院校；国内车企无一自主研发，均依托外部技术力量推动无人驾驶汽车发展，相关研究还处于起步阶段。产品技术国内设计和装配的无人驾驶汽车能实现基本功能，路试偏少，大多处于SAE定义划分的等级2水平，产品整体相对简陋；技术路线单一，几乎都是完全利用自身传感器进行环境智能感应。关键零部件国内无人驾驶汽车用的关键零部件（如64通道雷达）基本依靠进口。承认差距，踏踏实实做好基础研究，掌握核心技术才是王道。臆想轻而易举弯道超车不可取。潘建亮汽车情报技术研究所手机：13802072863邮箱：