目前无人驾驶技术正处于起步阶段,实现真正的无人驾驶还需要进行大量的技术研发。那么,无人驾驶所需的技术包括哪些呢?
根据业内公认的观点,无人驾驶需要三个主要技术领域:环境感知、行为决策和运动控制。简而言之,这是一个从硬件到软件再到硬件的实现过程。本文将介绍无人驾驶所需的这三个重要技术。
首先是环境感知。环境感知是指对车辆信息和外部环境信息的采集和识别,这是实现无人驾驶的第一步,也是目前最关键的挑战。换句话说,环境感知就是研究汽车的"眼睛"。它需要能够识别红绿灯、行人、路标等道路上的物体。当遇到特殊情况如野生动物出现时,环境感知技术更加重要。
环境感知首先需要采集外部信息。传感器被用来收集周围环境的信息,并通过智能处理使车辆的"大脑"能够理解这些信息。根据传感器的选择方向,业界主要分为两个研究流派:
1)激光雷达技术派。这个派别包括谷歌的Waymo、福特、通用等汽车巨头。激光雷达通过收集目标表面大量密集点的三维坐标和反射率等信息,快速构建目标的三维模型和图像数据。激光雷达的优势在于高分辨率、准确采集和自带深度信息,容易还原目标。这也带来了另一个好处,即越精确和还原度越高的信息,越容易被识别。因此,采用激光雷达传感器的智能汽车对人工智能的要求相对较低。
摄像头派是以特斯拉为代表的选手。作为世界上应用最广泛、最成熟的传感器技术之一,摄像头是大家都很熟悉的。它的工作原理类似于拍照,通过采集无意义的像素点来获取信息。
摄像头在许多领域得到广泛应用,可以简单地识别行人、交通标志等。这听起来好像是一个优势,但实际上却恰恰相反,因为摄像头采集到的信息是无意义的像素点,当遇到恶劣天气或逆光情况时,就很难进行准确识别了。
有时候,人工智能和人工智障只有一线之隔,例如2018年,由于公交车上的大头广告,AI系统误判董明珠闯红灯的事件就发生了。因此,尽管使用摄像头进行环境感知非常方便,但同时也对人工智能提出了相当高的要求。既然摄像头存在这么多缺点,为什么还会选择它呢?首先,摄像头这项技术已经非常成熟,但最关键的是,这种技术方向极具美感,有点类似于人类的仿生学概念,很可能会通向实现终极目标的路径。马斯克作为一个渴望移民火星的人,研究智能汽车时自然会选择这种最本质的方向。
行为决策是实现无人驾驶的关键技术之一。在人工智能领域,已经有一些取得显著成果,比如Alpha Go在围棋中的表现和波士顿动力公司的机器人,但为什么无人驾驶技术迟迟难以实现呢?原因主要在于缺乏足够的路测数据。
与下棋不同,开车是一项完全不确定的活动,需要应对无数种随机情况,这就需要深度学习的人工智能技术。此外,真实道路环境比棋盘复杂得多,需要逐步在现实世界中实现无人驾驶技术。
为了解决这个问题,引入了汽车驾驶自动化分级的概念。根据工信部公布的国家标准,《汽车驾驶自动化分级》,将无人驾驶分为六个等级,从应急辅助到完全无人驾驶。无人驾驶的终极目标是达到L5等级,即运行条件无限制,完全由系统控制。
目前,无人驾驶技术仍处于2-3等级的阶段。要实现下一个阶段并最终实现终极目标,关键的解决方案仍然是积累大量的路测数据来优化算法。
不同的公司采用了不同的方法来积累路测数据并优化人工智能的行为决策。例如,谷歌旗下的Waymo从2009年开始秘密研发无人驾驶汽车,并通过模拟对局来提升其算法。特斯拉则选择在所有车型上安装自动辅助驾驶硬件,并持续收集道路数据,逐步开放无人驾驶功能。这种迭代方式使特斯拉在积累路测数据方面取得了快速进展。
最后一项重要技术是运动控制,即让车辆按指定轨迹行驶,包括加速、减速、转弯等操作的控制。在硬件方面,无人驾驶汽车通常选择纯电动汽车,因为电机构造简单,底层控制算法也相对简化。
为了保障乘客安全,冗余设计是必不可少的。冗余设计通过配置重复的零部件或功能来提高系统的可靠性。在高级别无人驾驶方案中,冗余设计已被广泛采用,以提高无人驾驶的安全性。例如,一些汽车制造商在计算、感知、通信、制动、电源和转向等独立硬件系统上都进行了冗余设计,以大幅度提升无人驾驶的安全性。
最后,要实现无人驾驶技术,需要三项关键技术:环境感知、行为决策和运动控制。这些技术互相依赖,必须按照特定的顺序来设计和实施。从硬件到软件再到硬件的过程,构成了无人驾驶技术的发展路径。
环境感知技术负责收集和分析周围环境的数据,以确保车辆能够准确地识别和理解道路、障碍物和其他交通参与者。它为行为决策提供了必要的信息基础。
行为决策是基于环境感知数据做出决策的过程。通过人工智能算法的支持,系统可以评估不同的情况并选择最合适的行驶方式和动作。行为决策直接影响着车辆的安全性和效率。
而运动控制则负责将行为决策转化为具体的操作指令,使车辆按照预定的轨迹进行加速、减速、转弯等控制动作。在这一过程中,硬件和底层控制算法起到关键作用,确保车辆精准地执行所需的动作。
综上所述,这三项技术是无人驾驶领域的核心要素。它们相互协作,确保车辆能够在各种情况下安全行驶。随着技术的不断突破和发展,无人驾驶技术必将迎来新的进步和突破。我们对未来充满期待,期待看到无人驾驶技术为我们带来更多便利和安全。