我們一起把方向盤拿掉

李露

相比于傳統(tǒng)手動駕駛，近年來興起的無人駕駛智能車輛引起了各界極大的興趣。“無人控制、自動駕駛”，不僅意味著車主對于方向盤、離合器等傳統(tǒng)開車必備裝置使用頻率的減少，還意味著車主將要扮演監(jiān)控、指揮等新的角色，更意味著人們幾百年來的車輛駕駛方式實現(xiàn)了革新和重塑。

谷歌vs沃爾沃：

無人駕駛智能車已上路

在谷歌最新發(fā)布的無人駕駛車輛實體模型中，僅有駕駛位和副駕駛位，無方向盤、控制腳踏踏板等傳統(tǒng)裝置。甚至駕駛位都成了擺設(shè)，車主無需坐在車中，只需要對相應(yīng)的遙控器進(jìn)行按鍵操作即可。這款無人駕駛智能車可行駛的速度不能超過每小時四十公里，能量供應(yīng)為高級電池。在未來兩年內(nèi)，谷歌將在美國加利福尼亞州進(jìn)行大范圍的道路測試。相比于豐田公司的Prius、梅賽德斯公司的特斯拉S等無人駕駛車輛樣車，谷歌生產(chǎn)的造型更為嬌小有趣。其內(nèi)部技術(shù)主要依賴于LIDAR系統(tǒng)，在車身不同位置也裝有具有不同功能的傳感器。

就在今年的四月份，谷歌剛剛宣布了它近年來智能汽車工業(yè)的又一大重要突破。這一批發(fā)布的自動駕駛車輛，已經(jīng)無事故無故障、安全行駛了七十萬英里。在無人駕駛智能車實現(xiàn)“長距離安全可靠行駛”這一功能方面，谷歌取得了實際的進(jìn)步。

汽車業(yè)巨頭沃爾沃不甘其后。就在2014年4月，谷歌對其無人駕駛車輛進(jìn)行道路測試后的幾天，沃爾沃公司宣布，它也開始對自己生產(chǎn)的無人控制智能車進(jìn)行街道測試。如果說谷歌公司的測試讓人們聚焦在其智能車工業(yè)最新技術(shù)的發(fā)展、有趣的造型上，那么沃爾沃公司的道路測試，則讓人們把目光更多地投向了智能車對于路況適應(yīng)的效果上。沃爾沃公司發(fā)現(xiàn)，對于無人控制的智能車而言，在錯綜復(fù)雜的街道上行駛，要遠(yuǎn)比在高速公路上行駛困難。

測試地點選在了瑞典城市哥德堡。一百輛測試的智能車按預(yù)定方案行駛在總長度為五十公里、街道連接交錯的哥德堡市區(qū)。鑒于這是首次實況道路測試，智能車內(nèi)均有觀測人員。不過他們的主要任務(wù)并非駕駛，而是觀察、記錄，在智能車出現(xiàn)判斷失誤時及時進(jìn)行人為糾正，避免發(fā)生事故。他們發(fā)現(xiàn)，測試車輛在面對不太復(fù)雜的交通狀況時，已經(jīng)可以進(jìn)行速度調(diào)整、車道適應(yīng)以及對擁堵做出正確決策。測試結(jié)果總體樂觀，但是沃爾沃發(fā)言人艾瑞克·寇林格也坦承，當(dāng)在數(shù)目達(dá)到百萬計、混合著無人控制的智能車、傳統(tǒng)車的街道上，所有車輛要像往常一樣和諧共處，也許情形不容樂觀。

我的創(chuàng)新實驗

——窺探無線通信的大學(xué)問

我觀察自動駕駛系統(tǒng)、無人控制車的工作原理，從宏觀科技方向來看，傳感器技術(shù)和通信技術(shù)的有效結(jié)合將是自動駕駛系統(tǒng)、無人車技術(shù)發(fā)展的核心趨勢。二者在車輛的安全行駛方面均起到了重要作用。當(dāng)我了解到這兩種技術(shù)時，發(fā)現(xiàn)它們正與我本科所學(xué)的專業(yè)——通信工程密切吻合！學(xué)校必修的實驗課環(huán)節(jié)中，紅外傳感收發(fā)器的設(shè)計、實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信系統(tǒng)恰恰是這兩大技術(shù)的小小的項目縮影。

大二暑假五學(xué)分的創(chuàng)新實驗中，我和兩個同學(xué)提出設(shè)計一個能實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時雙向傳輸?shù)臒o線通信模塊。我們翻閱了許多工程項目的書籍資料，自行設(shè)計分立的功能模塊。經(jīng)歷了反復(fù)修改、檢查，最終確定了從個人電腦到USB接口轉(zhuǎn)換器到單片機(jī)控制器到無線收發(fā)模塊的一方通信子模塊。一方個人電腦發(fā)出數(shù)據(jù)，經(jīng)過USB接口轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，單片機(jī)再發(fā)出控制指令，讓特定數(shù)據(jù)經(jīng)自己這一方的無線模塊無線傳輸?shù)綄Ψ降臒o線模塊中，再經(jīng)對方子系統(tǒng)的單片機(jī)控制器、接口轉(zhuǎn)換器，最終達(dá)到對方終端的個人電腦。我在團(tuán)隊中擔(dān)任總體規(guī)劃和USB串口程序的編寫編譯的角色。從最初的毫無頭緒到一點點模仿其他程序進(jìn)行學(xué)習(xí)、創(chuàng)新，USB接口轉(zhuǎn)換器的串口功能終于被我實現(xiàn)了！當(dāng)我看到單片機(jī)板上標(biāo)志測試成功的小燈亮起時，別提有多開心了！但是當(dāng)將每個隊員分別負(fù)責(zé)的模塊進(jìn)行連接在一起時，又遇到了很大難題——本應(yīng)智能通話的兩臺個人電腦竟然毫無反應(yīng)！當(dāng)大家都愁眉苦臉，不知如何是好時，隊長同學(xué)拿著電極筆在每個連接點上一一測試，看數(shù)據(jù)究竟傳輸?shù)侥睦飻嗟?。多虧了這個方法，我們找到了問題的核心——局部參數(shù)的設(shè)計必須得考慮全局的布置，曾經(jīng)適用于單個模塊的代碼也必須修改調(diào)整以適應(yīng)全局。

我的隊友之后參加了“全國大學(xué)生智能車電子設(shè)計大賽”，讓看起來如兒童玩具大小一般的智能車，“乖巧”地聽從遙控者的指令，在賽道上爬坡、下降、轉(zhuǎn)彎、加速、減速等等，這非常依賴于遙控器和小車上無線收發(fā)模塊的通信效果。我的隊友們將當(dāng)初一起做的創(chuàng)新實驗中的部分工程心得，運用在了智能車的設(shè)計上，甚至進(jìn)一步實現(xiàn)了工程創(chuàng)新，最終拿到了華北賽區(qū)第一名的好成績！

對我而言，小小的數(shù)據(jù)實時無線通信系統(tǒng)的設(shè)計成功，不僅僅是成績單上的“優(yōu)秀”，更是讓我將自身課堂所學(xué)與最前沿工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行接軌的絕佳途徑！

什么技術(shù)在支撐？

什么功能已實現(xiàn)？

剛才提及的無人駕駛智能車中的一大關(guān)鍵技術(shù)——通訊技術(shù)——是我的小實驗在工業(yè)界的一大高級應(yīng)用。在“無人控制、自動駕駛”的理念下，實現(xiàn)車與車（Vehicle to Vehicle ：V2V）、車與大廈等設(shè)施的實時雙向通信，從而避免事故、獲得最佳行路方案，“無線通信”的支持必不可少。梅賽德斯·奔馳公司曾提出“Car to X”的全新通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)對車身上的雷達(dá)裝置、光學(xué)偵測系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一整合，接收詳細(xì)的路況數(shù)據(jù)，自行做出最佳行駛方案。一旦系統(tǒng)無法辨別路況數(shù)據(jù)，駕駛者也可以將接收到的路況信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦镜脑贫朔?wù)器中，服務(wù)器經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，對車輛進(jìn)行引導(dǎo)駕駛。通用汽車公司也曾開發(fā)過一款應(yīng)用，通過車中的V2V信息收發(fā)器，使車輛實現(xiàn)快速自我定位，并通過智能手機(jī)使得汽車本身可以對路人發(fā)出Wi-Fi信號，將有效信息快速反應(yīng)給路人，從而減少碰撞、傷亡的概率。

明確了“無人控制、自動駕駛”概念中支撐具體功能的宏觀技術(shù)背景，那么目前研發(fā)出的測試車輛具體實現(xiàn)了哪些功能呢？

自動停車：光相機(jī)用于找到空閑的停車位置，超聲波探測器用于檢測臨近的障礙物。找到位置后，對周圍環(huán)境不斷檢測距離，選擇最優(yōu)前進(jìn)、后退、向左、向右的停車路線，完成停車。BMW寶馬公司在法蘭克福車展上發(fā)布了BMW i3系統(tǒng)。i3系統(tǒng)主要依賴于超聲波探測器檢測合適的停車位置。顯示屏顯示可選位置供車主選擇。隨后車主完全進(jìn)行按鍵操作即可，雙手可以離開方向盤，雙腳可以離開離合器，完全由汽車自主停車。但是全過程車主必須保持按鍵、選擇狀態(tài)來確保他是指令的發(fā)布者。豐田公司在日本發(fā)布Prius Model這一無人駕駛車模型。該模型能夠代替人類用戶接管方向盤，進(jìn)行自動停車操作。人類用戶在停車操作時，會使用到后視鏡、車內(nèi)攝像屏幕、發(fā)動機(jī)、剎車。過程十分復(fù)雜、操作麻煩。停車技術(shù)好壞多依靠于車主的主觀經(jīng)驗。因此，這一功能的實現(xiàn)，將令許多停車技術(shù)欠佳的車主十分開心。

自動緊急剎車：該功能的關(guān)鍵，不在于最終停下，而在于剎車反應(yīng)過程的快速。梅賽德斯·奔馳公司的無人駕駛車早期版本2005 S-class，利用雷達(dá)檢測前方障礙物，發(fā)現(xiàn)障礙物后，一方面警告前方行人、司機(jī)，一方面開啟自身剎車系統(tǒng)。但是它也存在很大缺陷：當(dāng)測試環(huán)境為霧霾天氣時，雷達(dá)工作失靈。公司提出的改進(jìn)在于：使用多個、多種傳感器，綜合檢測前方所有障礙物，避免因為單一環(huán)境因素導(dǎo)致自動裝置失效?？梢哉f，奔馳公司完成了當(dāng)初的技術(shù)提升構(gòu)想。今天的S-class，擁有短程雷達(dá)、長距雷達(dá)、光相機(jī)、超聲波探測器。這一系統(tǒng)，甚至在有人駕駛車輛中，也得到重要的應(yīng)用。因為有的時候人類的反應(yīng)時間低于高速計算的機(jī)器系統(tǒng)，并且人類在緊張狀態(tài)下不一定能做出正確反應(yīng)。

自動漫游控制和交通堵塞助手：在市區(qū)或高速公路發(fā)生一連串汽車堵塞時，每輛汽車隨著汽車隊伍的緩慢移動而每次緩緩前進(jìn)幾米甚至更少，這讓不少車主覺得麻煩，更生煩躁。此時，“自動漫游控制和交通堵塞助手”便派上用場了。它借助GPS定位器、各類攝像頭、傳感器，捕獲紅綠燈的變化信息、自己的車與前后左右其他車的實時距離，之后把信息反饋給控制臺。目前寶馬、梅賽德斯、奧迪等公司幾乎都與相同的供應(yīng)商合作，采用類似的信息獲取方式。但是不同之處在于各個公司對于控制臺控制系統(tǒng)的設(shè)計，比如自己的車該以多大的速率調(diào)整車距。一些設(shè)計理念還倡導(dǎo)在等待時間超過一定閾值后，開啟娛樂功能如播放音樂等等，用于緩解交通堵塞時車主產(chǎn)生的無聊情緒。

車道保持：這是確保安全駕駛的重要規(guī)則，也是各類新型無人駕駛智能車需要考慮的又一重要功能。車主需要在高速公路上規(guī)定的交通線之內(nèi)行駛。對車道進(jìn)行跟蹤的原理方面，大體包括圖像處理技術(shù)、雷達(dá)探測技術(shù)等等。立體視覺技術(shù)給軟件系統(tǒng)提供深度距離，而在太陽低垂、攝像頭受到影響時，雷達(dá)探測器則發(fā)揮主要作用。當(dāng)車輛偏移正常車道時，系統(tǒng)將發(fā)出警告，部分先進(jìn)的技術(shù)還能夠開啟主動應(yīng)急系統(tǒng)，用于擠壓車輪或剎車片，從而使得汽車回到正常車道。大眾公司近來宣布了單一車道線跟蹤技術(shù)，系統(tǒng)可以在夜間甚至大霧天氣精確地追蹤車道線，確保汽車在安全區(qū)域內(nèi)行駛。公司拒絕提供技術(shù)細(xì)節(jié)，但是堅定地保證其系統(tǒng)性能的安全可靠。寶馬公司的發(fā)言人聲稱，當(dāng)結(jié)合使用自動漫游控制系統(tǒng)和相關(guān)GPS定位技術(shù)之后，確定汽車的經(jīng)度、緯度交叉控制，可以使得自動車道保持這一項技術(shù)得到飛躍發(fā)展。

“無人駕駛、自動控制”從書面理念一步步走向工業(yè)實際，對于我這個科技愛好者和通信專業(yè)的工科生而言，感到熱血沸騰！因為當(dāng)我看到科學(xué)家、工程師如何一步步攻克困難時，就好像看到了大學(xué)中那個編著小程序、改著大框架，最終讓小小的idea成為現(xiàn)實的自己！

責(zé)任編輯：張婷