1.1 智能驾驶的产生与发展
1.1.1 智能驾驶的萌芽
1925年8月,美国街上首次出现了一辆“貌似”无人驾驶的汽车,一位名叫Francis P.Houdina的美国陆军电子工程师坐在后面的一辆车里,通过发射无线电波操控前面那辆无人驾驶汽车的转向盘、离合器和制动系统。
20世纪60年代,在斯坦福国际研究院(SRI International)的前身斯坦福研究院(Stanford Research Institute)诞生了机器人Shakey。Shakey具备独立自动驾驶能力,它也是第一个具有完整感知、规划和控制能力的机器人。Shakey之父是斯坦福国际研究院的创始人之一,“科学怪才”查尔斯·罗森(Charles Rosen)。
20世纪70年代,中国也迈出了探索智能驾驶的脚步,学术界和产业界相继进行了相关研究。1978年,清华大学齐国光教授的课题组开始研究自动驾驶,学术界正式迈进智能驾驶领域,随后何克忠教授的HTMR课题组于1986年开始接力研究。同时,国家也立项展开相关研究,1980年,哈尔滨工业大学、沈阳自动化研究所和国防科技大学参与了国家立项的“遥控驾驶的防核化侦察车”项目。
直到20世纪90年代初,中国终于诞生了第一辆智能驾驶汽车,名为ATB-1(Autonomous Test Bed-1)。该车由北京理工大学、南京理工大学、国防科技大学、清华大学和浙江大学联合研究,随后,在此版本上迭代而生ATB-2,其速度较第一代提升了3~4倍。
进入21世纪后,国内相关院所加大了研究力度,同时与相关汽车企业进行合作。通过数十年的技术积累,2003年国防科技大学与中国第一汽车集团有限公司合作研究出红旗CA7460,该车在正常交通状态的高速公路上,在自动驾驶状态下,峰值速度可达到170km/h,并且实现了自动超车功能。
与此同时,国际上对智能驾驶的研究也逐渐开始活跃。2003年“第二次海湾战争”刚刚开始,沙漠行动中的士兵伤亡情况引起美国国防部的注意,美国国防部设想用无人驾驶技术解决这一棘手问题。随后一年,美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)开始布局无人驾驶汽车挑战赛“Grand Challenge”,并于2004年3月13日启动比赛。挑战赛场地设置在沙漠之中,还原了沙漠行动的使用情景,参与者被要求用无人驾驶汽车沿着15号公路穿过240km的沙漠道路。然而比赛的结果却不尽如人意,参赛车辆全军覆没,获得第一名的卡内基梅隆大学的车辆仅仅走完了11.78km的路程。
第二年,比赛难度增加,比赛地点的海拔更高,并且赛道设置了100多个急转弯。同时,比赛队伍的技术也大有提升,共有5辆无人驾驶汽车完成了212km的赛程。冠军车辆Stanley来自斯坦福团队,原车由大众汽车提供、大众电气研究实验室联合打造,英特尔研究院帮助其提升视觉能力。
在2007年,DARPA首次进行了城市地形的挑战赛,赛道60英里(1英里=1.609344km),比赛时间为6小时。当年共有11支车队参加比赛,其中一些车队在前几年的比赛中已经积累了不少经验,如卡内基梅隆大学车队。卡内基梅隆大学组建了一支40人的队伍,车队包括两辆参赛车和一辆补给车。在如此精心的准备下,卡内基梅隆大学夺冠而归,并获得200万美元的奖金,斯坦福赛车队获得亚军。值得一提的是,64线激光雷达首次出现在卡内基梅隆大学的装备库中,随后数年,64线激光雷达成为无人驾驶汽车的必要配件。
1.1.2 智能驾驶的发展
2009年,谷歌(Google)公司进军智能驾驶领域,并招募斯坦福大学的无人驾驶汽车教授Sebastian Thrun进行智能驾驶的开发与研究。随后,Sebastian Thrun教授对丰田普锐斯(Prius)车型进行改装。该车通过安装轮速传感器读取高精度轮速信息;通过摄像头识别交通信号灯;车顶配备Velo-dyne 64线激光雷达,车辆前方还安装了测速毫米波雷达。
2009年,Prius完成了100英里的无人接管自动驾驶任务,成为谷歌公司自动驾驶的里程碑;2010年,新闻界首次对谷歌公司自动驾驶进行了相关报道,当时,谷歌公司的无人驾驶汽车已经完成了14万英里的测试里程;2011年,谷歌公司在政府游说专家的协助下使内华达州成为美国第一个允许自动驾驶汽车上路测试的州。
随着技术的不断更新,2012年,谷歌公司第二代无人驾驶汽车Lexus诞生。与第一代相比,Lexus的空间更大,续航里程更长。当年,Lexus累计完成了超过30万英里的测试里程。
2013年,Sebastian Thrun离开谷歌公司,放弃了他精心打造的无人驾驶汽车帝国。Chris Urmson走马上任,确立了开发完全自动驾驶的技术路线。随后一年,谷歌公司借鉴Podcar原型,设计出第三代无人驾驶汽车——“萤火虫(Firefly)”,该车进一步增强了无人驾驶过程中的人机交互体验。在此期间,以色列视觉系统公司Mobileye以ADAS低价方案打开市场大门,并逐渐占领市场份额。宝马、通用、大众与其合作力度不断加大,到2017年,Mobileye公司的相关技术已被运用到全球两千余万辆汽车当中。同时,Mobileye公司也在悄悄进行自动驾驶的研发,由于其在车辆视觉方面的独特优势,与谷歌公司相比,Mobileye公司的方案一经诞生,就具有视觉方面得天独厚的优势。在视觉地图方面,谷歌公司坚持通过实时的点云匹配来判断车辆当前位置,每千米需要数吉字节的数据;Mobileye公司提取的地图能够实时上传(每千米只需10 KB级别的数据),通过众包的方式及时更新,方便车辆在行驶时获得最新定位。
2015年是国外自动驾驶事件频出的一年。2015年初,在美国拉斯维加斯举办的国际消费电子展(简称CES)上,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)发布的无人驾驶豪华运动概念车F015惊艳亮相。10月特斯拉发布自动驾驶系统(Autopilot),使得“未来已来”一时成为热议词汇。虽然Autopilot是L2等级的辅助驾驶系统,但很多车主却被这个名称给误导了,甚至有车主大胆打开Autopilot模式,穿越了美国东西海岸。这无疑是一个危险的举动,然而当时的特斯拉却不以为然,这也为随后几年特斯拉的事故埋下伏笔。
在国外自动驾驶风起云涌的2015年,中国也留下具有时代意义的自动驾驶大事件。2015年8月,李德毅院士团队与宇通汽车集团合作研发的无人驾驶大型客车,在全开放环境的郑开大道上行驶33km,完成跟车行驶、定点停靠等试验科目,全程无人工干预,实现了中国商用车企业在自动驾驶领域零的突破。2015年11月,中央电视台的《新闻联播》报道了第七届“中国智能车未来挑战赛”。自动驾驶这一概念开始进入普通百姓的日常生活中,成为大众时兴的话题。2015年12月,百度公司宣布其与宝马公司合作的无人驾驶汽车已经在北京五环顺利完成自动驾驶测试,时速达100km/h。这三件事情让人们意识到,在无人驾驶的高精尖领域,中国并没有缺席。
2016年上半年,接连发生多起自动驾驶事故,给国内外自动驾驶泼了一盆冷水。
第一起事故发生于2016年2月,谷歌公司的无人驾驶汽车正在以自动驾驶模式进行测试,一辆公交车从其后方驶近,由于判断失误,两车发生轻微碰撞。随后,谷歌公司发布声明,解释了事故原因,并承认谷歌公司在事故中负有“一定的责任”。由于事故并未造成严重伤亡,事件很快平息下来。但在当年5月发生的致命车祸事件却为自动驾驶蒙上了一层阴霾。当时,一辆特斯拉汽车正在以Autopilot模式高速运行,但驾驶员却在观看视频,并未关注周围路况。车辆的Autopilot系统没有检测到一辆卡车正在横穿马路,两车相撞,特斯拉驾驶员当场身亡。悲剧发生后,特斯拉发布声明,表示由于光线问题,自动驾驶模式未发现卡车的白色面,因此未启动制动功能。同时声称驾驶员“需要保持对车辆的控制,而且还要对行驶的车辆负责”,这场事故一时间引起热议。
度过了2016年上半年的冷却期,自动驾驶在8月迎来了新的曙光。线上租车服务公司Uber高调宣布以6.8亿美元收购自动驾驶技术公司Otto,双方联手致力于打造安全的无人驾驶货运体系。12月,Waymo从谷歌公司独立,成为Alphabet旗下的子公司。作为一个独立公司,Waymo此后在无人驾驶界声名鹊起。Waymo起源于2009年,是谷歌公司开启的一项自动驾驶汽车项目,在独立之前,Waymo内部完成高层大换血,进入全新的发展阶段。
经历了2016年的悲喜交加,在2017年,创业公司纷纷入局,智能驾驶迎来了发展的小高峰,并表露出商业化迹象。2017年4月,英特尔公司以153亿美元收购Mobileye公司。这次收购被业内称为“眼睛与大脑的融合”,它让英特尔公司如虎添翼,增加了其与高通、英伟达的竞争资本。与此同时,福特公司锦上添花。早在2016年,福特公司就推出了“2021自动驾驶宣言”——在2021年实现无人驾驶的商业化运营,面向大众推出自动驾驶服务,占领市场份额。2017年,福特公司以10亿美元投资Argo AI,引起自动驾驶界的热烈讨论。2017年7月,在AI开发者大会上上演了一场“自动驾驶大戏”。百度公司的陆奇在介绍百度无人驾驶平台Apollo时与百度创始人李彦宏连线,当时李彦宏正乘坐一辆百度与博世合作的无人驾驶汽车赶往会场。在此次大会上,百度AI技术首次公开,智能驾驶、人机交互等技术逐一亮相。其中,Apollo开放平台专注于无人驾驶技术,这是全球范围内自动驾驶技术的第一次系统级开放,也是全球自动驾驶一个重要的里程碑。
令人兴奋的是,2017年智能驾驶的商业化落地进程加快,这一年发生了几件标志性事件。4月,驭势科技与白云机场合作,在“2017中国机场服务大会”期间,在航站楼与停车场之间投入一辆无人驾驶汽车进行摆渡。这是国内无人驾驶运营的首次尝试,旅客可以自动约车,上车后一键启动车辆,虽然运营时间只有短短一周,但却向中外旅客展示了中国无人驾驶的风貌。6月,驭势科技与凯德集团又对无人驾驶汽车进行了一次探索,尝试无人驾驶汽车在大型综合商业地产项目中的应用落地。在此项目中,选定杭州来福士广场作为运营地点,消费者可以在电梯口呼叫车辆,系统将自动识别其停车位,进而将乘客送至停车位。由于项目运营地点具有行人密集、地下停车场GPS信号弱等因素,这一项目实施起来困难重重,但这些技术难题的解决办法在后来也成为人们津津乐道的技术亮点。2017年末,4台“阿尔法巴”智能驾驶公交车在深圳福田保税区举行首发仪式,这是全球首次在开放道路上进行的智能驾驶公交车试运行。
1.1.3 智能驾驶的未来
有权威公司预测,近20年内,自动驾驶汽车的普及率将以滚雪球式的速度增长。在5G技术的加持下,智能驾驶产业将迎来新一轮增值,成为人工智能产业的最大增值点之一。
智能驾驶重塑了人们的出行方式,并在此基础上激活了智能、汽车、安全的全新市场。首先,它解决了人们的出行难题,节省了人们的时间,而这些被节省出来的时间将被合理转化为生产力,释放出巨大的经济效益和社会效益;其次,它创造了全新的消费方式,一辆无人驾驶汽车就是一个消费场景,而智能驾驶与相关领域联合,将在数据分析的基础上释放出封闭消费场景的巨大潜力;再次,它直接刺激汽车市场,全新的驾驶体验将激发人们体验新技术的欲望,从而带动汽车市场的全面升级。
不可否认,智能驾驶汽车(又称智能车)是人类工业史上的全新范式转移,出行、物流、医疗等领域已经与其不断交汇升级,它不仅是汽车发展的未来,也是人类生活方式的未来。