自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

自动驾驶国内外发展史

从上世纪20年代开始,欧美等国家就开始了无人驾驶技术的探索。从无线电遥控汽车,到运用计算机视觉技术辅助感知、规划和控制,再到军方、大学、汽车企业广泛合作研发多辆自动驾驶汽车原型,无人驾驶的发展经历了很多重要的时期。

国外自动驾驶汽车发展历程:

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设


自动驾驶汽车的发展史可以追溯到几个世纪前。早在汽车发明之前,达芬奇就在 16 世纪设计了一种小型、三轮、自动推进的车,被认为是第一辆自动驾驶汽车,也是第一个机器人。1 这辆车使用弹簧进行推进,带有预编程的转向系统和通过绳索远程释放的驻车制动器。

20 世纪 20 年代,Houdina 无线电控制公司首次在纽约市街道上展示了无线电控制的“美国奇迹”。2 这辆车是一辆 1926 年的 Chandler,在后座上配备了一个发射天线,由另一辆跟随它的车上的一个人操作。这辆无线电控制的汽车“险些撞到卡车、汽车和一辆牛奶车,最后撞上了一辆轿车”。

1939 年,通用汽车在纽约世界博览会上举办了“未来之城”展览,展示了由无线电控制的电动汽车,这些汽车通过嵌入道路中的电路提供的电磁场进行推进。贝尔·格德斯后来在他的书《魔法高速公路》(1940 年) 中概述了他的愿景,宣传了公路设计和交通的进步,预示了州际公路系统的出现,并认为人类应该从驾驶过程中被移除。贝尔·格德斯预测这些进步将在 1960 年成为现实。

20 世纪 50 年代,通用汽车展示了其 Firebirds 汽车系列,这些汽车被描述为具有“电子制导系统[能够]在司机放松的情况下将其驶入自动高速公路”。主要公司在 20 世纪 50 年代在概念车中引入了雷达辅助系统,也具有紧急制动功能。福特在 FX Atomos 概念车上配备了雷达,并在“Roadarscope”上显示了可视化信息。通用汽车在 1959 年的凯迪拉克 Cyclone 上展示了制动辅助系统。

20 世纪 60 年代,大学开始研究两种类型的自动驾驶汽车:一种需要道路基础设施,另一种不需要。美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 开始资助自动驾驶汽车研究。20 世纪 80 年代,卡内基梅隆大学的导航实验室 (Navlab) 开发了一系列实验性自动驾驶汽车。20 世纪 90 年代,帕尔马大学的 Vislab 展示了 BRAiVE,这是一辆能够在开放给公众交通的混合交通路线中自动行驶的汽车。

21 世纪 10 年代和 20 年代,自动驾驶汽车技术取得了重大进展,越来越多的公司和研究机构参与到这项技术的研究和开发中。谷歌、特斯拉、通用汽车、福特等公司都推出了自己的自动驾驶汽车项目。自动驾驶汽车的立法也在世界范围内逐渐完善,一些国家已经允许在公共道路上进行自动驾驶汽车的测试和运营。

国内自动驾驶汽车发展历程:

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

我国的自动驾驶发展史可以追溯到 20 世纪 90 年代,但真正意义上的发展则是在近十年间才快速崛起,并成为全球自动驾驶领域的领跑者之一。

20世纪80年代,中国无人驾驶的技术研发正式启动。中国立项了“遥控驾驶的防核化侦察车”项目,哈尔滨工业大学、沈阳自动化研究所和国防科技大学三家单位参与了该项目的研究制造。八五期间,由北京理工大学、国防科技大学等五家单位联合研制成功了ATB-1无人车,这是中国第一辆能够自主行驶的测试样车,其行驶速度可以达到21公里/小时。ATB-1的诞生标志着中国无人驾驶行业正式起步并进入探索期,无人驾驶的技术研发正式启动。

2011年7月14日,红旗HQ3首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶试验,实测全程自主驾驶平均时速87公里,创造了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录。这标志着我国无人车在复杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破。

2012年11月24日,“军交猛狮Ⅲ号”完成了114公里的京津高速行驶,这是一辆由黑色现代途胜越野车改装的无人驾驶智能车,由中国军事交通学院研制。车顶安装复杂的视听感知系统,车内装有两台计算机和一台备用计算机组成的执行系统来处理视听感知系统获得的信息,让无人车可以自主进行刹车、油门、制动、换挡等动作。实现了无人工干预的自动行驶。

2015年8月29日,宇通大型客车从河南省连接郑州市与开封市的城际快速路——郑开大道城铁贾鲁河站出发,在完全开放的道路环境下完成自动驾驶试验,共行驶32.6公里,最高时速68公里,全程无人工干预,不过为了保障安全客车上还是配备了司机。这也是国内首次客车自动驾驶试验。 

2015年12月,百度对外宣布其无人驾驶车已在国内首次实现城市、环路及高速道路混合路况下的全自动驾驶。百度公布的路测路线显示,百度无人驾驶车从位于北京中关村软件园的百度大厦附近出发,驶入G7京新高速公路,经五环路,抵达奥林匹克森林公园,并随后按原路线返回。百度无人驾驶车往返全程均实现自动驾驶,并实现了多次跟车减速、变道、超车、上下匝道、调头等复杂驾驶动作以及不同道路场景的切换。测试时最高速度达到100公里/小时。

2016年4月17日,长安汽车宣布完成2000km超级无人驾驶测试项目。长安汽车此次长距离无人驾驶测试总里程超过2000km,在历时近6天,途经四川、陕西、河南、河北等全国多个省市及地区后,最终抵达北京。根据长安汽车智能汽车技术发展规划,高速路况的长途自动驾驶汽车计划于2018年实现量产,复杂城市路况的完全自动驾驶汽车计划于2025年实现量产。

2016年6月7日,由工信部批准的国内首个“国家智能网联汽车(上海)试点示范区”封闭测试区正式开园运营。这意味着中国的智能联网和无人驾驶汽车从国家战略高度正式进入实际操作阶段。同年,中国智能汽车大赛举办。

2017年4月17日,百度展示了与博世合作开发的高速公路辅助功能增强版演示车。该车由百度与博世联合打造,集成了百度高精地图和博世道路特征服务,并通过上百万辆配备博世摄像头、毫米波雷达的量产车辆实现数据众包,使高精地图数据做到实时更新。这辆车已经实现高速公路的部分自动驾驶,包括车道保持和司机监控下的车道自动切换。得益于定位技术,该演示车可以在进出弯道时自动控制车辆速度;同时在增强现实人机界面结束的帮助下,司机能获得更舒适安全的驾驶体验。

2018年7月4日,百度与厦门金龙合作生产的全球首款level4级量产自驾巴士量产下线。“阿波龙”搭载了百度最新Apollo系统,拥有高精定位、智能感知、智能控制等功能。达到自动驾驶L4级的阿波龙巴士,既没有方向盘和驾驶位,更没有油门和刹车,是一辆完全意义上的无人自动驾驶汽车。

自动驾驶汽车的发展是一个长期的过程,从最初的概念到现在的现实应用,经历了许多技术突破和社会变革。未来,自动驾驶汽车将继续发展,并将在交通运输、物流、城市规划等领域发挥更加重要的作用。

相关参考:


自动驾驶系统架构

自动驾驶系统主要分为感知定位、决策规划、控制执行三大技术模块:

感知模块:通过传感器技术和摄像头、相机、雷达、GPS等技术获取汽车行驶过程中的环境指标,并将数据采集为自动驾驶提供环境信息

决策模块:依据感知系统提供的车辆定位和周边环境数据,根据适当的模型进行路径规划等决策,对车辆的下一步行为作出判断和指导

控制模块:以自适应控制和协同控制方式,通过信号指令控制汽车的油门、制动等相关系统驱动车辆执行相应命令动作

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自动驾驶技术关键技术框架

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

自动驾驶系统的三个层级

感知层:用来完成对车辆周围环境的感知识别,主要目的:获取并处理环境信息;汽车自动驾驶常用传感器主要包括:摄像头、毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达、红外夜视、用于定位和导航的GPS和IMU;

决策层:机器在做驾驶决策时需要回答几个问题:我在哪里?周边环境如何?接下来会发生什么?我该做什么?决策层分两步:第一步是认知理解,根据感知层收集的信息,对车辆自身的精确定位,对车辆周围的环境的准确判断;第二步是决策规划,包含对接下来可能发生情况的准确预测,对下一步行动的准确判断和规划,选择合理的路径达到目标;行为决策系统是狭义的决策系统,其根据感知层输出的信息合理决策出当前车辆的行为,根据不同的行为确定轨迹规划的约束条件,指导轨迹规划模块规划出合适的路径、车速等信息,发送给控制层;

控制层:通过线控技术完成执行机构的电控比,达到电子制动、电子驱动和电子转向,并控制车辆响应,保证控制精度,对目标车速、路径等进行跟踪

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

自动驾驶技术架构图

自动驾驶系统核心功能模块之间的交互通过数据传输表达,我们将其描述为“信号”。这些信号旨在帮助了解每个功能模块中可能存在的算法/计算类型。每个功能模块所需的信号在不同实现之间会有所不同。

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

自动驾驶系统核心功能及其交互

自动驾驶汽车技术架构:


车路云一体化架构

车路云一体化建设是指将车辆、道路和云计算平台整合在一起,实现智能交通系统。这种整合可以提高交通安全、效率和可持续性。

自动驾驶系统架构及车路云一体化建设

车路云一体化建设主要涉及以下几个方面:

  • 车辆: 车辆需要配备传感器、计算单元和通信设备,以感知周围环境,并与道路和云平台进行通信。

  • 道路: 道路需要配备基础设施,例如传感器、通信设备和云平台接口,以收集道路信息,并与车辆和云平台进行通信。

  • 云计算平台: 云计算平台提供数据存储、处理、分析和共享服务,支持车路云协同工作。

车路云一体化建设的典型场景包括:

  • 自动驾驶: 车辆可以利用道路信息和云平台提供的服务,实现自动驾驶。

  • 交通管理: 云平台可以收集和分析道路信息,帮助交通管理部门优化交通信号灯控制、道路规划和交通流量管理。

  • 安全驾驶: 车辆可以利用道路信息和云平台提供的服务,避免事故发生,例如前方车辆突然刹车、路况信息等。

车路云一体化规模建设与应用参考指南:


参考:


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