李露

相比于傳統(tǒng)手動(dòng)駕駛，近年來(lái)興起的無(wú)人駕駛智能車(chē)輛引起了各界極大的興趣?！盁o(wú)人控制、自動(dòng)駕駛”，不僅意味著車(chē)主對(duì)于方向盤(pán)、離合器等傳統(tǒng)開(kāi)車(chē)必備裝置使用頻率的減少，還意味著車(chē)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(lái)的車(chē)輛駕駛方式實(shí)現(xiàn)了革新和重塑。

谷歌vs沃爾沃：

無(wú)人駕駛智能車(chē)已上路

在谷歌最新發(fā)布的無(wú)人駕駛車(chē)輛實(shí)體模型中，僅有駕駛位和副駕駛位，無(wú)方向盤(pán)、控制腳踏踏板等傳統(tǒng)裝置。甚至駕駛位都成了擺設(shè)，車(chē)主無(wú)需坐在車(chē)中，只需要對(duì)相應(yīng)的遙控器進(jìn)行按鍵操作即可。這款無(wú)人駕駛智能車(chē)可行駛的速度不能超過(guò)每小時(shí)四十公里，能量供應(yīng)為高級(jí)電池。在未來(lái)兩年內(nèi)，谷歌將在美國(guó)加利福尼亞州進(jìn)行大范圍的道路測(cè)試。相比于豐田公司的Prius、梅賽德斯公司的特斯拉S等無(wú)人駕駛車(chē)輛樣車(chē)，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(lài)于LIDAR系統(tǒng)，在車(chē)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(lái)智能汽車(chē)工業(yè)的又一大重要突破。這一批發(fā)布的自動(dòng)駕駛車(chē)輛，已經(jīng)無(wú)事故無(wú)故障、安全行駛了七十萬(wàn)英里。在無(wú)人駕駛智能車(chē)實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)距離安全可靠行駛”這一功能方面，谷歌取得了實(shí)際的進(jìn)步。

汽車(chē)業(yè)巨頭沃爾沃不甘其后。就在2014年4月，谷歌對(duì)其無(wú)人駕駛車(chē)輛進(jìn)行道路測(cè)試后的幾天，沃爾沃公司宣布，它也開(kāi)始對(duì)自己生產(chǎn)的無(wú)人控制智能車(chē)進(jìn)行街道測(cè)試。如果說(shuō)谷歌公司的測(cè)試讓人們聚焦在其智能車(chē)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(cè)試，則讓人們把目光更多地投向了智能車(chē)對(duì)于路況適應(yīng)的效果上。沃爾沃公司發(fā)現(xiàn)，對(duì)于無(wú)人控制的智能車(chē)而言，在錯(cuò)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(cè)試地點(diǎn)選在了瑞典城市哥德堡。一百輛測(cè)試的智能車(chē)按預(yù)定方案行駛在總長(zhǎng)度為五十公里、街道連接交錯(cuò)的哥德堡市區(qū)。鑒于這是首次實(shí)況道路測(cè)試，智能車(chē)內(nèi)均有觀測(cè)人員。不過(guò)他們的主要任務(wù)并非駕駛，而是觀察、記錄，在智能車(chē)出現(xiàn)判斷失誤時(shí)及時(shí)進(jìn)行人為糾正，避免發(fā)生事故。他們發(fā)現(xiàn)，測(cè)試車(chē)輛在面對(duì)不太復(fù)雜的交通狀況時(shí)，已經(jīng)可以進(jìn)行速度調(diào)整、車(chē)道適應(yīng)以及對(duì)擁堵做出正確決策。測(cè)試結(jié)果總體樂(lè)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(wàn)計(jì)、混合著無(wú)人控制的智能車(chē)、傳統(tǒng)車(chē)的街道上，所有車(chē)輛要像往常一樣和諧共處，也許情形不容樂(lè)觀。

我的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

——窺探無(wú)線(xiàn)通信的大學(xué)問(wèn)

我觀察自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、無(wú)人控制車(chē)的工作原理，從宏觀科技方向來(lái)看，傳感器技術(shù)和通信技術(shù)的有效結(jié)合將是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、無(wú)人車(chē)技術(shù)發(fā)展的核心趨勢(shì)。二者在車(chē)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(shí)，發(fā)現(xiàn)它們正與我本科所學(xué)的專(zhuān)業(yè)——通信工程密切吻合！學(xué)校必修的實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)中，紅外傳感收發(fā)器的設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)恰恰是這兩大技術(shù)的小小的項(xiàng)目縮影。

大二暑假五學(xué)分的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，我和兩個(gè)同學(xué)提出設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)雙向傳輸?shù)臒o(wú)線(xiàn)通信模塊。我們翻閱了許多工程項(xiàng)目的書(shū)籍資料，自行設(shè)計(jì)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(gè)人電腦到USB接口轉(zhuǎn)換器到單片機(jī)控制器到無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的一方通信子模塊。一方個(gè)人電腦發(fā)出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)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(wú)線(xiàn)模塊無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)綄?duì)方的無(wú)線(xiàn)模塊中，再經(jīng)對(duì)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(duì)方終端的個(gè)人電腦。我在團(tuán)隊(duì)中擔(dān)任總體規(guī)劃和USB串口程序的編寫(xiě)編譯的角色。從最初的毫無(wú)頭緒到一點(diǎn)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了！當(dāng)我看到單片機(jī)板上標(biāo)志測(cè)試成功的小燈亮起時(shí)，別提有多開(kāi)心了！但是當(dāng)將每個(gè)隊(duì)員分別負(fù)責(zé)的模塊進(jìn)行連接在一起時(shí)，又遇到了很大難題——本應(yīng)智能通話(huà)的兩臺(tái)個(gè)人電腦竟然毫無(wú)反應(yīng)！當(dāng)大家都愁眉苦臉，不知如何是好時(shí)，隊(duì)長(zhǎng)同學(xué)拿著電極筆在每個(gè)連接點(diǎn)上一一測(cè)試，看數(shù)據(jù)究竟傳輸?shù)侥睦飻嗟?。多虧了這個(gè)方法，我們找到了問(wèn)題的核心——局部參數(shù)的設(shè)計(jì)必須得考慮全局的布置，曾經(jīng)適用于單個(gè)模塊的代碼也必須修改調(diào)整以適應(yīng)全局。

我的隊(duì)友之后參加了“全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)電子設(shè)計(jì)大賽”，讓看起來(lái)如兒童玩具大小一般的智能車(chē)，“乖巧”地聽(tīng)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(lài)于遙控器和小車(chē)上無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的通信效果。我的隊(duì)友們將當(dāng)初一起做的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的部分工程心得，運(yùn)用在了智能車(chē)的設(shè)計(jì)上，甚至進(jìn)一步實(shí)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(jī)！

對(duì)我而言，小小的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，不僅僅是成績(jī)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(shí)現(xiàn)？

剛才提及的無(wú)人駕駛智能車(chē)中的一大關(guān)鍵技術(shù)——通訊技術(shù)——是我的小實(shí)驗(yàn)在工業(yè)界的一大高級(jí)應(yīng)用。在“無(wú)人控制、自動(dòng)駕駛”的理念下，實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)（Vehicle to Vehicle ：V2V）、車(chē)與大廈等設(shè)施的實(shí)時(shí)雙向通信，從而避免事故、獲得最佳行路方案，“無(wú)線(xiàn)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(duì)車(chē)身上的雷達(dá)裝置、光學(xué)偵測(cè)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(wú)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(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦镜脑贫朔?wù)器中，服務(wù)器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行引導(dǎo)駕駛。通用汽車(chē)公司也曾開(kāi)發(fā)過(guò)一款應(yīng)用，通過(guò)車(chē)中的V2V信息收發(fā)器，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)快速自我定位，并通過(guò)智能手機(jī)使得汽車(chē)本身可以對(duì)路人發(fā)出Wi-Fi信號(hào)，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(wú)人控制、自動(dòng)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(cè)試車(chē)輛具體實(shí)現(xiàn)了哪些功能呢？

自動(dòng)停車(chē)：光相機(jī)用于找到空閑的停車(chē)位置，超聲波探測(cè)器用于檢測(cè)臨近的障礙物。找到位置后，對(duì)周?chē)h(huán)境不斷檢測(cè)距離，選擇最優(yōu)前進(jìn)、后退、向左、向右的停車(chē)路線(xiàn)，完成停車(chē)。BMW寶馬公司在法蘭克福車(chē)展上發(fā)布了BMW i3系統(tǒng)。i3系統(tǒng)主要依賴(lài)于超聲波探測(cè)器檢測(cè)合適的停車(chē)位置。顯示屏顯示可選位置供車(chē)主選擇。隨后車(chē)主完全進(jìn)行按鍵操作即可，雙手可以離開(kāi)方向盤(pán)，雙腳可以離開(kāi)離合器，完全由汽車(chē)自主停車(chē)。但是全過(guò)程車(chē)主必須保持按鍵、選擇狀態(tài)來(lái)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(wú)人駕駛車(chē)模型。該模型能夠代替人類(lèi)用戶(hù)接管方向盤(pán)，進(jìn)行自動(dòng)停車(chē)操作。人類(lèi)用戶(hù)在停車(chē)操作時(shí)，會(huì)使用到后視鏡、車(chē)內(nèi)攝像屏幕、發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車(chē)。過(guò)程十分復(fù)雜、操作麻煩。停車(chē)技術(shù)好壞多依靠于車(chē)主的主觀經(jīng)驗(yàn)。因此，這一功能的實(shí)現(xiàn)，將令許多停車(chē)技術(shù)欠佳的車(chē)主十分開(kāi)心。

自動(dòng)緊急剎車(chē)：該功能的關(guān)鍵，不在于最終停下，而在于剎車(chē)反應(yīng)過(guò)程的快速。梅賽德斯·奔馳公司的無(wú)人駕駛車(chē)早期版本2005 S-class，利用雷達(dá)檢測(cè)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(kāi)啟自身剎車(chē)系統(tǒng)。但是它也存在很大缺陷：當(dāng)測(cè)試環(huán)境為霧霾天氣時(shí)，雷達(dá)工作失靈。公司提出的改進(jìn)在于：使用多個(gè)、多種傳感器，綜合檢測(cè)前方所有障礙物，避免因?yàn)閱我画h(huán)境因素導(dǎo)致自動(dòng)裝置失效?？梢哉f(shuō)，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(zhǎng)距雷達(dá)、光相機(jī)、超聲波探測(cè)器。這一系統(tǒng)，甚至在有人駕駛車(chē)輛中，也得到重要的應(yīng)用。因?yàn)橛械臅r(shí)候人類(lèi)的反應(yīng)時(shí)間低于高速計(jì)算的機(jī)器系統(tǒng)，并且人類(lèi)在緊張狀態(tài)下不一定能做出正確反應(yīng)。

自動(dòng)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(chē)堵塞時(shí)，每輛汽車(chē)隨著汽車(chē)隊(duì)伍的緩慢移動(dòng)而每次緩緩前進(jìn)幾米甚至更少，這讓不少車(chē)主覺(jué)得麻煩，更生煩躁。此時(shí)，“自動(dòng)漫游控制和交通堵塞助手”便派上用場(chǎng)了。它借助GPS定位器、各類(lèi)攝像頭、傳感器，捕獲紅綠燈的變化信息、自己的車(chē)與前后左右其他車(chē)的實(shí)時(shí)距離，之后把信息反饋給控制臺(tái)。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(lèi)似的信息獲取方式。但是不同之處在于各個(gè)公司對(duì)于控制臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，比如自己的車(chē)該以多大的速率調(diào)整車(chē)距。一些設(shè)計(jì)理念還倡導(dǎo)在等待時(shí)間超過(guò)一定閾值后，開(kāi)啟娛樂(lè)功能如播放音樂(lè)等等，用于緩解交通堵塞時(shí)車(chē)主產(chǎn)生的無(wú)聊情緒。

車(chē)道保持：這是確保安全駕駛的重要規(guī)則，也是各類(lèi)新型無(wú)人駕駛智能車(chē)需要考慮的又一重要功能。車(chē)主需要在高速公路上規(guī)定的交通線(xiàn)之內(nèi)行駛。對(duì)車(chē)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(cè)技術(shù)等等。立體視覺(jué)技術(shù)給軟件系統(tǒng)提供深度距離，而在太陽(yáng)低垂、攝像頭受到影響時(shí)，雷達(dá)探測(cè)器則發(fā)揮主要作用。當(dāng)車(chē)輛偏移正常車(chē)道時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警告，部分先進(jìn)的技術(shù)還能夠開(kāi)啟主動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)，用于擠壓車(chē)輪或剎車(chē)片，從而使得汽車(chē)回到正常車(chē)道。大眾公司近來(lái)宣布了單一車(chē)道線(xiàn)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(chē)道線(xiàn)，確保汽車(chē)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(jiān)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(chēng)，當(dāng)結(jié)合使用自動(dòng)漫游控制系統(tǒng)和相關(guān)GPS定位技術(shù)之后，確定汽車(chē)的經(jīng)度、緯度交叉控制，可以使得自動(dòng)車(chē)道保持這一項(xiàng)技術(shù)得到飛躍發(fā)展。

“無(wú)人駕駛、自動(dòng)控制”從書(shū)面理念一步步走向工業(yè)實(shí)際，對(duì)于我這個(gè)科技愛(ài)好者和通信專(zhuān)業(yè)的工科生而言，感到熱血沸騰！因?yàn)楫?dāng)我看到科學(xué)家、工程師如何一步步攻克困難時(shí)，就好像看到了大學(xué)中那個(gè)編著小程序、改著大框架，最終讓小小的idea成為現(xiàn)實(shí)的自己！

責(zé)任編輯：張婷