无人驾驶汽车,又称自动驾驶汽车或轮式移动机器人,是一种运输动力的无人地面载具。我们理想的无人驾驶汽车是无需人类操作即能从地点A行驶到地点B,不管途中环境多复杂天气多恶劣都由机器自己完成。无人驾驶汽车的核心在于无人驾驶技术,如果说汽车工业是制造业的皇冠,那么无人驾驶技术就是皇冠上的明珠。

 

无人驾驶分级

    针对无人驾驶汽车自动化的程度一般可以分为6个级别,按照自动化程度从低到高顺序分别为Level0到Level5。


    Level0:无任何自动化驾驶功能,行驶过程完全依靠人类司机控制汽车,包括汽车启动、行驶过程中的各种环境状况的观察、各种操作决策等等。简单来说,需要人类控制驾驶的汽车都属于这个级别。


    Level1:单一功能自动化,行驶过程中将部分控制权交给机器管理,但是司机仍然需要把控整体。比如自适应巡航、应急刹车辅助、车道保持等等。司机手脚不能同时脱离控制系统。


    Level2:部分自动化,行驶过程中司机和汽车共享汽车控制权,在某些预设环境下司机能够完全脱离控制系统,但司机需要随时待命,且需要在短时间内接管汽车。


    Level3:有条件自动化,在有限情况下实现自动行驶。比如在高速路上机器完全负责整个汽车的操控,司机可以完全完全脱离控制系统,司机需要随时待命,但有足够的预警时间。


    Level4:高度自动化,在特定道路限定下行驶过程中无需司机介入。司机仅需要设置好起点和终点即可,剩下的交由汽车自行控制。


    Level5:完全自动化,在任何环境中行驶都无需司机介入。司机仅需要设置好起点和终点即可,剩下的交由汽车自行控制。

 

无线雷达

    无线雷达(RadioDetectionandRanging)是汽车上很常见的组件,它的工作原理是发射出无线电波后经过远处物体将无线电波反射回来从而达到探测效果。通过无线雷达能够获得物体的数量、大小、运动速度、运动方向等等信息,在无人驾驶领域它经常被用于自适应巡航和自动紧急制动场景。


    雷达向目标区域发出无线电波,某个物体将无线电波反射回来,便能够计算两者之间的距离。距离d=c⋅t/2,其中t为从无线电波发射到反射回来的时间间隔,c为光速(3⋅10的八次方米每秒)。


    雷达可用来识别数百码之外的物体,并且能够检测它的大小及运动速度。但它不能够捕获到物体的细节。

激光雷达

    激光雷达LiDAR(LightDetectionandRanging),即激光探测及测距系统,是以发射激光束来探测物体的雷达系统。其工作原理是向目标物体发射大量激光束探测信号,然后接收器处理目标反射回来的信号即可获得目标的有关信息,比如目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息。无人驾驶汽车的激光雷达一般都安装在车顶上,不断地高速旋转对周围环境进行扫描,通过它能够得到周围物体的三维信息。


    激光雷达的测量原理相对比较简单,比如下图中车上的激光雷达向目标物体发出一束激光,就可以通过光速来计算距离了,而加上光束的角度后则能得到更多指标。


    对于实际立体物体,通过激光雷达对整个物体扫描就能够形成3D点云。激光雷达对目标发射出多个光束,接收器接收反射回来的光束后对信号进行处理,从而形成3D点云。


    激光雷达提供了比无线雷达更高分辨率的解决方案,能比无线雷达捕获更多信息。激光雷达造价贵,运行时需要不停旋转,同时它无法在多雾多尘的天气工作。

 

GPS

    GPS是最常用的定位技术,在无人驾驶汽车中会通过其进行定位。GPS的更新频率为10Hz,所以它缺乏实时性。此外,GPS民用版的误差能达到好几米,所以完全靠GPS进行定位导航非常容易导致交通事故。


    GPS的定位使用了三边测量法,卫星与接收装置之间的距离通过传输时间来测量距离,然后通过多颗卫星的位置便能够计算接收装置的位置,GPS一般会使用4颗以上的卫星来定位接受装置的3D位置信息。

总结

 

无人驾驶汽车的核心是感知能力,无人车有四种不同视野的眼睛,包括无线雷达、激光雷达、超声波雷达和摄像头,通过它们能得到不同的视野。在定位方面无人驾驶汽车使用GPS与惯性策略装置,再加上高精电子地图就能够实现非常精准的定位。此外,为了能让无人车与环境进行通信交互,V2X被提出来,包括V2V、V2I、V2P。