我们一起把方向盘拿掉

李露

相比于传统手动驾驶，近年来兴起的无人驾驶智能车辆引起了各界极大的兴趣。“无人控制、自动驾驶”，不仅意味着车主对于方向盘、离合器等传统开车必备装置使用频率的减少，还意味着车主将要扮演监控、指挥等新的角色，更意味着人们几百年来的车辆驾驶方式实现了革新和重塑。

谷歌vs沃尔沃：

无人驾驶智能车已上路

在谷歌最新发布的无人驾驶车辆实体模型中，仅有驾驶位和副驾驶位，无方向盘、控制脚踏踏板等传统装置。甚至驾驶位都成了摆设，车主无需坐在车中，只需要对相应的遥控器进行按键操作即可。这款无人驾驶智能车可行驶的速度不能超过每小时四十公里，能量供应为高级电池。在未来两年内，谷歌将在美国加利福尼亚州进行大范围的道路测试。相比于丰田公司的Prius、梅赛德斯公司的特斯拉S等无人驾驶车辆样车，谷歌生产的造型更为娇小有趣。其内部技术主要依赖于LIDAR系统，在车身不同位置也装有具有不同功能的传感器。

就在今年的四月份，谷歌刚刚宣布了它近年来智能汽车工业的又一大重要突破。这一批发布的自动驾驶车辆，已经无事故无故障、安全行驶了七十万英里。在无人驾驶智能车实现“长距离安全可靠行驶”这一功能方面，谷歌取得了实际的进步。

汽车业巨头沃尔沃不甘其后。就在2014年4月，谷歌对其无人驾驶车辆进行道路测试后的几天，沃尔沃公司宣布，它也开始对自己生产的无人控制智能车进行街道测试。如果说谷歌公司的测试让人们聚焦在其智能车工业最新技术的发展、有趣的造型上，那么沃尔沃公司的道路测试，则让人们把目光更多地投向了智能车对于路况适应的效果上。沃尔沃公司发现，对于无人控制的智能车而言，在错综复杂的街道上行驶，要远比在高速公路上行驶困难。

测试地点选在了瑞典城市哥德堡。一百辆测试的智能车按预定方案行驶在总长度为五十公里、街道连接交错的哥德堡市区。鉴于这是首次实况道路测试，智能车内均有观测人员。不过他们的主要任务并非驾驶，而是观察、记录，在智能车出现判断失误时及时进行人为纠正，避免发生事故。他们发现，测试车辆在面对不太复杂的交通状况时，已经可以进行速度调整、车道适应以及对拥堵做出正确决策。测试结果总体乐观，但是沃尔沃发言人艾瑞克·寇林格也坦承，当在数目达到百万计、混合着无人控制的智能车、传统车的街道上，所有车辆要像往常一样和谐共处，也许情形不容乐观。

我的创新实验

——窥探无线通信的大学问

我观察自动驾驶系统、无人控制车的工作原理，从宏观科技方向来看，传感器技术和通信技术的有效结合将是自动驾驶系统、无人车技术发展的核心趋势。二者在车辆的安全行驶方面均起到了重要作用。当我了解到这两种技术时，发现它们正与我本科所学的专业——通信工程密切吻合！学校必修的实验课环节中，红外传感收发器的设计、实时数据传输的无线通信系统恰恰是这两大技术的小小的项目缩影。

大二暑假五学分的创新实验中，我和两个同学提出设计一个能实现数据实时双向传输的无线通信模块。我们翻阅了许多工程项目的书籍资料，自行设计分立的功能模块。经历了反复修改、检查，最终确定了从个人电脑到USB接口转换器到单片机控制器到无线收发模块的一方通信子模块。一方个人电脑发出数据，经过USB接口转换器传输到单片机中，单片机再发出控制指令，让特定数据经自己这一方的无线模块无线传输到对方的无线模块中，再经对方子系统的单片机控制器、接口转换器，最终达到对方终端的个人电脑。我在团队中担任总体规划和USB串口程序的编写编译的角色。从最初的毫无头绪到一点点模仿其他程序进行学习、创新，USB接口转换器的串口功能终于被我实现了！当我看到单片机板上标志测试成功的小灯亮起时，别提有多开心了！但是当将每个队员分别负责的模块进行连接在一起时，又遇到了很大难题——本应智能通话的两台个人电脑竟然毫无反应！当大家都愁眉苦脸，不知如何是好时，队长同学拿着电极笔在每个连接点上一一测试，看数据究竟传输到哪里断的。多亏了这个方法，我们找到了问题的核心——局部参数的设计必须得考虑全局的布置，曾经适用于单个模块的代码也必须修改调整以适应全局。

我的队友之后参加了“全国大学生智能车电子设计大赛”，让看起来如儿童玩具大小一般的智能车，“乖巧”地听从遥控者的指令，在赛道上爬坡、下降、转弯、加速、减速等等，这非常依赖于遥控器和小车上无线收发模块的通信效果。我的队友们将当初一起做的创新实验中的部分工程心得，运用在了智能车的设计上，甚至进一步实现了工程创新，最终拿到了华北赛区第一名的好成绩！

对我而言，小小的数据实时无线通信系统的设计成功，不仅仅是成绩单上的“优秀”，更是让我将自身课堂所学与最前沿工业应用进行接轨的绝佳途径！

什么技术在支撑？

什么功能已实现？

刚才提及的无人驾驶智能车中的一大关键技术——通讯技术——是我的小实验在工业界的一大高级应用。在“无人控制、自动驾驶”的理念下，实现车与车（Vehicle to Vehicle ：V2V）、车与大厦等设施的实时双向通信，从而避免事故、获得最佳行路方案，“无线通信”的支持必不可少。梅赛德斯·奔驰公司曾提出“Car to X”的全新通信系统。该系统对车身上的雷达装置、光学侦测系统进行统一整合，接收详细的路况数据，自行做出最佳行驶方案。一旦系统无法辨别路况数据，驾驶者也可以将接收到的路况信息通过网络传输到公司的云端服务器中，服务器经过数据分析后，对车辆进行引导驾驶。通用汽车公司也曾开发过一款应用，通过车中的V2V信息收发器，使车辆实现快速自我定位，并通过智能手机使得汽车本身可以对路人发出Wi-Fi信号，将有效信息快速反应给路人，从而减少碰撞、伤亡的概率。

明确了“无人控制、自动驾驶”概念中支撑具体功能的宏观技术背景，那么目前研发出的测试车辆具体实现了哪些功能呢？

自动停车：光相机用于找到空闲的停车位置，超声波探测器用于检测临近的障碍物。找到位置后，对周围环境不断检测距离，选择最优前进、后退、向左、向右的停车路线，完成停车。BMW宝马公司在法兰克福车展上发布了BMW i3系统。i3系统主要依赖于超声波探测器检测合适的停车位置。显示屏显示可选位置供车主选择。随后车主完全进行按键操作即可，双手可以离开方向盘，双脚可以离开离合器，完全由汽车自主停车。但是全过程车主必须保持按键、选择状态来确保他是指令的发布者。丰田公司在日本发布Prius Model这一无人驾驶车模型。该模型能够代替人类用户接管方向盘，进行自动停车操作。人类用户在停车操作时，会使用到后视镜、车内摄像屏幕、发动机、刹车。过程十分复杂、操作麻烦。停车技术好坏多依靠于车主的主观经验。因此，这一功能的实现，将令许多停车技术欠佳的车主十分开心。

自动紧急刹车：该功能的关键，不在于最终停下，而在于刹车反应过程的快速。梅赛德斯·奔驰公司的无人驾驶车早期版本2005 S-class，利用雷达检测前方障碍物，发现障碍物后，一方面警告前方行人、司机，一方面开启自身刹车系统。但是它也存在很大缺陷：当测试环境为雾霾天气时，雷达工作失灵。公司提出的改进在于：使用多个、多种传感器，综合检测前方所有障碍物，避免因为单一环境因素导致自动装置失效。可以说，奔驰公司完成了当初的技术提升构想。今天的S-class，拥有短程雷达、长距雷达、光相机、超声波探测器。这一系统，甚至在有人驾驶车辆中，也得到重要的应用。因为有的时候人类的反应时间低于高速计算的机器系统，并且人类在紧张状态下不一定能做出正确反应。

自动漫游控制和交通堵塞助手：在市区或高速公路发生一连串汽车堵塞时，每辆汽车随着汽车队伍的缓慢移动而每次缓缓前进几米甚至更少，这让不少车主觉得麻烦，更生烦躁。此时，“自动漫游控制和交通堵塞助手”便派上用场了。它借助GPS定位器、各类摄像头、传感器，捕获红绿灯的变化信息、自己的车与前后左右其他车的实时距离，之后把信息反馈给控制台。目前宝马、梅赛德斯、奥迪等公司几乎都与相同的供应商合作，采用类似的信息获取方式。但是不同之处在于各个公司对于控制台控制系统的设计，比如自己的车该以多大的速率调整车距。一些设计理念还倡导在等待时间超过一定阈值后，开启娱乐功能如播放音乐等等，用于缓解交通堵塞时车主产生的无聊情绪。

车道保持：这是确保安全驾驶的重要规则，也是各类新型无人驾驶智能车需要考虑的又一重要功能。车主需要在高速公路上规定的交通线之内行驶。对车道进行跟踪的原理方面，大体包括图像处理技术、雷达探测技术等等。立体视觉技术给软件系统提供深度距离，而在太阳低垂、摄像头受到影响时，雷达探测器则发挥主要作用。当车辆偏移正常车道时，系统将发出警告，部分先进的技术还能够开启主动应急系统，用于挤压车轮或刹车片，从而使得汽车回到正常车道。大众公司近来宣布了单一车道线跟踪技术，系统可以在夜间甚至大雾天气精确地追踪车道线，确保汽车在安全区域内行驶。公司拒绝提供技术细节，但是坚定地保证其系统性能的安全可靠。宝马公司的发言人声称，当结合使用自动漫游控制系统和相关GPS定位技术之后，确定汽车的经度、纬度交叉控制，可以使得自动车道保持这一项技术得到飞跃发展。

“无人驾驶、自动控制”从书面理念一步步走向工业实际，对于我这个科技爱好者和通信专业的工科生而言，感到热血沸腾！因为当我看到科学家、工程师如何一步步攻克困难时，就好像看到了大学中那个编着小程序、改着大框架，最终让小小的idea成为现实的自己！

责任编辑：张婷