智能汽車發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

智能汽車

智能車輛是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運用了計算機、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對智能車輛的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性，以及提供優(yōu)良的人車交互界面。近年來，智能車輛己經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點和汽車工業(yè)增長的新動力，很多發(fā)達國家都將其納入到各自重點發(fā)展的智能交通系統(tǒng)當中。目錄1

概述2

基本結(jié)構(gòu)3

特點4

發(fā)展現(xiàn)狀5

階段層次6

國內(nèi)進展7

國外進展8

未來預測9

商業(yè)模式10

體系架構(gòu)概述所謂“智能車輛”，就是在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進的傳感器（雷達、攝像）、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能的環(huán)境感知能力，能夠自動分析車輛行駛的安全及危險狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達目的地，最終實現(xiàn)替代人來操作的目的。智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同，它指的是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實現(xiàn)的汽車自動駕駛。智能汽車首先有一套導航信息資料庫，存有全國高速公路、普通公路、城市道路以及各種服務(wù)設(shè)施(餐飲、旅館、加油站、景點、停車場)的信息資料；其次是GPS定位系統(tǒng)，利用這個系統(tǒng)精確定位車輛所在的位置，與道路資料庫中的數(shù)據(jù)相比較，確定以后的行駛方向；道路狀況信息系統(tǒng)，由交通管理中心提供實時的前方道路狀況信息，如堵車、事故等，必要時及時改變行駛路線；車輛防碰系統(tǒng)，包括探測雷達、信息處理系統(tǒng)、駕駛控制系統(tǒng)，控制與其他車輛的距離，在探測到障礙物時及時減速或剎車，并把信息傳給指揮中心和其他車輛；緊急報警系統(tǒng)，如果出了事故，自動報告指揮中心進行救援；無線通信系統(tǒng)，用于汽車與指揮中心的聯(lián)絡(luò)；自動駕駛系統(tǒng)，用于控制汽車的點火、改變速度和轉(zhuǎn)向等。通常對車輛的操作實質(zhì)上可視為對一個多輸入、多輸出、輸入輸出關(guān)系復雜多變、不確定多干擾源的復雜非線性系統(tǒng)的控制過程。駕駛員既要接受環(huán)境如道路、擁擠、方向、行人等的信息，還要感受汽車如車速、側(cè)向偏移、橫擺角速度等的信息，然后經(jīng)過判斷、分析和決策，并與自己的駕駛經(jīng)驗相比較，確定出應該做的操縱動作，最后由身體、手、腳等來完成操縱車輛的動作。因此在整個駕駛過程中，駕駛員的人為因素占了很大的比重。一旦出現(xiàn)駕駛員長時間駕車、疲勞駕車、判斷失誤的情況，很容易造成交通事故。通過對車輛智能化技術(shù)的研究和開發(fā)，可以提高車輛的控制與駕駛水平，保障車輛行駛的安全暢通、高效。對智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善，相當于延伸擴展了駕駛員的控制、視覺和感官功能，能極大地促進道路交通的安全性。智能車輛的主要特點是以技術(shù)彌補人為因素的缺陷，使得即便在很復雜的道路情況下，也能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物，沿著預定的道路軌跡行駛。[1]基本結(jié)構(gòu)從具體和現(xiàn)實的方面來看，智能汽車較為成熟的和可預期的功能和系統(tǒng)主要是包括智能駕駛系統(tǒng)、生活服務(wù)系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、位置服務(wù)系統(tǒng)以及用車服務(wù)系統(tǒng)等，各個參與企業(yè)也主要是圍繞上述這些功能系統(tǒng)進行發(fā)展的。這其中，各個系統(tǒng)實際上又包括一些細分的系統(tǒng)和功能，比如智能駕駛系統(tǒng)就是一個大的概念，也是一個最復雜的系統(tǒng)，它包括了：智能傳感系統(tǒng)、智能計算機系統(tǒng)、輔助駕駛系統(tǒng)、智能公交系統(tǒng)等；生活服務(wù)系統(tǒng)包括了影音娛樂，信息查詢以及各類生物服務(wù)等功能；而像位置服務(wù)系統(tǒng)，除了要能提供準確的車輛定位功能外，還要讓汽車能與另外的汽車實現(xiàn)自動位置互通，從而實現(xiàn)約定目標的行駛目的。智能汽車有了這些系統(tǒng)的共同作用，相當于給汽車裝上了“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動操縱系統(tǒng)之類的裝置。智能汽車功能結(jié)構(gòu)示意圖·智能駕駛系統(tǒng)>智能傳感系統(tǒng)>輔助駕駛系統(tǒng)智能計算系統(tǒng)智能公交系統(tǒng)生活服務(wù)系統(tǒng)影音娛樂>信息查詢>服務(wù)訂閱安全防護系統(tǒng)>車輛防盜>車輛追蹤·位置服務(wù)系統(tǒng)位置提示>多車互動·用車輔助系統(tǒng)保養(yǎng)提醒>異常預警>遠程指導照時間順序依次供需要的人使用，因此可以更好地統(tǒng)籌安排家庭內(nèi)車輛使用，提高車輛的使用效率，減少車輛消費總量，有效減少碳排放。另一方面，智能汽車可以根據(jù)實時路況自動選擇到達目的地的最優(yōu)路徑，能源消耗更少。智能汽車將改變當前汽車交通基礎(chǔ)設(shè)施狀況，影響汽車運輸相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。智能汽車的運行需要配套的交通基礎(chǔ)設(shè)施，當前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況將不再適用。例如由于無人駕駛汽車靠傳感器感知路面障礙，或者通過4G/DSRC與道路設(shè)施通信，因此需要在交叉路口、路側(cè)、彎道等布置引導電纜、磁氣標志列、雷達反射性標識、傳感器、通信設(shè)施等。隊列行駛也是智能汽車的另一種形式，即有人駕駛領(lǐng)頭車輛，后面跟隨著無人駕駛車輛編隊，這一技術(shù)將提高汽車運輸?shù)淖詣踊潭?。階段層次從發(fā)展的角度，智能汽車將經(jīng)歷兩個階段。第一階段是智能汽車的初級階段，即輔助駕駛；第二階段是智能汽車發(fā)展的終極階段，即完全替代人的無人駕駛。美國高速公路安全管理局將智能汽車定義為以下五個層次：（1）無智能化（層次0）：由駕駛員時刻完全地控制汽車的原始底層結(jié)構(gòu)，包括制動器、轉(zhuǎn)向器、油門踏板以及起動機。（2）具有特殊功能的智能化（層次1）：該層次汽車具有一個或多個特殊自動控制功能，通過警告防范車禍于未然，可稱之為“輔助駕駛階段”。這一階段的許多技術(shù)大家并不陌生，比如車道偏離警告系統(tǒng)（LDW）、正面碰撞警告系統(tǒng)（FCW）、盲點信息（BLIS）系統(tǒng)。（3）具有多項功能的智能化（層次2）：該層次汽車具有將至少兩個原始控制功能融合在一起實現(xiàn)的系統(tǒng)，完全不需要駕駛員對這些功能進行控制，可稱之為“半自動駕駛階段”。這個階段的汽車會智能地判斷司機是否對警告的危險狀況做出響應，如果沒有，則替司機采取行動，比如緊急自動剎車系統(tǒng)（AEB）、緊急車道輔助系統(tǒng)（ELA）。（4）具有限制條件的無人駕駛（層次3）：該層次汽車能夠在某個特定的駕駛交通環(huán)境下讓駕駛員完全不用控制汽車，而且汽車可以自動檢測環(huán)境的變化以判斷是否返回駕駛員駕駛模式，可稱之為“高度自動駕駛階段”。谷歌無人駕駛汽車基本處于這個層次。（5）全工況無人駕駛（層次4）：該層次汽車完全自動控制車輛，全程檢測交通環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)所有的駕駛目標，駕駛員只需提供目的地或者輸入導航信息，在任何時候都不需要對車輛進行操控，可稱之為“完全自動駕駛階段”或者“無人駕駛階段”。國內(nèi)進展我國從上世紀80年代開始著手無人駕駛汽車的研制開發(fā)，雖與國外相比還有一些距離，但也取得了階段性成果。國內(nèi)中國科學院合肥研究院、清華大學、國防科技大學、上海交通大學、西安交通大學、吉林大學、同濟大學、天津軍交學院等都有過無人駕駛汽車的研究項目。特別是北京理工大學和中國科學院合肥研究院，在無人車技術(shù)上已取得全國領(lǐng)先的水平，在國內(nèi)的多個無人車比賽中經(jīng)常受邀以表演隊的身份參加。1992年，國防科技大學研制成功了我國第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。由計算機及其配套的檢測傳感器和液壓控制系統(tǒng)組成的汽車計算機自動駕駛系統(tǒng)，被安裝在一輛國產(chǎn)的中型面包車上，使該車既保持了原有的人工駕駛性能，又能夠用計算機控制進行自動駕駛行車。2000年6月，國防科技大學研制的第4代無人駕駛汽車試驗成功，最高時速達76km，創(chuàng)下國內(nèi)最高紀錄。2003年7月，國防科技大學和中國一汽聯(lián)合研發(fā)的紅旗無人駕駛轎車高速公路試驗成功，自主駕駛最高穩(wěn)定時速13Okm，其總體技術(shù)性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。THMR—V（TsingHuaMobileRobotV）清華V型智能車是清華大學計算機系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室在中國科學院院士張鈸主持下研制的新一代智能移動機器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能。車體采用道奇7座廂式車改裝，裝備有彩色攝像機和激光測距儀組成的道路與障礙物檢測系統(tǒng)；由差分GPS、磁羅盤和光碼盤組成的組合定位導航系統(tǒng)等。兩套計算機系統(tǒng)分別進行視覺住處處理，完成信息融合、路徑規(guī)劃、行為與決策控制等功能。四臺IPC工控機分別完成激光測距信息處理、定位信息處理、通訊管理、駕駛控制等功能。設(shè)計車速高速公路為80km/h，一般道路為20km/h。已能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下，進行道路跟蹤和避障自主行駛。汽車的智能化可以減輕駕駛員的疲勞，適應復雜的天氣條件，減少交通事故的發(fā)生。此外，西安交通大學搭建了Spingrobot智能車實驗平臺，并于2005年10月成功完成在敦煌“新絲綢之路”活動中的演示。同濟大學2006年研發(fā)了一輛無人駕駛清潔能源電動游覽車，最高時速為50km/h，可應用于人們觀光旅游。吉林大學和中科院沈陽自動化所在無人駕駛智能車方面也研究較早，取得不少成果。[4]國外進展從20世紀70年代，美歐等發(fā)達國家開始進行無人駕駛汽車的研究，大致可以分為二個階段:軍事用途、高速公路環(huán)境和城市環(huán)境。在軍事用途方面，早在80年代初期，美國國防部就大規(guī)模資助自主陸地車輛ALV（AutonomousLandVehicle)的研究。進入21世紀，為促進無人駕駛車輛的研發(fā)，從2004年起，美國國防部高級研究項目局(DARPA)開始舉辦機器車挑戰(zhàn)大賽(GrandChallenge)。該大賽對促進智能車輛技術(shù)交流與創(chuàng)新起到很大激勵作用。在2005年的第二屆比賽中，主辦方只在賽前2小時提供一張光盤，上面提供了比賽路線上2935個“路點”的方位與海拔等詳細資料。整個賽道有急轉(zhuǎn)彎、隧道、路口還有山路，比賽要求參賽車輛能夠自主完成全部路程。最終斯坦福大學的“斯坦利”，獲得了第1名。具有6個奔騰M處理器的電腦完成“斯坦利”的所有程序的處理。車輛移動時，4個激光傳感器、一個雷達系統(tǒng)、一組立體攝像頭和一個單眼視覺系統(tǒng)感知周圍的環(huán)境。2006年德國舉辦了歐洲陸地機器人競賽(EuropeanLandRobotTrial，簡稱(ELROB)),德國的參賽車“途銳”取得了冠軍。該車通過影像處理尋找道路，周圍景物被處理成3D影像。該車由光學定向與測距系統(tǒng)對收集的信息進行導航?jīng)Q策，分析哪里是行人哪里是樹木?！巴句J”自主行駛了90%的賽程，不過在通過關(guān)鍵十字路口時還是靠手動駕駛。未來預測美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）預測，本世紀中葉前，無人駕駛汽車將占據(jù)全球汽車保有量的75%，汽車交通系統(tǒng)概念將迎來變革，交通規(guī)則、基礎(chǔ)設(shè)施都將隨著無人駕駛汽車的出現(xiàn)而發(fā)生劇變，智能汽車可能顛覆當前的汽車交通運輸產(chǎn)業(yè)運作模式。汽車行業(yè)著名咨詢機構(gòu)IHS發(fā)布預測報告稱，“通過電腦系統(tǒng)實現(xiàn)無人駕駛的智能汽車”，其發(fā)展速度正在趕超純電動汽車，2025年左右將走進尋常百姓家，2035年銷量將達到1180萬輛，占同期全球汽車市場總銷量的9%。以往在科幻大片中才能見到的無人駕駛汽車似乎離我們的現(xiàn)實生活越來越近了。商業(yè)模式一、和汽車駕駛相關(guān)的數(shù)字化創(chuàng)新將主要由汽車廠商和一級零部件供應商主導。與娛樂互動的創(chuàng)新不同，和汽車駕駛相關(guān)的數(shù)字化創(chuàng)新，比如汽車安全信息展示/報警、巡航控制、泊車助理、夜視助理等，主要牽涉到汽車的核心性能，這些性能需要與發(fā)動機、變速箱等核心零部件相連接，需要很強的汽車產(chǎn)品相關(guān)經(jīng)驗。另外，這類創(chuàng)新部分與安全性緊密相關(guān)，且會直接牽涉到法律責任。因此，汽車廠商或一級零部件供應商傾向于保持對這類創(chuàng)新的主導。二、汽車無人駕駛技術(shù)在未來5-8年內(nèi)將難以大規(guī)模推廣應用。雖然Google的無人駕駛系統(tǒng)在不斷取得進展，但可靠性和法律法規(guī)會成為這項技術(shù)的重要障礙。自動汽車駕駛系統(tǒng)的可靠性仍然需要較長時間的驗證，比如大規(guī)模應用時，如何保證軟件系統(tǒng)不受病毒感染，從而避免造成重大的交通事故。法律上，全球的法律系統(tǒng)都跟不上技術(shù)的發(fā)展步伐。比如美國仍然要求車輛在駕駛時必須完全處于駕駛員的控制之下。同時如果這類車輛發(fā)生事故，責任如何鑒定?是駕駛員的責任，還是應該由汽車廠商、軟件提供商負責?相關(guān)法律問題得到解決之前，大規(guī)模的推廣應用將不會實現(xiàn)。三、汽車廠商仍將對車載應用軟件(Apps)保持謹慎的態(tài)度。車載的娛樂應用，比如車載Twitter/微博、Facebook的更新等，由于可能影響駕駛員的注意力集中而造成車禍，汽車廠家對此類應用將持進一步謹慎態(tài)度。美國的交通部已經(jīng)發(fā)出指導建議，希望各汽車廠商能夠設(shè)置自動功能，當汽車處于運動狀態(tài)時，自動停止社交媒體應用、短信、撥十位數(shù)字的電話等。各大廠商也在加強聲控Apps的開發(fā)，這樣將能保持駕駛者對路面的關(guān)注?？梢灶A料聲控技術(shù)將能在汽車上有較廣闊的應用空間。中國上汽榮威的InkaNet(一款車載智能系統(tǒng))做出了初步成功的嘗試。四、IT和電子消費品廠商將更加完善人機互動技術(shù)(HMI)，這將提升消費者對汽車內(nèi)HMI的預期。奧迪汽車CEO魯伯特·施泰德(RupertStadler)2012年曾說過：“汽車開發(fā)的步伐是沒法跟上娛樂電子產(chǎn)品的。我們整車開發(fā)到上市共需要60個月左右，而此期間蘋果可以推出五代iPhone了?！蹦脤汃R來說，從2001年推出iDrive至今只更新過兩次系統(tǒng)，為第三代iDrive。未來，一些電子產(chǎn)品的常用技術(shù)，如語音識別、文字信息朗讀、直接操作、手勢變化、人眼動作識別和跟蹤將被消費者青睞。又比如，增強顯示、抬頭顯示、三維顯示和接近頭盔顯示器的解決方案也將被期望用到汽車顯示上。五、汽車行業(yè)的數(shù)量規(guī)模不到IT消費品行業(yè)的5%，在娛樂互動類技術(shù)創(chuàng)新上相對較弱，但汽車企業(yè)仍然具有較強的談判能力。汽車在數(shù)字化時代的另一個重大應用就是娛樂互動。由于IT電子類企業(yè)對消費者把握更加準確，同時由于電子產(chǎn)品數(shù)量規(guī)模龐大，能通過較大的規(guī)模分攤龐大的研發(fā)費用。比如智能手機2011年全球出貨約5億部，而裝有汽車娛樂互動設(shè)備的汽車只有不到2500萬輛。因此，IT消費品行業(yè)在娛樂互動軟硬件產(chǎn)品上的創(chuàng)新能力領(lǐng)先于汽車及零部件行業(yè)。六、消費者將不愿意為車內(nèi)的數(shù)據(jù)信息和Apps額外付費。未來，廠商如果試圖通過提供更多的信息和Apps應用來收費，則比較困難。比如，OnStar在北美第二年付費的比例不到60%，第三年付費比例不到50%。主要因為一方面消費者認為通過手機等其它智能設(shè)備能得到相關(guān)信息和功能，而且費用還要便宜很多。另一方面，消費者對各種應用的價值還并未完全認可，而且月費制使消費者可以隨時停用，而不會受到任何懲戒。七、未來僅僅豪華品牌能支持完全獨立的娛樂互動系統(tǒng)(飛行駕駛艙模式)，但通?？蛻趔w驗不是非常好;采用獨立第三方軟硬件商業(yè)模式是各非豪華品牌品牌主要策略。汽車廠商的娛樂信息系統(tǒng)，共有三種業(yè)務(wù)策略。第一種我們稱之為飛行駕駛艙模式，也就是汽車廠商完全是獨立的研發(fā)，不依賴于第三方供應商。比如寶馬的iDrive、奧迪的MMI等。第二種是共建平臺模式，也就是汽車廠商在系統(tǒng)平臺上，依賴于其它軟件供應商。比如微軟為福特提供的SYNC，為豐田提供的Entune技術(shù)。第三種就是常見的零散的產(chǎn)品功能植入，比如常見的藍牙技術(shù)、MP3應用等。一般來說，豪華品牌樂于采用第一種模式，主要原因是為了與其它品牌形成差異化，擁有獨一無二的技術(shù)特點。但問題是，這些豪華品牌提供客戶體驗口碑并不是非常令人滿意，比如寶馬的iDrive學會怎么用要花不少時間，駕駛者有時需要轉(zhuǎn)移目光去看屏幕才能操作。奧迪的MMI也有類似問題，操作菜單太復雜。而福特、豐田和日產(chǎn)等廠商則采用第二種模式，與專業(yè)公司合作。人機互動則相對較好，不過聲控識別效果還有待提升。八、汽車廠商將沿數(shù)字化的價值鏈上下游進一步延伸不斷創(chuàng)新商業(yè)模式和業(yè)務(wù)類型。寶馬公司前不久設(shè)立了iVentures公司，主要從事風險投資業(yè)務(wù)。投資的對象則是汽車移動解決方案方面的創(chuàng)業(yè)公司，往價值鏈的上游進一步延伸觸角;通用汽車正與以色列的Bezalel公司合作，關(guān)注如何在為后排乘客，尤其是兒童的娛樂提供更多的解決方案;福特和WellDoc合作，推出E-HealthMonitoring服務(wù);豐田和合作，針對豐田車主推出“ToyotaFriend”的社交網(wǎng)絡(luò)，往價值鏈的下游邁出了新的一步。有理由相信，各汽車品牌擁有龐大的消費群體，汽車企業(yè)將會進一步挖掘這些客戶的商業(yè)價值，新的商業(yè)模式將會層出不窮。而從技術(shù)角度，車輛網(wǎng)、手機與汽車云鏈接等創(chuàng)新應用也可期待。體系架構(gòu)通過車載傳感系統(tǒng)，智能汽車本身具備主動的環(huán)境感知能力，此外，它也是智能交通系統(tǒng)（ITS）的核心組成部分，是車聯(lián)網(wǎng)體系的一個結(jié)點，通過車載信息終端實現(xiàn)與人、車、路、互聯(lián)網(wǎng)等