谷歌的無(wú)人駕駛技課件

第三組：郟高祥一、研究背景21世紀(jì)初，美國(guó)國(guó)會(huì)指示美國(guó)軍方開(kāi)始設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛汽車，國(guó)會(huì)甚至給五角大樓定下了一個(gè)具體目標(biāo)；到2021年，1/3的軍隊(duì)用車應(yīng)該能在沒(méi)有人類駕駛員的情況下到達(dá)設(shè)定好的目標(biāo)位置。不過(guò)，這一指令并沒(méi)有明確指定是自動(dòng)駕駛還是遠(yuǎn)程遙控車輛，但對(duì)兩種情況的考慮是一樣的：智能車輛能夠節(jié)約資金，并減少士兵傷亡。圖中為2005年的冠軍斯坦福大學(xué)的史坦利號(hào)(Stanley〕2.1硅谷精英低調(diào)研發(fā)谷歌汽車

2007年，DAPRA挑戰(zhàn)賽決賽結(jié)束后不到一年，特龍從斯坦福大學(xué)辭職，開(kāi)始了在谷歌的全職工作，他的離職從來(lái)沒(méi)有被公之于眾，甚至也沒(méi)有被媒體提及。加盟谷歌后，特龍第一個(gè)工程就創(chuàng)立了街景車隊(duì)，捕捉美國(guó)每一條街道上的民宅和企業(yè)的數(shù)字影像。

二、研究過(guò)程2021年，特龍開(kāi)始了另一個(gè)更具野心的嘗試：能在公共街道和高速公路上穿行的無(wú)人自動(dòng)駕駛汽車。無(wú)人駕駛汽車的主要原理在于通過(guò)車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)；同時(shí)通過(guò)車載傳感器感知周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠平安、可靠地在道路上行駛。任何一場(chǎng)事故都可能消滅尚在襁褓之中的谷歌汽車，因此在工程起步的時(shí)候，特龍便已經(jīng)建立了詳盡的平安制度。他敏銳地意識(shí)到，如果這一工程中有任何差池，那么便會(huì)帶來(lái)異常災(zāi)難。他從來(lái)都不允許未經(jīng)訓(xùn)練的司機(jī)靠近研發(fā)用的豐田普銳斯車隊(duì)的方向盤。這些汽車已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)8O萬(wàn)公里以上的零事故行駛，但特龍明白，即使每80-160萬(wàn)公里內(nèi)僅會(huì)出現(xiàn)一次錯(cuò)誤，這樣的錯(cuò)誤率仍然高得讓人害怕。

這款谷歌汽車與普通汽車相比有兩大區(qū)別：一是車身布滿了各種傳感器，有雷達(dá)，車道保持系統(tǒng)，

激光測(cè)距系統(tǒng)，紅外攝像頭，GPS/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等。這些傳感器能收集周圍360度全方位的環(huán)境信息，幫助智能駕駛系統(tǒng)理解和感知周圍的環(huán)境；二是這輛車沒(méi)有方向盤、油門和剎車，完全是為了無(wú)人駕駛而設(shè)計(jì)的。同時(shí)，智能駕駛系統(tǒng)還要預(yù)測(cè)周邊物體的行為，這十分具有挑戰(zhàn)性。SICK公司激光雷達(dá)。用于檢測(cè)周圍障礙物，無(wú)人車需要能夠感知周圍環(huán)境，又不能像人一樣單純用眼睛完成，于是這玩意可以返回周圍障礙物的距離，誤差毫米級(jí)。5個(gè)SICK，一個(gè)SICK當(dāng)時(shí)等價(jià)于一輛帕薩特。360度多線激光雷達(dá)，現(xiàn)在價(jià)值3個(gè)帕薩特除了激光雷達(dá)〔避障〕，還有有毫米波雷達(dá)〔探測(cè)〕、GPS〔定位〕、里程計(jì)〔定位〕、陀螺儀〔定位〕、視覺(jué)系統(tǒng)〔檢測(cè)、避障〕、數(shù)傳電臺(tái)〔監(jiān)控〕等等。GPS的定位精度遠(yuǎn)達(dá)不到無(wú)人車的需求，GPS官方定位精度“<10m〞，更高精度的GPS根本要依靠差分完成。差分的原理很簡(jiǎn)單：設(shè)置一個(gè)固定基站，固定基站校準(zhǔn)位置，再將信號(hào)傳遞給車載設(shè)備，車載設(shè)備在接收到基站信號(hào)和GPS信號(hào)后差分獲得。但是每一個(gè)基站的有效范圍也就30km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到無(wú)人車的應(yīng)用要求。如果是“<1米〞的精度對(duì)于車輛定位根本上夠用，但是GPS一定要在空曠的場(chǎng)地上才能得到這種級(jí)別的定位精度。而且，當(dāng)無(wú)人車行駛到比較偏僻的地方，可能GPS沒(méi)信號(hào)，這樣的話就需要尋找更加精確的定位方式。

2.2無(wú)人車定位問(wèn)題

這時(shí)就需要里程計(jì)+陀螺儀，俗稱慣性導(dǎo)航單元。這套系統(tǒng)的原理就是：花錢越多，有效時(shí)間越久。如果要能在沒(méi)有GPS的情況下堅(jiān)持20分鐘，3個(gè)帕薩特。原因是里程計(jì)、陀螺儀都存在累積誤差。注意誤差是累計(jì)的，也就是說(shuō)上一時(shí)刻是0.5m的誤差，下一時(shí)刻指定大于0.5m。因此要盡可能約束累積誤差，使其數(shù)量級(jí)很低，那么就要上光纖陀螺。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，體積小，重量輕，有很高的靈敏度和分辨率。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1、由于它是不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)，故隱蔽性好，也不受外界電磁干擾的影響；2、可全天候、全時(shí)間地工作于空中、地球外表乃至水下；3、能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低；4、數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。2.3城市路測(cè)表現(xiàn)并不完美

2021年的情人節(jié)，對(duì)于谷歌汽車來(lái)說(shuō)頗為郁悶。2月14日當(dāng)天，一輛進(jìn)行路測(cè)的谷歌汽車試圖變道并入緩慢移動(dòng)的車流時(shí)，一名大巴司機(jī)并沒(méi)有減速留出空間，導(dǎo)致兩輛車發(fā)生輕微碰撞。當(dāng)時(shí)為了轉(zhuǎn)彎，這輛谷歌汽車已靠近路邊行駛，為同一車道內(nèi)仍保持直行的其他車輛讓出空間。但在發(fā)現(xiàn)前方道路被一堆沙袋阻擋后，這輛谷歌汽車不得不駛回車流當(dāng)中，由此造成了這起事故。谷歌在事后發(fā)布的公告中將這起事故歸咎于“一系列棘手的情況〞這是一個(gè)關(guān)于協(xié)商的典型例子，而這種協(xié)商是駕駛的一個(gè)正常組成局部一我們都試圖在預(yù)判對(duì)方的運(yùn)動(dòng)。對(duì)車?yán)锏某丝蛠?lái)說(shuō),谷歌汽車行駛到一處紅燈前時(shí)采取的操作更是令人氣惱。當(dāng)時(shí),車流量屬中等，安裝在谷歌汽車頂部的激光系統(tǒng)檢測(cè)到,反方向的一輛車正在以高于平安水平的車速朝著紅燈開(kāi)來(lái)。于是，谷歌汽車猛地右拐，以防撞車。但其實(shí)，那輛車的行為不過(guò)是人類司機(jī)通常會(huì)做的:遇到紅燈時(shí)不夠小心，但司機(jī)還是很及時(shí)地停了下來(lái)。

盡管谷歌無(wú)人駕駛汽車的實(shí)際路測(cè)并不完美，但特龍堅(jiān)信，人類是糟糕而可怕的司機(jī)，這主要是因?yàn)槿巳菀追稿e(cuò)誤，精力不集中。而有了無(wú)人駕駛汽車，交通事故會(huì)大量減少，樂(lè)觀預(yù)計(jì)，無(wú)人駕駛汽車上路后有望降低90%的交通事故，甚至零傷亡也可以成為一種可能。正是在這種令世界變得更好的強(qiáng)烈意愿支持下，特龍團(tuán)隊(duì)以及全球眾多無(wú)人駕駛汽車研發(fā)團(tuán)隊(duì)在這條改變?nèi)祟愇磥?lái)交通方式的道路上，篳路藍(lán)縷，努力前行。盡管真正意義上的無(wú)人駕駛汽車還有很長(zhǎng)一段路要走，但它確實(shí)給未來(lái)的交通開(kāi)啟了一條不同的道路傳統(tǒng)道路上配有更智慧、更平安的人類司機(jī)；而在另一條未來(lái)之路上，人類將成為乘客。車頂上的掃描器發(fā)射64束激光射線，然后激光碰到車輛周圍的物體，又反射回來(lái)，這樣就計(jì)算出了物體的距離。另一套在底部的系統(tǒng)測(cè)量出車輛在三個(gè)方向上的加速度、角速度等數(shù)據(jù)，然后再結(jié)合GPS數(shù)據(jù)計(jì)算出車輛的位置，所有這些數(shù)據(jù)與車載攝像機(jī)捕獲的圖像一起輸入計(jì)算機(jī)，軟件以極高的速度處理這些數(shù)據(jù)。這樣，系統(tǒng)就可以非常迅速的作出判斷。四、未來(lái)展望盡管各大車企紛紛表示，2021年左右推出第一批真正意義上的量產(chǎn)自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)品，但在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)資深人士看來(lái)，完全自動(dòng)駕駛汽車要想駛?cè)雽こ０傩占?，還須“過(guò)三關(guān)〞：二