科普：自动驾驶汽车究竟是如何工作的？

前不久，Uber在美国旧金山开通了自动驾驶汽车服务。谷歌的母公司Alphabet几乎同一时间对外宣布：将自动驾驶项目从X实验室拆分出来，以Waymo的名字独立运营。美国联邦*开始针对自动驾驶汽车制定官方的行业规范。这一系列的消息都在向我们说明：自动驾驶距离广大普通消费者的生活越来越近了。

然而所谓的自动驾驶，究竟是如何实现的呢？将在这篇文章中做一个全面的解答。

主要零部件

如图所示，一般的自动驾驶汽车通常都会具备如下的4种主要零部件。

激光雷达。工作过程中会一直旋转，通过激光束探测的方式生成汽车周围环境的360度成像信息。

摄像头。利用多摄像头的成像视差来测算周围物体和汽车之间的距离。同时也被用来识别红绿灯和各种交通指示牌，以及周围的行人和自行车等物体。

无线传感器。与摄像头协同工作，通过无线信号直接探测周围近处物体距离汽车的精确距离。

主控系统。通常位于汽车的尾箱，用于处理各种传感器的感知信号，并与预先存储在系统内的地图数据对比，评估自动驾驶汽车的实时状况。

自动驾驶汽车究竟看到了什么？

通过各种传感器的协同作用，自动驾驶汽车将收集到周围物体的一系列相关信息——例如体积大孝运行速度等。之后，主控系统会根据这些物体的运动特征将其分类并显示出来。例如用红色的方块代表自行车，用黄色的方块代表行人，紫色的方块代表机动车等（如上图所示）。

一些你可能用过的自动驾驶特性

防碰撞系统

有些普通汽车已经具备了自动防碰撞的功能。这些汽车可以利用车身的无线传感器、激光雷达或者摄像头判断前方的物体，并提前刹车。有些系统还能区分前方的物体到底是行人还是其他车辆。如果驾驶员一不小心忽略了警告信息，一部分系统会在碰撞发生之前强制停车。

变道警告

有些汽车可以防止驾驶员变道，从而避免由此引发的危险。当驾驶员转动方向盘试图变道时，这些车辆会发出蜂鸣警告，或者亮起警告指示灯，有些系统甚至会强制性地微调方向盘，将汽车引回自己原本的车道。

盲区探测

有些汽车可以利用无线传感器或者摄像头探测驾驶员视线盲区的物体，一旦发现有其他车辆或者行人靠近，就会发出蜂鸣警告，或者亮起警告指示灯。例如有些系统探测到右后方有车辆靠近时，就会在右侧后视镜或者挡风玻璃右侧的支柱上显示警告信息。

自动巡航

有些汽车可以根据预先设定好的距离，与前方车辆保持相对车距恒定不变，当前方车辆加速时，自动巡航的车辆也会跟着加速，反之也会跟着减速。如果在巡航过程中有其他车辆汇入，则系统会自动调整车速，与后来加入的车辆依旧保持预先设定好的车距。这一功能在塞车长队中非常适用。

自动停车

现在许多汽车都具有自动停车功能，具有这一功能的车辆可以根据车身的超声波传感器和摄像头自动控制汽车停靠在既定的停车位，而不需要驾驶员的介入（但也有需要驾驶员按照语音命令手动操作的情况）。这一功能最早出现在2003年的丰田Prius车型，后来逐渐推广，现在包括宝马、福特和其他众多品牌都有这一功能。

各大汽车厂商的自动驾驶现状

特斯拉

今年10月，特斯拉宣布未来旗下的车型将配备足够的硬件装置，使得这些汽车拥有完整的自动驾驶能力，而不是现在的自动巡航（Autopilot）。此前，特斯拉刚刚针对首起自动驾驶车祸致死案进行了自动巡航功能的软件系统升级。

通用

今年1月，通用向美国第二大打车应用Lyft投资5亿美元研发自动驾驶，随后又对外宣布将于年内在公开道路上测试具备自动驾驶功能的出租车。此外，通用还在今年3月份花费10亿美元收购了自动驾驶初创公司Cruise Automation。据了解，目前通用正在研发一套名为Super Cruise的自动巡航系统，类似于特斯拉的Autopilot。

福特

今年8月，福特宣布将于2021年实现完全自动驾驶汽车的大规模商用。据称，福特目前正在与4家自动驾驶技术相关的初创公司合作，或者已经对其进行了投资。而且福特最近正在扩张自家在硅谷的自动驾驶研发团队。

克莱斯勒

今年5月，克莱斯勒宣布与谷歌母公司Alphabet达成合作，将后者的自动驾驶技术应用于自家的厢式旅行车上。目前，Alphabet在克莱斯勒的总部密歇根州设有联合研发实验室。

本田

今年6月，本田讴歌在美国加州的GoMentum Station自动驾驶汽车测试场展示了多款自动驾驶汽车。有专利显示，本田目前正在研究通过增强现实（AR）技术让驾驶员看到障碍物背后的物体。

沃尔沃

今年9月，沃尔沃在瑞典哥德堡开启了一项针对旗下XC90车型的自动驾驶改装计划。有传言称，沃尔沃还计划在伦敦和中国展开更多的自动驾驶测试。同时，沃尔沃已经与Uber达成合作，目前正在美国匹兹堡进行自动驾驶项目的联合研发。

其他企业（机构）的自动驾驶现状

谷歌

谷歌于12月中旬对外宣布，将自动驾驶项目从X实验室拆分出来，以Waymo的名字独立运营。分析认为，这说明谷歌在自动驾驶领域多年的研究已经顺利跨过了实验室研发阶段，正式步入了大规模商业化。

苹果

苹果的造车计划一直充满了神秘感。今年9月，根据三位知情人士的透露，苹果已经暂停了自动驾驶项目Titan，并展开了大规模裁员。但随后不久，又有媒体爆料，苹果已经和全球知名的英国赛车制造商迈凯伦展开洽谈，计划对后者进行投资，共同推进自动驾驶技术的研发。同时，也有爆料称苹果打算收购一家位于美国旧金山的自动平衡摩托车初创公司Lit Motors。

Autoliv

Autoliv是一家位于瑞典的汽车安全设备制造商，全球绝大多数的汽车安全气囊都来自这家公司。今年9月，Autoliv宣布与沃尔沃展开合作共同研发自动驾驶汽车。

英特尔和Mobileye

今年7月，英特尔、Mobileye、宝马公司宣布展开合作，共同进行自动驾驶技术的研发，并计划于2021年将这一技术投入商用。

对于英特尔和宝马，大家可能并不陌生，这里单独介绍一下Mobileye。该公司是全球知名的车载激光雷达和摄像头设备、软件制造商，总部位于以色列，在全球ADAS（汽车先进驾驶辅助系统）OEM（整车配套）市场具有垄断地位，在汽车图像检测和处理领域具有全球领先的技术优势。包括特斯拉、奔驰、宝马和沃尔沃等众多知名的汽车厂商都是Mobileye的客户。

nuTonomy

nuTonomy是一家从麻省理工分离出来的创业公司，主要从事无人驾驶出租车的研发。今年8月，nuTonomy领先Uber在新加坡展开了全球首次无人驾驶出租汽车的公开测试。

美国交通运输部

今年9月，美国交通运输部发布了“联邦自动驾驶汽车条例”，针对自动驾驶汽车在制造和研发中的各种问题做出了明确规定。另外，该部门还在今年12月制定了一条新规，要求所有新款轿车和卡车都必须配备通讯装置，实时上传自身的行驶速度、地理位置以及目的地。

美国密歇根大学

今年7月，美国密西根大学宣布接手原本隶属于通用集团的Willow Run建筑群（二战期间福特曾在此地生产B-24轰炸机）。密歇根大学计划将此地改造成全美最大的自动驾驶汽车测试基地，并将之命名为美国移动中心（American Center for Mobility）。

在哪可以乘坐自动驾驶汽车

今年9月，Uber在美国匹兹堡开通了面向普通民众的自动驾驶出租车服务。据了解，当时可以提供此项服务的汽车只有100辆，并且为了防止意外状况的发生，每一辆自动驾驶汽车在提供服务时都配备了一位安全驾驶员。12月中旬，Uber在美国旧金山开通了全美第二个自动驾驶服务点。因此，在美国境内想要尝试一下自动驾驶汽车的小伙伴，目前有匹兹堡和旧金山两个选择。

特斯拉有什么不同

特斯拉专属的Autopilot没有使用常见的激光雷达技术，而是基于计算机视觉识别。根据该公司的介绍，Autopilot并非完整的自动驾驶，它要求驾驶员在使用过程中双手不能离开方向盘。特斯拉Autopilot的技术特点主要体现在如下的4个方面。

前置摄像头。通过前置摄像头，主控系统可以通过计算机图像处理技术识别出车道边缘的分界线、路边的交通标识以及其他物体。

前置雷法。通过微波反射原理探测车速和周边环境，但有时准确度不高。

超声波传感器。通过超声波反射原理探测周围物体的距离。

GPS。联合内置的高精度地图，GPS可以准确定位汽车的实时位置。

潜在危险：首起自动驾驶交通事故致死

今年5月，在美国佛罗里达州的一个路口，来自俄亥俄州的40岁男子Joshua Brown“驾驶”的特斯拉Model S与一辆卡车发生勐烈撞击，事故导致他不幸身亡。当时，他驾驶的Model S正处于自动驾驶（Autopilot）模式，Joshua Brown由此成为了因特斯拉Autopilot致死的第一人。随后，特斯拉对Autopilot发布了一系列的软件系统升级。

据专家分析，此次交通事故的成因可能是由于事故发生时特斯拉的防撞系统没有发生作用。因为特斯拉的防撞系统必须要满足微波雷达探测和计算机图像分析的结果达成一致才能启动，而当时的情况可能并不满足。专家认为，如果特斯拉使用了激光雷达，或许就能避免此类事故的发生。但特斯拉的创始人兼CEO Elon Musk随后公开表示，进行软件升级后的Autopilot已经足够安全。