无人驾驶汽车的起源及现状
《家用汽车》2017年第 z2期
摘要：无人驾驶汽车经过近 50年的研究和发展，技术日趋成熟和完善，并将在 2020年进入爆
发期，交通系统的效率和安全性将得到极大提高。本文对国内外无人驾驶汽车的起源和最新发展现状进
行了回顾，对关键技术进行了阐述，对后续 20年无人驾驶汽车的发展进行了展望。
关键词：无人驾驶汽车现状；关键技术；展望
无人驾驶汽车是未来智能汽车，主要利用环境感知系统来感知车辆周围环境，并根据感知所获
得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车速和方向，从而使车辆安全、可靠地在道路上行驶。机构预
测，无人驾驶可减少 90%的交通事故、90%的通勤时间、90%的汽车数量、90%的能源消耗，每年能帮助
减少汽车二氧化碳排放量约 3亿吨。无人驾驶汽车是汽车、人工智能与通信高度融合的产物，民用市场
前景广阔，潜在军用价值巨大。是国家计算机科学、模式识别和智能控制技术水平的代表。无人驾驶汽
车是影响 3个 10万亿市场（汽车、出行、社会效益）的革命性产业，是未来智慧城市最重要的组成部
分。
1国外无人驾驶汽车的起源及现状
国外无人驾驶汽车的研究始于 20世纪 70年代。美国在 20世纪 80年代提出 ALV（自主地面车
辆）计划（8轮，驾驶环境为校园，低速），同时美国卡耐基•梅隆大学、麻省理工学院等都先后开始
无人驾驶汽车的研究。由于技术过于复杂，加上各种条件的限制，之后各国都将研究的重点转移到高速
公路的民用车辆上。1995年由美国卡耐基•梅隆大学研制的无人驾驶汽车，完成了横穿美国东西部
5000多公里的州际高速公路试验，并获成功。2005年美国国防部举办“大挑战”比赛，美国斯坦福大
学工程师们改装了一辆大众途锐多功能车，成功穿越沙漠并通过黑暗的隧道及泥泞的河床，在崎岖山道
上长途跋涉近 7个小时，最先到达终点。2014年以来，无人驾驶技术和道路测试发展迅猛。2016年 9
月 14日，四辆福特 Fusion作为优步（Uber）公司无人驾驶汽车载客“首秀”，在美国宾夕法尼亚州匹
兹堡市上路测试。2016年谷歌自动驾驶汽车项目独立成立新公司 Waymo，谷歌 Google开发的自动驾驶
汽车（有员工监督）在现实世界中的路测里程累计已超过 200万英里（约 322万公里）。2016年 10月
特斯拉宣布，所有新车的硬件都具备 “完全自动驾驶功能”的硬件系统（软件系统包含
多个辅助驾驶功能），包括 8个 360度摄像头（视距约合 250米），以及 12个超声波传感器（能探测
硬性和软性障碍物），一个前向雷达以及一台随机携带的新款电脑，其计算能力是之前电脑的 40倍，
并且新的前置雷达可以穿过雨、雾和尘埃进行监测，且装备该系统的新车价格仅增加 5000～8000美
元。2017年 3月，特斯拉推出自动驾驶系统 ，达到 Level3级有条件自动驾驶水平。特斯
拉汽车在开启 Autopilot模式下累计已行驶 亿英里（约 亿公里）。
2国内无人驾驶汽车的起源及现状
我国无人驾驶汽车的研究始于 20世纪 80年代。1989年国防科技大学研制出我国首辆智能小
车。1992年我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车在国防科技大学诞生。2000年 6月我国第四代无人
驾驶汽车在国防科技大学研制试验成功，最高时速 76km/h。2010年国防科技大学和一汽成功联合研制
出红旗旗舰无人驾驶轿车，该车装备了摄像机、雷达，可以自己导航，不需要人做任何干预操作，在高
速公路上行驶的最高稳定速度为 130km/h，最高峰值速度为 170km/h。2015年 12月初百度顺利完成无
人驾驶汽车混合道路上路测试，之后宣布成立自动驾驶事业部，计划三至五年实现商用化。另外，北
汽、广汽、上汽、长安、比亚迪也涉足无人驾驶汽车多年。
3无人驾驶汽车的关键技术
无人驾驶汽车的自动驾驶系统主要包括环境感知、定位导航和控制三大系统。环境感知系统相
当于驾驶员的眼睛，是用摄像头、超声波传感器、雷达等一系列部件组成的感知模块，去感知周围环
境。定位导航系统相当于驾驶员的地图。控制系统相当于驾驶员的大脑和手脚，分析和处理收集来的信
息，并发出指令控制速度和方向，正如驾驶员驾驶车辆一样，找到当前道路环境下的预瞄点，并控制。
另外，无人驾驶汽车还需要车联网等系统的支持，以实现高效、安全运行。要实现真正的无人驾驶，感
知技术的突破是关键。2015年 10月特斯拉发布软件版本 ，该版本的自动辅助驾驶是通过图像识别
为主，雷达只是辅助的手段实现，但随之也发生了两起自动辅助驾驶没能避免的致命车祸。随后软件版
本 对感知技术方案进行了彻底改造：改为雷达识别为主，图像为辅的方式。感知周边车辆的能力是
原来的 6倍，识别前方障碍物的能力大大增强，类似的道路中障碍物事故没有再次出现。特斯拉和谷歌
代表两种感知技术路径。谷歌的高分辨率地图，是用其街景车和探测车测绘的，包括整个城市高精确度
的经纬度以及每个位置的三维信息。之后使用雷达和高精度地图对车辆行进路线进行规划，并遵守交通
规则，可以抵达该城市的任何地方，但仅限于该城市。尽管感知技术路径不同，但目前采用的都是静态
感知。而自动驾驶一定要预测下面的几秒钟甚至更长时间里会发生什么，不然没有提前量来保障行驶安
全。提高感知系统的性能，目前来看主要有两条路径，一种是让方法变得更灵活，即通过技术攻关提高
对不确定性情况或因素的智能感知水平；另一种是让经验变得更可靠，看到的东西越来越多，能处理的
也越来越多，经验丰富时就会判断更准确，通过已经确定的信息不断修正不确定的信息。这都有赖于深
度学习的应用，而深度学习还没有进入大量应用的阶段。
4无人驾驶汽车还需解决的其它问题
除了技术问题和公路环境（如电子路标）问题，无人驾驶还要面对来自法规和市场等方面的挑
战。2017年 5月德国上议院通过了一项法规，准许无人驾驶汽车在德国公路上行驶。不过，这项法规
要求任何时候都需要有人类驾驶员坐在驾驶席上，以准备随时对车辆进行控制。而在美国，已有 14个
州颁布了自动驾驶法律。另外，无人驾驶安全性的问题是大家最为关注的话题。美国机动工程师协会
SAEL5的基本要求包括动态驾驶任务 DDT，动态驾驶任务支援 DDTFALLBACK，设计适用范围 ODD。其中争
议最大的莫过于设计适用范围（OperationalDesignDomain），包括系统安全运行道路类型、地理范
围、速度范围、系统的操作环境（天气，白天和夜间等）、其他领域的限制。自动驾驶系统应该在设计
适用范围能够安全运行，当偏离 ODD时，车辆应以最小风险的状态过渡。无人驾驶的普及化是一个缓慢
的过程，包括技术的进一步突破，法令的通过，以及乘客由于驾驶意外产生的心理阴影的消除。
5无人驾驶汽车的未来展望
美国机动工程师协会 SAE将无人驾驶汽车的等级分为 5级。0级无自动驾驶功能；1级是对方向
盘或加减速中的一项进行辅助，如自适应巡航控制系统等；2级是对方向盘和加减速中的多项进行辅
助，但司机必须随时待命，以便在自动系统停止工作时马上接管，如交通拥堵或高速公路辅助驾驶等；
3级是有条件自动驾驶，人提供适当应答，如高速公路自动驾驶等；4级/5级才是真正的无人驾驶（其
中 4级为高度自动驾驶，需限定道路和环境；5级为完全自动驾驶），无需司机或乘客的干预或协助由
出发地驶达目的地。目前所有车企都达到 1级，大部分车企只达到 2级，在无人驾驶汽车领域最为领先
的特斯拉和谷歌公司也只达到 3级。据预测，2020年无人驾驶或将进入爆发期。2017年 5月特斯拉预
计其自动驾驶系统将在 2年后达到 5级，届时特斯拉汽车将能够自主地从洛杉矶开到纽约，途中“无需
人工触碰”。丰田力争在 2020年左右实现自动驾驶汽车的商品化。大众也将在 2020年推出辉腾电动
版，采用最新的自动驾驶技术。此外，奔驰、通用、现代、起亚以及中国自主品牌巨头上汽、长安，都
计划于 2020年推出搭载自己最新自动驾驶技术的量产车型。宝马、福特、沃尔沃则将自动驾驶量产车
的推出时间选择在了 2021年，国内汽车巨头一汽、北汽、吉利则将推出时间点定在 2025年。除此以
外，要实现无人驾驶，还要结合各种结构化环境探索商业发展路径，如高速公路环境、城市环境和特殊
环境下的应用，特别是城市环境下的无人驾驶将成为下一阶段研究重点，摩根士丹利分析师预测，2030
年共享出行市场(租借无人驾驶汽车)的市场规模有望达到 万亿美元。
6结语
无人驾驶汽车是未来汽车发展的方向，是智能科技发展的必然产物。无人驾驶汽车尤其适合从
事共享汽车（租借无人驾驶汽车）和长途高速运输，可极大地提高交通系统的效率和安全性。根据各大
车企的研发计划，2020年全球将迎来自动驾驶汽车的爆发期。美国 IHS汽车信息咨询公司曾发表报告
指出，到 2025年，全球无人驾驶汽车销量将达 60万辆，在接下来的 10年中销量将以每年 43%的速度
持续增长；到 2035年，全球无人驾驶汽车将达 2100万辆。
参考文献
[1]陈慧岩等.无人驾驶汽车概论[M].北京:理工大学出版社,2014.
[2]刘少山等.第一本无人驾驶技术书[M].北京:电子工业出版社,2017.
作者：张宇航 单位：武汉经济技术开发区第一中学
