随着人工智能与自动驾驶汽车的深度融合，未来10~20 年必将过去积累研成果成为现实，自动驾驶可以实现高度智能化，Level 4+级的自动驾驶车辆批量上市，是一个看得见的将来。自动驾驶技术将全面提升汽车驾驶的安全性、舒适性，其节能减排效果也是直接的，还能满足更高层次的市场需求等。下面对自动驾驶汽车技术原理及应用于介绍和讨论。
主要内容有：
第一章 自动驾驶汽车概论
一、自动驾驶汽车相关有概念
二、自动驾驶汽车等级标准
三、自动驾驶技术推广应用战略意义
四、国外、国内自动技术发展历程
第二章 自动驾驶汽车关键技术
一、自动驾驶汽车关键技术体系
二、环境感知系统
三、决策与规划系统
四、控制与执行系统
五、自动驾驶汽车测试与验证技术
六、人工智能在自动驾驶汽车中的应用
第三章 自动驾驶技术推广应用场景
一、推广自动驾驶技术应用的目的
二、自动驾驶技术发展现状分析
三、线控底盘是中国发展自动驾驶车辆的瓶颈
四、推广自动驾驶汽车可行的场景势
五、国家层面在自动驾驶技术推广应用的工作
六、开发自动驾驶汽车，零部件和整车厂迎来新机遇
七、整车和零部件企业抓住机遇发展
第一章 自动驾驶汽车概论
一、自动驾驶汽车相关有概念自动驾驶汽车（Automated Vehicle；Intelligent Vehicle；Autonomous Vehicle；Self-driving Car；Drives Car）又称智能汽车、自主汽车、自动驾驶汽车或轮式移动机器人，是一种通过计算机实现自动驾驶的智能汽车。
概念上，可以理解，自动驾驶汽车是轮式移动的机器人，主要特征是配备了计算机软硬系统。
(a)无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是自动驾驶的一种表现形式，它具有整个道路环境中所有与车辆安全性相关的控制功能，不需要驾驶员对车辆实施控制。无人驾驶汽车是一个复杂的、软硬件结合的智能自动化系统，运用到了自动控制技术、现代传感技术、计算机技术、信息与通信技术以及人工智能等。
(b)智能汽车
《中国制造 2025》将智能网联汽车定义为指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车内网、车外网、车际网的无缝链接，具备信息共享、复杂环境感知、智能化决策、自动化协同等控制功能，与智能公路和辅助设施组成的智能出行系统，可实现“高效、安全、舒适、节能”行驶的新一代汽车。
在我国智能汽车的概念，相对于无人驾驶汽车概念， 智能汽车定义涵盖的范围更广。
(c)无人驾驶技术
无人驾驶技术是对人类驾驶员在长期驾驶实践中，对 “环境感知—决策与规划—控制与执行”过程的理解、学习和记忆的物化，如图1所示。
一条是渐进提高汽车驾驶的自动化水平；另一条是“一步到位”的无人驾驶技术发展路线。自动驾驶汽车外形及内部布置，如图2所示。
2014 年由美国 SAE International（国际汽车工程师学会）制定的SAE J3016 标准是目前国际汽车界公认的自动驾驶汽车等级标准，它不但被美国交通运输部采纳为联邦标准，同时也已经成为了全球汽车业界评定自动驾驶汽车等级的通用标准。该标准内容如图3所示。
Level 0：无自动化，由人类驾驶员全程操控汽车，但可以得到示警时或许干预的辅助信息。
Level 1：辅助驾驶，利用环境感知信息对转向或纵向加减速进行闭环控制，其余工作由人类驾驶员完成。
Level 2：部分自动化，利用环境感知信息同时对转向和纵向加减速进行闭环控制，其余工作由人类驾驶员完成。
Level 3：有条件自动化，由自动驾驶系统完成所有驾驶操作，人类驾驶员根据系统请求进行干预。
Level 4：高度自动化，由自动驾驶系统完成所有驾驶操作，无需人类驾驶员进行任何干预，但须限定道路和功能。
Level 5：完全自动化，由自动驾驶系统完成所有的驾驶操作，人类驾驶员能够应付的所有道路和环境，系统也能完全自动完成。
三、自动驾驶技术推广应用战略意义
自动驾驶技术推广应用可以拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协同发展，对促进我国产业转型升级具有重大战略意义。具体体现在如下5个方面，如图4所示。
(b)实现节能减排。由于通过合理调度实现共享出行，减少了私家车购买数量，车辆绝对量的减少，将使温室气体排量大幅降低。
(c)消除交通拥堵，提升社会效率。自动驾驶汽车可以通过提高车速、缩小车距以及选择更有效路线来减少通勤所耗时间。
(d)个人移动能力更加便利，不再需要找停车场。
无人驾驶汽车技术的推广应用不仅受到各国政府前所未有的重视，而且国内外各院校、研究机构都投入了大量人力、物力予以研究，同时各大车企、科技公司、汽车零部件供应商以及无人驾驶汽车创业公司也纷纷在这个领域予以进行布局，其商机无限。自动驾驶技术带来了无限憧憬。
四、国外、国内自动技术发展历程
从20世纪70年代开始，美国、英国、德国等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，在可行性和实用化方面都取得了突破性的进展。中国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。
1.国外无人驾驶汽车发展历程，如图1-5所示。
(1)研究机构及大学对无人驾驶汽车研发
(a)20 世纪 70 年代，科技发达国家开始率先进行无人驾驶汽车的研究。
(b)1984年，美国国防高级研究计划署（DARPA）与陆军合作，发起自主地面车辆（ALV）计划，这是一辆八轮车，在校园中能够自动驾驶，但车速并不快。却开启了自动驾驶技术是商用时代。
(c)20 世纪 80 年代开始，美国著名的大学如卡内基·梅隆大学、斯坦福大学、麻省理工学院等都先后加入无人驾驶汽车的研究工作中。其中，美国卡内基·梅隆大学研制的 Naval 系列智能车辆最具有代表性。 NavLab-1 系统于 20 世纪 80 年代建成。它的计算机硬件系统由 Sun3、GPS、Warp 等组成，用于完成图像处理、传感器信息融合、路径规划以及车体控制等功能。它在典型结构化道路环境下的速度为28km/h。
（2）德、美、日、韩传统汽车厂家对无人驾驶汽车研发
目前，德、美、日、韩等汽车制造厂商生产的汽车，部分自动驾驶功能已经较为普及、其中，德国汽车制造厂商处于领先地位，其生产的几乎所有车型都能提供相关驾驶辅助系统功能（包括 SAE Level 2 级）。
(a)2013 年奥迪、福特、沃尔沃、日产、宝马等众多汽车制造厂开始相继在无人驾驶汽车领域进行了布局。
(b)2015 年 10 月，特斯拉推出的半自动驾驶系统 Autopilot，Autopilot 是第一个投入商用的自动驾驶技术。目前，特斯拉的量产车上均已安装Autopilot 1.0、2.0 或 2.5 硬件系统，其自动驾驶功能可通过OTA（空中下载）进行从Level 2 到 Level 4+的软件升级。
(b)2016 年，通用汽车收购了自动驾驶技术创业公司 Cruise Automation，正式进入无人驾驶领域。2018 年1 月，作为通用汽车旗下自动驾驶部门的Cruise Automation 发布了新一代（第四代）无人驾驶汽车——Cruise AV。Cruise AV 没有方向盘、油门踏板和刹车踏板，安装了 21 个普通雷达、16 个摄像机和 5 个激光雷达来感知车辆周围的环境和障碍物，是真正的无人驾驶汽车。
(c)2018 新款奥迪A8是全球首款量产搭载 Level 3 级别的自动驾驶系统的车型，其携带有 12 个超声波传感器、5 个摄像机、5 个毫米波雷达、1 个激光雷达、1 个红外线摄像机共 24 个车载传感器，可以在60km/h 以下车速时实现 Level 3 级自动驾驶。
(d)2019年8 月推出基于视觉深度神经网络的 Tesla Vision 9.0 软件版本，特斯拉的创始人Econ Musk 说，由此将实现“完全自动驾驶”。
(3) 国外新技术力量对无人驾驶技术的研究
以谷歌为代表的新技术力量纷纷入局无人驾驶领域。这些企业多采用“一步到位”的无人驾驶技术发展路线，即直接研发 SAE Level 4+级别的无人驾驶汽车。
(a)2009 年，谷歌公司宣布，由斯坦福人工智能实验室前主任、谷歌街景的联合发明人Sebastian Thrum 领导组建一支团队，开始研发无人驾驶技术。
(b)2012 年，美国内华达州的机动车辆管理部门为谷歌公司颁发了全球首例无人驾驶汽车的路测许可证。
(c)2015 年，谷歌公司的无人驾驶原型车上路进行测试，该车没有方向盘、油门踏板与刹车踏板，同时也没有后视镜，只配有启动和停止两个物理按钮，通过很多传感器、车载计算机来控制汽车。
(e)2016 年 9 月 14 日，Uber 在美国匹兹堡市推出城区大范围无人驾驶出租车免费载客服务并试运行；尽管上面有两名安全工程师，但商业模式却是大范围的城区，比 Waymo 公测的小镇要大得多。
(f)2016 年 12 月，谷歌将无人驾驶业务独立出来，成立了独立公司——Waymo。自 2017 年 10 月，Google Waymo 已在美国凤凰城 Chandler 镇 100 平方英里范围内，对 600 辆克莱斯勒插电式混合动力 Level 4 级自动驾驶汽车进行社会公测，这是 Waymo 自动驾驶商业化落地的前奏，首次实现了无驾驶员和安全员的公测无人驾驶出租车。
(e)2018 年 5 月31 日，Waymo 宣布向菲亚特·克莱斯勒（FCA）采购 62000 辆Pacifica 混动厢式车用于打造无人驾驶出租车队。除车辆采购以外，Waymo 与 FCA 双方还在商讨如何将无人驾驶汽车卖给普通用户。2018 年，谷歌还与捷豹路虎合作，计划在 2020 年之前生产另外20000 辆无人驾驶出租车。
以nuTonomy 为代表的创业公司也纷纷入局无人驾驶领域。这些企业多采用“一步到位” 的 SAE Level 4+的无人驾驶技术发展路线。
(a)nuTonomy 是一家于 2013 年从麻省理工学院分离出来的创业公司。2016 年 8 月，它成为了新加坡第一家在试点项目下推出自动驾驶出租车的公司。在新加坡的测试中，nuTonomy 在自动驾驶汽车上配备了6套激光雷达检测系统，前面安装有 2 个摄像机，用于识别障碍物，检测交通信号灯变化。此外，车前座还配备一名司机以应对紧急状况，在后座配备一名研究人员，其职责是观察车载计算机。2017 年 10 月，德尔福宣布收购nuTonomy。
(b)Zoox 是硅谷一家神秘的无人驾驶汽车初创公司，目前已经筹集 3.6 亿美元。Zoox 很少向外界介绍其进展。消息显示，Zoox 秘密开发全自动驾驶汽车已
2.我国无人驾驶汽车发展历程
与美、欧等发达国家相比，我国在无人驾驶汽车方面的研究起步稍晚，从20 世纪 80 年代末才开始。其历程如图1-9所示。
(1) 我国科研院校对无人驾驶汽车的研究
(a)从20世纪80年代末开始，在国防科技大学贺汉根教授带领下，2001年
开始先后研制出基于视觉的 CITAVT 系列智能车辆。其中，在CITAVT-Ⅰ、CITAVT-Ⅱ型无人驾驶小车的研制过程中对无人驾驶汽车的原理进行了研究；CITAVT-Ⅲ型的研究以实现在非结构化道路下遥控和自主驾驶为目的；CITAVT-Ⅳ 型自主驾驶车基于BJ2020SG 吉普车改装而成，该车型以研究结构化道路环境下的自主驾驶技术为目标，空载条件下速度最高为110km/h，车辆具有人工驾驶、遥控驾驶、非结构化道路上的低速自主驾驶和结构化道路上的自主驾驶四种工作模式。直至 1992 年，国防科技大学才成功研制出中国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。
(c)清华大学从 1988 年开始研究开发THMR 系列智能车。THMR-Ⅴ智能车能够实现结构化环境下的车道线自动跟踪，准结构化环境下的道路跟踪，复杂环境下的道路避障、道路停障以及视觉临场感遥控驾驶等功能，最高车速达150km/h。THMR-Ⅴ智能车采用了基于扩充转移网络的道路识别技术，大幅度降低了道路图像处理和车道线识别的计算量，并通过实验测得在车道线跟踪阶段全部计算过程的周期小于20ms，这保证了实际场景下的实时性要求。
(2)我国汽车制造厂商对无人驾驶汽车的研究
不同于国外车企以自主研发为主，我国汽车制造厂商多采取与国内科研院所、高校合作研发无人驾驶技术。
(a) 一汽集团于 2007 年与国防科技大学合作。2011 年 7 月，由一汽集团与国防科技大学共同研制的红旗HQ3 无人驾驶汽车完成了286km 的面向高速公路的全程无人驾驶试验，人工干预的距离仅占总里程的 0.78％。
(b))2012 年，军事交通学院的“军交猛狮Ⅲ号”以无人驾驶状态行驶 114km，最高时速为105km/h。该车装有由 5 个毫米波雷达、3 个摄像机和 1 个GPS 传感器组成的视听感知系统， 能够帮助无人驾驶车辆识别路况，精确判断与前后左右障碍物的距离。
(c)2015年4月，一汽集团正式发布了其“挚途”技术战略， 标志着一汽集团的互联智能汽车技术战略规划正式形成。2015 年 4 月 19 日，一汽在同济大学举行了“挚途”技术实车体验会，包含手机叫车、自主泊车、拥堵跟车、自主驾驶等四项智能化技术。
(d)2015 年 4 月，长安汽车发布智能化汽车“654 战略”，即建立六个基础技术体系平台，开发五大核心应用技术，分四个阶段逐步实现汽车从单一智能到全自动驾驶。
(e)2018 年 5 月，通客车在其 2018 年新能源全系产品发布会上宣布，已具备面向高速结构化道路和园区开放通勤道路的Level 4 级别自动驾驶能力。
(f)2015 年 8 月，宇通大型客车从郑开大道城铁贾鲁河站出发，在完全开放的道路环境下完成自动驾驶试验，共行驶 32.6km，最高速度为 68km/h，全程无人工干预，为了保障安全， 客车上还是配备了司机。这也是国内首次大型客车高速公路自动驾驶试验。
(g)北汽集团在2016年4月的北京车展上，展示了其基于 EU260 打造的无人驾驶汽车。车辆通过加装毫米波雷达、高清摄像机、激光雷达和 GPS 天线等零部件识别道路环境，同时配合高清地图进行路径规划实现无人驾驶。北汽无人驾驶汽车目前搭载的无人驾驶感知与控制设备大部分都采用了国产化采购，目的是为未来的量产打下基础。
（3）我国高科技公司对无人驾驶汽车的研究
以百度为代表的高科技公司也相继加入了无人驾驶汽车领域的研究。
(a) 百度公司于 2013 年开始了百度无人驾驶汽车项目， 其技术核心是“百度汽车大脑”，包括高精度地图、定位、感知、智能决策与控制四大模块。
(b)2015 年 12 月初，百度无人驾驶汽车在北京进行自动驾驶测跑，实现多次跟车减速、变道、超车、上下匝道、调头等复杂驾驶动作，完成了进入高速到驶出高速不同道路场景的切换， 最高车速达到 100km/h。2015 年 12 月 14 日，百度宣布正式成立自动驾驶事业部。
(c)2017 年 4 月 17 日，百度展示了与博世合作开发的高速公路辅助功能增强版演示车。
(d)2018年7月4 日，百度在第二届百度 AI 开发者大会（Baidu Create 2018）上宣布，与厦门金龙合作生产的首款 Level 4 级自驾巴士“阿波龙”已经量产下线。
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