隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)和潮流。從智能手機(jī)、智能家電，到企業(yè)的智能制造、智能物流等，智能化已經(jīng)滲透到整個(gè)社會(huì)的各行各業(yè)。而在“工業(yè)4.0”、“智能交通”、“智慧城市”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，汽車(chē)智能化已經(jīng)成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的潮流和趨勢(shì)。

　　21世紀(jì)以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)、IT技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展給人類日常生活帶來(lái)巨大改變，同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)人們對(duì)智能產(chǎn)品要求的提高。對(duì)于汽車(chē)這一現(xiàn)代人類出行的重要交通工具而言，人們對(duì)其安全、節(jié)能、環(huán)保、便捷、舒適等性能有了更高要求。汽車(chē)在帶給人們方便快捷的同時(shí)，也帶來(lái)了交通事故、城市交通擁堵和環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。而從國(guó)家和社會(huì)層面來(lái)看，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展已經(jīng)不僅關(guān)乎汽車(chē)行業(yè)本身，更關(guān)乎國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、就業(yè)等問(wèn)題。因此以信息化、自動(dòng)化為核心的汽車(chē)智能化得到廣泛關(guān)注。更值得注意的是，在汽車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)化的大趨勢(shì)下，除了傳統(tǒng)汽車(chē)企業(yè)外，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也正在加入汽車(chē)制造行列，無(wú)人駕駛汽車(chē)、互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)等成為關(guān)注點(diǎn)。在此發(fā)展趨勢(shì)下，一向被認(rèn)為“循規(guī)蹈矩”的傳統(tǒng)車(chē)企將如何面對(duì)當(dāng)前快速發(fā)展的智能化趨勢(shì)?

　　在此背景下，本文將綜述汽車(chē)智能化大趨勢(shì)，概述國(guó)內(nèi)外相關(guān)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，對(duì)以車(chē)企和IT行業(yè)為主導(dǎo)的2條技術(shù)路線進(jìn)行介紹，深入分析汽車(chē)智能化在各個(gè)發(fā)展階段的特征和含義，概括其所面臨的挑戰(zhàn)性問(wèn)題，并對(duì)其技術(shù)發(fā)展提出建議。

　　汽車(chē)智能化大背景

　　汽車(chē)在提高人們生活水平的同時(shí)，也帶來(lái)了能源、環(huán)境、安全、擁堵等日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。中國(guó)已成為全球第一大原油進(jìn)口國(guó)，第二大石油消費(fèi)國(guó)，當(dāng)前中國(guó)汽車(chē)耗油約占整個(gè)石油消費(fèi)量的1/3，預(yù)計(jì)到2020年這一比例將上升到57%。因此，如何有效提高能源利用率、降低能源消耗、減少尾氣排放是國(guó)家和行業(yè)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。在交通擁堵方面，據(jù)交通部2014年發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)交通擁堵帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2500億元人民幣，占城市人口可支配收入的20%。另外，據(jù)美國(guó)交通信息服務(wù)公司INRIX在2017年發(fā)布的一項(xiàng)全球交通排行報(bào)告顯示，在2016年交通擁堵在美國(guó)造成約3000億美元的損失，其中，洛杉磯以104 h/人的擁堵時(shí)間成為這項(xiàng)報(bào)告中最擁堵的城市。安全方面，據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局統(tǒng)計(jì)，在2015年道路交通安全事故中死亡人數(shù)為35092 人，比2014年增加2348人，7.2%的增幅也成為近50年來(lái)之最，而在2015年，歐洲由交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到GDP的2%。

　　以自動(dòng)化、信息化為基礎(chǔ)的智能汽車(chē)有解決能源、安全和環(huán)境問(wèn)題的巨大潛力，因而受到人們極大關(guān)注。目前對(duì)于汽車(chē)智能化有以下共識(shí)：通過(guò)采用自動(dòng)駕駛技術(shù)，能夠減少90%的由于人為操作引起的交通事故;通過(guò)車(chē)-車(chē)通信和智能速度規(guī)劃，在智能化發(fā)展的前期可以將道路通行率提高10%以上，在高度自動(dòng)化階段可以將道路通信率提高50%~90%;在節(jié)能減排方面，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性駕駛和整體智能交通規(guī)劃，能源消耗至少能降低15%~20%。不僅如此，隨著近年來(lái)電子信息領(lǐng)域新技術(shù)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、自動(dòng)化、智能化技術(shù)迅速發(fā)展，也為汽車(chē)智能化帶來(lái)良好的技術(shù)條件。因此，傳統(tǒng)車(chē)所帶來(lái)的問(wèn)題、對(duì)汽車(chē)發(fā)展提出的新目標(biāo)和需求及技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的智能化實(shí)現(xiàn)的可能性，形成了汽車(chē)智能化發(fā)展的拉力和推動(dòng)力。在此環(huán)境下，汽車(chē)智能化已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)，并且正在引起行業(yè)的巨大變革。

　　為此，世界各國(guó)紛紛制定出相應(yīng)的汽車(chē)智能化研究計(jì)劃，歐盟、美國(guó)和日本均發(fā)布政策法規(guī)來(lái)推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展。中國(guó)在《中國(guó)制造2025》中也明確給出了汽車(chē)智能化技術(shù)的總體目標(biāo)，即制定中國(guó)自主駕駛標(biāo)準(zhǔn)：基于多源信息融合、多網(wǎng)融合，利用人工智能、深度挖掘及自動(dòng)控制技術(shù)，配合智能環(huán)境和輔助設(shè)施實(shí)現(xiàn)自主駕駛;可改變出行模式、消除擁堵、提高道路利用率;裝備自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的汽車(chē)，綜合能耗較常規(guī)汽車(chē)降低10%，減少排放20%，減少交通事故數(shù)80%，基本消除交通死亡。在《中國(guó)制造2025》后，工信部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家測(cè)繪局等相關(guān)部委出臺(tái)多部政策，從智能車(chē)、網(wǎng)聯(lián)化、智能制造、地圖信息采集、大數(shù)據(jù)等多個(gè)方面促進(jìn)智能汽車(chē)的發(fā)展。

　　汽車(chē)智能化的2 條技術(shù)路線

　　目前，汽車(chē)智能化有2 條不同的技術(shù)路線：一條是以汽車(chē)企業(yè)為主的漸進(jìn)提高汽車(chē)駕駛自動(dòng)化水平;另一條是以科研院所和IT企業(yè)為主的無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展路線。

　　漸進(jìn)提高駕駛自動(dòng)化水平

　　以逐漸提高汽車(chē)自動(dòng)化水平為目的的技術(shù)路線是汽車(chē)企業(yè)推動(dòng)智能化進(jìn)程的主要思路。從汽車(chē)技術(shù)的角度看，汽車(chē)自動(dòng)化程度不斷提高，向著輔助駕駛、半自動(dòng)化駕駛、高度自動(dòng)化駕駛和完全自動(dòng)駕駛的智能化方向發(fā)展。

　　在輔助駕駛階段，車(chē)輛控制以駕駛員為主，機(jī)器輔助駕駛員，降低駕駛負(fù)擔(dān)。而從駕駛權(quán)或者駕駛意圖來(lái)看，駕駛員掌握最終的駕駛權(quán)(圖1)。目前量產(chǎn)乘用車(chē)上裝有的輔助駕駛技術(shù)，有側(cè)向穩(wěn)定控制、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制，部分高檔車(chē)裝有自動(dòng)泊車(chē)、自適應(yīng)巡航、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)等。在半自動(dòng)化駕駛階段，車(chē)輛的自動(dòng)化水平得到進(jìn)一步提高，在特定工況下可以有短時(shí)托管的能力，此時(shí)，汽車(chē)具有一定的自主決策的能力(圖2)。目前，各大汽車(chē)公司投入巨資開(kāi)發(fā)具有特定工況(低速)托管能力的半自動(dòng)駕駛技術(shù)，有防撞緊急制動(dòng)、手機(jī)遙控泊車(chē)、擁堵跟車(chē)、車(chē)道跟蹤控制技術(shù)等。在高度自動(dòng)化駕駛階段和最終的完全自動(dòng)駕駛階段，車(chē)輛具有高度的自主性，汽車(chē)可以進(jìn)行自主規(guī)劃、決策和控制，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況的托管能力甚至完全自動(dòng)駕駛(圖3)。

　　圖1 輔助駕駛階段

　　圖2 半自動(dòng)化駕駛階段

　　圖3 高度自動(dòng)化駕駛和完全自動(dòng)駕駛階段

　　汽車(chē)智能化伴隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展而形成，其中最顯著的變化是電子控制單元(ECU)在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所占的比例。汽車(chē)電子技術(shù)第一次出現(xiàn)，是在20世紀(jì)30年代早期安裝在轎車(chē)內(nèi)的真空電子管收音機(jī)，那時(shí)汽車(chē)仍然是完全由人操控。隨著科技的進(jìn)步，微型計(jì)算機(jī)逐漸應(yīng)用于汽車(chē)的各子系統(tǒng)中，用以彌補(bǔ)人類駕駛員的不足，幫助其更好地完成駕駛?cè)蝿?wù)，同時(shí)提高駕駛安全性、舒適性及燃油經(jīng)濟(jì)性(圖4)?，F(xiàn)如今，各大汽車(chē)廠商已經(jīng)為其生產(chǎn)的汽車(chē)配備了各種各樣的駕駛輔助系統(tǒng)，而此時(shí)，汽車(chē)電子成本已占汽車(chē)總成本的45%以上。不難看出，智能化也已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展方向之一，而這條發(fā)展路線的最終目標(biāo)將是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛。汽車(chē)電子規(guī)模增長(zhǎng)如圖5所示。

　　圖4 汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展時(shí)間歷程

　　圖5 汽車(chē)電子規(guī)模發(fā)展

　　在國(guó)家層面上，不同國(guó)家發(fā)布的智能汽車(chē)自動(dòng)化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)總體原則相同，但具體略有不同。在《中國(guó)制造2025》中，中國(guó)將智能汽車(chē)自動(dòng)化分為駕駛輔助(DA)、部分自動(dòng)駕駛(PA)、高度自動(dòng)駕駛(HA)和完全自主駕駛(FA)4級(jí)，并給出各階段的功能性定義。典型的汽車(chē)智能化技術(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如圖6。

　　圖6 典型汽車(chē)自動(dòng)化分級(jí)

　　無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展路線

　　無(wú)人駕駛技術(shù)是汽車(chē)智能化另一條技術(shù)路線。無(wú)人駕駛的主要特點(diǎn)是跳過(guò)汽車(chē)自動(dòng)化逐級(jí)發(fā)展的思路，直接實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的無(wú)人駕駛，其研究主要來(lái)自科研院所和IT企業(yè)，以展示技術(shù)為主，應(yīng)用領(lǐng)域可以拓展到封閉半封閉的礦山、碼頭、大型物流場(chǎng)等特殊場(chǎng)景。近年來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家都進(jìn)行了無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究，且已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。

　　美國(guó)是無(wú)人駕駛汽車(chē)領(lǐng)域研究最早也是技術(shù)最領(lǐng)先的國(guó)家。在國(guó)家層面，由國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)對(duì)美國(guó)的汽車(chē)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和高等院校進(jìn)行資助，用于研究無(wú)人駕駛技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，具體項(xiàng)目包括：ALV項(xiàng)目、DEMO-II 計(jì)劃、DEMO-III 計(jì)劃等。谷歌公司是目前國(guó)際上無(wú)人駕駛汽車(chē)領(lǐng)域取得成果最為顯著的企業(yè)，谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)已在公路上進(jìn)行了100多萬(wàn)km的測(cè)試。目前，美國(guó)內(nèi)華達(dá)州、佛羅里達(dá)州、加利福尼亞州、德克薩斯州、密歇根州及首都華盛頓已立法準(zhǔn)許無(wú)人駕駛汽車(chē)上路，雖然目前還僅限于測(cè)試目的。德國(guó)也是最早開(kāi)始研究無(wú)人駕駛技術(shù)的國(guó)家。早在20 世紀(jì)80 年代，德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)就與奔馳公司合作開(kāi)始研發(fā)自主駕駛汽車(chē)。其代表性成果是奔馳S500無(wú)人駕駛汽車(chē)，2013 年該車(chē)在城市和城際道路完成了長(zhǎng)距離自主駕駛試驗(yàn)，復(fù)制了125年前奔馳夫人貝爾女士的旅程(圖7)。

　　圖7 國(guó)內(nèi)外無(wú)人駕駛技術(shù)研究進(jìn)展

　　盡管?chē)?guó)外對(duì)無(wú)人駕駛領(lǐng)域的研究起步早、投入大，但是該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距并不很大。南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、西安交通大學(xué)、軍事交通學(xué)院、上海交通大學(xué)、湖南大學(xué)等院校在無(wú)人駕駛車(chē)輛關(guān)鍵技術(shù)方面取得一系列研究進(jìn)展。國(guó)防科技大學(xué)從20 世紀(jì)80 年代就開(kāi)始無(wú)人駕駛汽車(chē)研究，2003年成功研制了“紅旗旗艦自主駕駛系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在高速公路正常交通情況下，具有自主超車(chē)功能，最高穩(wěn)定自主駕駛時(shí)速達(dá)130 km/h。2006年研制成功新一代紅旗HQ3無(wú)人駕駛轎車(chē)，該車(chē)在2006 年9 月參加?xùn)|北亞投資貿(mào)易博覽會(huì)，并于2007 年1月作為中國(guó)的先進(jìn)技術(shù)成果參加俄羅斯“中國(guó)年”活動(dòng)。2011年完成長(zhǎng)沙到武漢長(zhǎng)距離無(wú)人駕駛。從這些研究機(jī)構(gòu)和科研院所取得的研究成果來(lái)看，中國(guó)無(wú)人駕駛技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但是目前面臨的困難還有很多，技術(shù)水平不足、關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口、政策法規(guī)不完善等問(wèn)題較為突出。

　　雖然無(wú)人駕駛技術(shù)已得到長(zhǎng)期的關(guān)注和研究且已取得較大發(fā)展，但從實(shí)際推廣和大批量應(yīng)用的角度來(lái)看，無(wú)人駕駛汽車(chē)要想成為人類交通工具，將面臨法律、事故責(zé)任、駕駛樂(lè)趣等問(wèn)題。但無(wú)人駕駛技術(shù)在汽車(chē)智能化進(jìn)程各階段可發(fā)揮重要作用，如無(wú)人駕駛技術(shù)中的傳感感知、車(chē)道跟蹤、路徑優(yōu)化、主動(dòng)避障等場(chǎng)景化的功能和技術(shù)，可以移植到漸進(jìn)式發(fā)展路線中的特定階段中(圖8)。

　　圖8 無(wú)人駕駛技術(shù)在汽車(chē)智能化各階段的應(yīng)用

　　汽車(chē)智能化進(jìn)程中的網(wǎng)聯(lián)化

　　汽車(chē)網(wǎng)聯(lián)化

　　近年來(lái)，隨著電子信息領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)正在向傳統(tǒng)行業(yè)滲透。在汽車(chē)行業(yè)，與此對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)稱之為汽車(chē)網(wǎng)聯(lián)化。汽車(chē)網(wǎng)聯(lián)化是指基于通信互聯(lián)，使汽車(chē)具有環(huán)境感知、決策和控制運(yùn)動(dòng)能力。而在車(chē)聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境當(dāng)中，車(chē)輛位置、速度和路線等信息構(gòu)成了巨大的交互網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)全球定位系統(tǒng)(GPS)、射頻識(shí)別(RFID)、傳感器、攝像頭圖像處理等裝置，車(chē)輛可以完成自身環(huán)境和狀態(tài)信息的采集;通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，所有車(chē)輛可以將自身的各種信息傳輸匯聚到中央處理器;通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，這些大量車(chē)輛的信息可以被分析和處理，進(jìn)而被車(chē)輛所使用。從汽車(chē)的角度來(lái)看，車(chē)聯(lián)網(wǎng)使得車(chē)與車(chē)、車(chē)與基站、基站與基站之間能夠通信，從而獲得實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，最終實(shí)現(xiàn)提高駕駛安全性、減少擁堵、提高交通效率、提供車(chē)載娛樂(lè)信息等功能。

　　車(chē)聯(lián)網(wǎng)是車(chē)內(nèi)網(wǎng)(通過(guò)應(yīng)用成熟的總線技術(shù)建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的整車(chē)網(wǎng)絡(luò))、車(chē)載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(車(chē)載終端通過(guò)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線連接)和車(chē)際網(wǎng)(基于專用短程通信技術(shù)(DSRC)技術(shù)和無(wú)線局域網(wǎng)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò))三網(wǎng)融合的技術(shù)。就車(chē)輛本身而言，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的主要功能為：1)信息服務(wù)和管理，主要體現(xiàn)在車(chē)載服務(wù)和互聯(lián)娛樂(lè)上;2)提高車(chē)輛傳感和感知條件，為汽車(chē)的自主規(guī)劃和決策提供更豐富的外在資源和參考(如交通信息、道路地理信息、車(chē)與外界的信息交換技術(shù)(V2X)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等);使得汽車(chē)更安全、更節(jié)能和更舒適。當(dāng)然，車(chē)聯(lián)網(wǎng)還可以提供智能化交通管理、緊急救援等社會(huì)性功能(圖9)。

　　圖9 車(chē)聯(lián)網(wǎng)主要功能示意

　　值得注意的是，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)也早已經(jīng)不是汽車(chē)行業(yè)專屬的名詞，一大批IT 科技企業(yè)也紛紛投身到智能汽車(chē)、無(wú)人駕駛以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究，一批科技公司諸如谷歌、百度也紛紛推出自己的無(wú)人駕駛汽車(chē)。但是，就如同上述汽車(chē)智能化2條技術(shù)路線，互聯(lián)網(wǎng)公司和IT公司實(shí)質(zhì)上想為用戶提供一個(gè)聯(lián)通世界、舒適溫馨、可娛樂(lè)辦公、可靠的駕駛艙。而實(shí)現(xiàn)如此功能的前提條件則是汽車(chē)的高度自動(dòng)化(托管技術(shù))甚至無(wú)人駕駛的實(shí)現(xiàn)。所以，相比傳統(tǒng)汽車(chē)廠商的思路，互聯(lián)網(wǎng)和IT企業(yè)更加追求無(wú)人駕駛和純電驅(qū)動(dòng)，以避開(kāi)傳統(tǒng)汽車(chē)公司的技術(shù)壁壘。而復(fù)雜的道路交通環(huán)境又決定了無(wú)人駕駛階段短期不可能實(shí)現(xiàn)，因此，互聯(lián)網(wǎng)和IT企業(yè)的研究重點(diǎn)將放在未來(lái)智能網(wǎng)聯(lián)化所必需的智能傳感感知、RFID射頻識(shí)別和通信等技術(shù)上,并積極尋求與車(chē)企合作，為其提供無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和高精度地圖等服務(wù)。

　　網(wǎng)聯(lián)化給智能化進(jìn)程帶來(lái)新機(jī)遇

　　從控制技術(shù)的角度縱觀汽車(chē)智能化的發(fā)展，汽車(chē)智能化的技術(shù)主要由感知、規(guī)劃、決策和控制幾個(gè)部分組成。在感知和信息獲取層面上，主要有車(chē)載式和網(wǎng)聯(lián)式2種。在智能化發(fā)展的前期，通常不考慮車(chē)-車(chē)、車(chē)-路通信，自動(dòng)化車(chē)輛的智能控制依賴于車(chē)載的雷達(dá)、攝像頭等信息。車(chē)載式方案的局限性主要表現(xiàn)在不能充分獲取周邊行車(chē)環(huán)境信息，大規(guī)模應(yīng)用成本較高，缺少城市環(huán)境的全方位掃描。

　　而隨著自動(dòng)化水平的加深，尤其在高度自動(dòng)化和完全無(wú)人駕駛階段，汽車(chē)自主駕駛的需求和日益復(fù)雜的道路交通環(huán)境使得車(chē)輛對(duì)周邊環(huán)境有了更高的需求。交通系統(tǒng)的智能化和汽車(chē)的網(wǎng)聯(lián)化為填補(bǔ)這樣的需求空間提供了可能。在智能交通系統(tǒng)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，依托高速通信設(shè)施和統(tǒng)一的通信協(xié)議，車(chē)輛能夠充分感知和理解周邊復(fù)雜的交通環(huán)境、道路地理信息、周邊車(chē)輛信息及行人信息，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃和決策。從控制的角度，這種機(jī)遇可以表達(dá)為外界信息的充分獲取(圖10)。

　　圖10 汽車(chē)智能化系統(tǒng)示意

　　汽車(chē)智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

　　智能化汽車(chē)是集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、執(zhí)行控制、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。對(duì)于智能化汽車(chē)的研究，需要對(duì)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通信人工智能及先進(jìn)自動(dòng)控制等多個(gè)高新技術(shù)進(jìn)行綜合利用。汽車(chē)智能化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要有環(huán)境感知技術(shù)、車(chē)輛協(xié)同控制技術(shù)及行駛優(yōu)化技術(shù)、人-機(jī)交互與駕駛權(quán)分配技術(shù)、數(shù)據(jù)安全及平臺(tái)軟件和基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)法規(guī)及驗(yàn)證平臺(tái)等。下面分別從傳感感知、決策與控制、輔助平臺(tái)與技術(shù)3個(gè)層面進(jìn)行闡述。

　　傳感感知層面

　　在傳感感知層面，主要有環(huán)境感知與多傳感器信息融合技術(shù)、感知與在線智能檢測(cè)技術(shù)、汽車(chē)行駛狀態(tài)估計(jì)方法、交通車(chē)輛與行人行為預(yù)測(cè)、車(chē)載與網(wǎng)聯(lián)信息融合技術(shù)、V2X通信模塊集成技術(shù)等。在這一層面，主要的功能和目的是利用激光、毫米波、超聲波雷達(dá)、攝像頭等車(chē)載傳感器和通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)獲取的多源數(shù)據(jù)，為車(chē)輛提供規(guī)劃決策所需的必要條件。而提高信息的可靠性、安全性及高精度和可信度也需要充分考慮。

　　決策與控制層面

　　決策與控制是汽車(chē)實(shí)現(xiàn)自主駕駛的核心部分，其中規(guī)劃與決策的目的是對(duì)采集的信息進(jìn)行進(jìn)一步處理，根據(jù)所獲取的信息進(jìn)行規(guī)劃和決策，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛和自主駕駛。

　　決策和控制架構(gòu)。智能汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制如圖11所示，可以看到規(guī)劃決策層和執(zhí)行控制層構(gòu)成了汽車(chē)上下層控制框架。上層規(guī)劃與決策在整車(chē)控制單元中進(jìn)行，決策系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)全局行車(chē)目標(biāo)、自車(chē)狀態(tài)及環(huán)境信息等決定駕駛行為、路徑規(guī)劃、速度規(guī)劃等問(wèn)題，決策機(jī)制應(yīng)在保證安全的前提下適應(yīng)盡可能多的工況，進(jìn)行舒適、節(jié)能、高效的正確決策。下層執(zhí)行層可以按照功能分為轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和懸架橫縱垂向系統(tǒng)。下層執(zhí)行層如何快速響應(yīng)和執(zhí)行上層規(guī)劃的指令，也是開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)所要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。因此，從控制架構(gòu)的層面來(lái)看，汽車(chē)智能駕駛是在整車(chē)層面上進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提是整車(chē)層面上的協(xié)同控制。關(guān)鍵技術(shù)有車(chē)輛協(xié)同控制及行駛優(yōu)化技術(shù)、多目標(biāo)優(yōu)化理論及方法、車(chē)輛自主運(yùn)動(dòng)決策與高精度橫縱向跟蹤控制技術(shù)、綜合車(chē)輛與環(huán)境信息的節(jié)能技術(shù)、高速近距離跟車(chē)/編隊(duì)行駛技術(shù)、極限工況車(chē)輛緊急避障技術(shù)等。

　　圖11 智能汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制架構(gòu)

　　決策和控制方法。從實(shí)際工程方法來(lái)看，決策與控制主要分基于人工啟發(fā)式和自主學(xué)習(xí)式的決策與控制方法。目前傳統(tǒng)車(chē)輛一般采用人工啟發(fā)式的控制器，其中大部分控制系統(tǒng)主要依賴于確定的規(guī)律或規(guī)則表。這種方法工程應(yīng)用性好，但是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能處理預(yù)期之內(nèi)的結(jié)果。而隨著汽車(chē)自動(dòng)化水平的加深，對(duì)車(chē)輛自主決策能力提出了新的要求，汽車(chē)不僅需要在某個(gè)具體工況進(jìn)行規(guī)劃決策，如超車(chē)、巡航、跟車(chē)等單一工況，還需要有在線學(xué)習(xí)能力以適應(yīng)更加復(fù)雜的道路交通環(huán)境和不可預(yù)期工況，而這種能力也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛不可或缺的能力。同時(shí)，現(xiàn)有的汽車(chē)控制系統(tǒng)，運(yùn)行一段時(shí)間之后，部件老化、磨損等問(wèn)題使得出廠時(shí)的標(biāo)定參數(shù)不再處于最優(yōu)狀態(tài)，導(dǎo)致控制性能下降。汽車(chē)的“自主”也可以體現(xiàn)在自我維護(hù)和調(diào)整上，汽車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)也需要結(jié)合智能算法，基于汽車(chē)行駛數(shù)據(jù)、性能評(píng)價(jià)進(jìn)行智能整定(自標(biāo)定)、診斷和維護(hù)?？紤]以單一車(chē)載控制系統(tǒng)為核心的計(jì)算單元已不滿足實(shí)時(shí)計(jì)算的要求，通過(guò)人工智能(狀態(tài)機(jī)、決策樹(shù)、深度學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)等)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成決策的方法也逐漸受到人們關(guān)注。

　　人-機(jī)交互與駕駛權(quán)分配。隨著汽車(chē)輔助駕駛與自動(dòng)化駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)與駕駛?cè)酥g的關(guān)系變得十分復(fù)雜，各種基于環(huán)境信息感知的車(chē)輛主動(dòng)控制系統(tǒng)與性格各異的駕駛?cè)斯餐瑯?gòu)成了對(duì)智能汽車(chē)的并行二元控制，人-車(chē)之間形成了一種動(dòng)態(tài)交互關(guān)系。雖然汽車(chē)的智能化已經(jīng)得到很大發(fā)展，但是真正意義上的無(wú)人駕駛在短期內(nèi)也很難實(shí)現(xiàn)，因此在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，智能汽車(chē)仍然面對(duì)人-車(chē)共同控制的局面。隨著汽車(chē)自動(dòng)化程度的提高和自主決策權(quán)限的擴(kuò)大，車(chē)的意圖和人的意圖必然出現(xiàn)耦合和與制約關(guān)系。同時(shí)，不同于其他的工業(yè)產(chǎn)品，汽車(chē)作為個(gè)性化需求較強(qiáng)的產(chǎn)品，用戶對(duì)于汽車(chē)自主決策和控制的接受度是衡量汽車(chē)價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)，因此建立人性化、個(gè)性化的汽車(chē)智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人-車(chē)-環(huán)境整體性能最優(yōu)是智能汽車(chē)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中必須和亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　與車(chē)輛的精細(xì)化感知、控制能力相比，人的駕駛行為具有模糊、退化、個(gè)性化等特點(diǎn);而車(chē)輛對(duì)比人而言，學(xué)習(xí)能力相對(duì)較弱，對(duì)于未知復(fù)雜工況的決策能力較差。因此，人車(chē)交互及人機(jī)共駕存在2個(gè)任務(wù)分割層次：第一是駕駛?cè)伺c機(jī)器控制的駕駛權(quán)切換;第二是駕駛?cè)伺c機(jī)器控制的駕駛權(quán)融合。從駕駛權(quán)切換的角度來(lái)講，切換的時(shí)機(jī)、切換的平穩(wěn)性、切換時(shí)駕駛?cè)说倪m應(yīng)性和接受性是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。而從駕駛權(quán)融合的角度進(jìn)行分析，需要著重考慮機(jī)器控制對(duì)人操縱的干擾、機(jī)器控制對(duì)人駕乘體驗(yàn)的影響及駕駛?cè)藢?duì)控制系統(tǒng)的干擾。因此，人-機(jī)交互與駕駛權(quán)分配問(wèn)題中主要涉及人機(jī)動(dòng)力學(xué)一體化建模方法、人機(jī)共駕、代駕策略、人機(jī)交互失效補(bǔ)償方法、人-車(chē)-環(huán)境閉環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論及評(píng)價(jià)方法等關(guān)鍵問(wèn)題。

　　輔助平臺(tái)與技術(shù)

　　信息安全技術(shù)。汽車(chē)網(wǎng)聯(lián)化帶來(lái)更好的應(yīng)用體驗(yàn)和智能化的可能性，同時(shí)也帶來(lái)了新的互聯(lián)網(wǎng)連接方面的安全風(fēng)險(xiǎn)。從技術(shù)角度分析，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮信息安全問(wèn)題，而控制汽車(chē)的電子控制單元(ECU)逐漸增多，攻擊點(diǎn)變多。汽車(chē)信息系統(tǒng)已成為汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域，該問(wèn)題的解決也是汽車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)化實(shí)現(xiàn)的一道門(mén)檻。信息安全技術(shù)，包括汽車(chē)信息安全建模技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，汽車(chē)信息安全測(cè)試方法，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等。360智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)信息安全實(shí)驗(yàn)室曾發(fā)布《2016 年智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)信息安全報(bào)告》，提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)面臨的7種安全威脅及主要攻擊方法和必要防范措施。報(bào)告指出智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)遭受的信息安全威脅主要包括汽車(chē)遠(yuǎn)程通信服務(wù)提供商(TSP)安全威脅、APP安全威脅、車(chē)載T-Box(telematics BOX)安全威脅、車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)(IVI)安全威脅、Can-bus總線安全威脅、ECU安全威脅、車(chē)內(nèi)通信安全威脅等。

　　技術(shù)法規(guī)及驗(yàn)證平臺(tái)。隨著汽車(chē)智能化進(jìn)程的不斷深入，尤其是面對(duì)網(wǎng)聯(lián)化的新機(jī)遇，推動(dòng)建立智能駕駛輔助技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、多網(wǎng)融合的測(cè)試評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)及V2X通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。例如，在1968年通過(guò)的《維也納道路交通公約》中，一項(xiàng)有關(guān)車(chē)輛自動(dòng)駕駛技術(shù)規(guī)定，駕駛員應(yīng)一直控制其車(chē)輛或指引畜力，且駕駛車(chē)輛的職責(zé)必須由人類駕駛員負(fù)責(zé)，而這一規(guī)定限制了汽車(chē)自主決策和控制。因此，在聯(lián)合國(guó)(UN)框架范圍內(nèi)，道路安全論壇(道路交通安全工作組，WP1)近年致力于這一規(guī)定的修訂。該修訂案于2016年3月22日正式生效。這項(xiàng)修訂案明確規(guī)定，在全面符合聯(lián)合國(guó)車(chē)輛管理?xiàng)l例或者駕駛員可以選擇關(guān)閉該技術(shù)的情況下，將駕駛車(chē)輛的職責(zé)交給自動(dòng)駕駛技術(shù)可以被允許應(yīng)用到交通運(yùn)輸當(dāng)中。

　　在技術(shù)示范應(yīng)用和驗(yàn)證平臺(tái)方面，以往汽車(chē)安全技術(shù)試驗(yàn)多被限制在較小試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行單一工況測(cè)試。而隨著智能化程度的加深，單一工況的測(cè)試和相對(duì)簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)設(shè)施和驗(yàn)證平臺(tái)已不能滿足智能汽車(chē)技術(shù)示范應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的需求。此外，V2X技術(shù)需要車(chē)輛與其他車(chē)輛、交通基礎(chǔ)設(shè)施、自行車(chē)等進(jìn)行通信以獲得多種信息，無(wú)論對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地大小還是對(duì)工況復(fù)雜程度，都提出了較高要求。基于此原因，需要建立封閉的智能網(wǎng)聯(lián)試驗(yàn)區(qū)域，即建立足夠長(zhǎng)的真實(shí)道路并包含盡量豐富的工況，其中的道路基礎(chǔ)設(shè)施配備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通信設(shè)備，試驗(yàn)車(chē)輛也采用統(tǒng)一的通信方式。因此，試驗(yàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及智能化技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)開(kāi)發(fā)也是需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

　　對(duì)發(fā)展智能化汽車(chē)的思考

　　從汽車(chē)智能化發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，傳統(tǒng)汽車(chē)廠商一直是推動(dòng)汽車(chē)智能化的主力軍，無(wú)論是人工駕駛到輔助駕駛還是從輔助駕駛到半自動(dòng)化駕駛的過(guò)渡，都是解決固定工況下特定問(wèn)題的過(guò)程。在智能化的前期，汽車(chē)的智能化控制都依賴于車(chē)載傳感(雷達(dá)、攝像頭等)的增加和底層控制的改善，而網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制架構(gòu)并沒(méi)有結(jié)構(gòu)性的改變。但是隨著汽車(chē)網(wǎng)聯(lián)化程度的加深，汽車(chē)智能化進(jìn)程顯著加快，對(duì)于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)而言，深入融合智能化和網(wǎng)聯(lián)化的智能化升級(jí)是不同于以往的任何一次汽車(chē)技術(shù)升級(jí)，因?yàn)檐?chē)聯(lián)網(wǎng)、智能交通、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能決策等技術(shù)的融入意味著汽車(chē)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生改變。因此，互聯(lián)網(wǎng)制造汽車(chē)車(chē)企的興起，給傳統(tǒng)汽車(chē)廠商帶來(lái)了空前的壓力。

　　然而，值得注意的是，汽車(chē)智能化進(jìn)程的主體路線并沒(méi)有改變，依然延續(xù)了“以車(chē)為本”的技術(shù)發(fā)展路線，逐漸完善汽車(chē)智能功能、提高自主駕駛程度仍是智能化發(fā)展的核心。而相比較互聯(lián)網(wǎng)造車(chē)，傳統(tǒng)車(chē)企具有明顯的制造優(yōu)勢(shì)和技術(shù)積累。因此整車(chē)廠商在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的影響力也必將超越互聯(lián)網(wǎng)巨頭和創(chuàng)業(yè)公司。

　　對(duì)發(fā)展智能汽車(chē)的思考如下。

　　1)智能零部件和系統(tǒng)的深度開(kāi)發(fā)，打通下層各控制單元，實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制器對(duì)于整車(chē)的實(shí)際控制。雖然中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的自主創(chuàng)新能力不斷提高，汽車(chē)電子市場(chǎng)的自主品牌數(shù)量和規(guī)模也不斷擴(kuò)大，但是汽車(chē)核心零部件以及與整車(chē)控制相關(guān)，尤其和安全性能相關(guān)的系統(tǒng)控制單元仍被外資企業(yè)掌控。而要想在智能化的大趨勢(shì)下走車(chē)企自己的智能路線，整車(chē)控制器層面的自主能力就尤為重要。因此，在著眼未來(lái)智能汽車(chē)和定義智能功能的同時(shí)，還需要沉下心思打通下層各控制單元，提高實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)各執(zhí)行層的控制能力，為智能規(guī)劃和決策提供實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

　　2)緊跟自動(dòng)化與信息化的發(fā)展趨勢(shì)。從汽車(chē)智能化的發(fā)展歷程來(lái)看，即使加入了網(wǎng)聯(lián)化這一新的資源，汽車(chē)智能化的過(guò)程本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是提高汽車(chē)自動(dòng)化水平的歷程，也是汽車(chē)電子和自動(dòng)化系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大的過(guò)程。因此，要想真正深入汽車(chē)智能化的潮流，開(kāi)發(fā)有自己優(yōu)勢(shì)的汽車(chē)智能系統(tǒng)，車(chē)企以及參與汽車(chē)智能化發(fā)展的零部件企業(yè)需要補(bǔ)工業(yè)2.0、3.0(自動(dòng)化、信息化)以及自動(dòng)化系統(tǒng)的課程。

　　3)主動(dòng)研發(fā)車(chē)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。由于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的引進(jìn)，汽車(chē)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及軟件平臺(tái)需要改變，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)健康智能檢測(cè)技術(shù)、系統(tǒng)智能修復(fù)技術(shù)、車(chē)載互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用整合平臺(tái)軟件、自主車(chē)載嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)軟件等進(jìn)行研究。