第三次会议
支持自动驾驶的技术

2015.11.02
作者：伊藤元明

自动驾驶系统可以说是ICT和机械技术的巅峰之作，可处理极其复杂和精确的加工。根据一天中的时间、天气和地点而时刻变化的驾驶环境，以及突然跳出的行人，都极其多样化，需要即时响应。它比已经投入实际使用的飞机自动驾驶系统先进一个数量级。在汽车行业的努力下，汽车充分利用传感器、自动识别、3D建模、人工智能等前沿技术，不断快速发展。在该系列的第三部分中，我们将解释用于实现自动驾驶系统的技术的发展趋势，以及参与技术开发的公司的努力。

自动驾驶系统由四个主要功能组成（图 1）。其中包括通过传感器和无线技术进行“信息收集”、识别车辆及其周围事物的位置的“分析和识别”、决定汽车应如何移动的“行为决策”以及精确操作发动机、方向盘等的“机构控制”。

[图1]构成自动驾驶系统的四个功能
来源：图为梅赛德斯-奔驰在 CES 2015 上发布的自动驾驶汽车概念车型“F 015 Luxury in Motion”

这些功能是通过结合多种技术来实现的，包括传感器和处理器等“电子设备”、与道路基础设施和周围汽车交换信息的“无线通信”、图像识别和人工智能等“信息处理”以及根据指令操作汽车各机构的“机械控制”。

“机械控制”技术堪称炉火纯青

自动驾驶系统的四大功能：“信息采集”、“分析/识别”、“行为判定”、“机构控制”，可以说“机构控制”已经达到了炉火纯青的地步。汽车刚发明时，油门踏板和发动机、制动踏板和制动器、方向盘和改变轮胎方向的车轴、变速杆和变速器都是机械连接的。在近年来生产的许多汽车中，两者之间的连接现在都是电气连接的。将这种类型的机械控制改为电动机构称为“线控”，因为它是通过电线操作的。

一般来说，用电动机构取代机械机构可以显着减轻车辆的重量，并提高燃油效率和驾驶性能。此外，通过在驾驶员控制装置和正在操作的机构之间插入与车辆行为相匹配的控制装置，可以提高舒适性、安全性和可靠性。为此，油门、变速、刹车、转向等许多机构都被电动装置取代。近年来，汽车越来越多地被称为“驾驶计算机”。这是因为每辆车已经配备了50多个被称为“ECU（电子控制单元）”的车载计算机。其中大部分与线控有关。

行驶、转弯、停车等汽车基本功能的线控机械控制的完成，为先进驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的发展奠定了基础。实现自动驾驶的技术挑战自然集中在“信息收集”、“分析/识别”和“行为决策”等方面。让我们仔细看看每一项技术的发展趋势。

在正确的位置使用正确的传感器

“信息收集”涉及的技术包含三个主要要素。传感器技术、无线技术和详细测绘。

自动驾驶汽车配备了多种具有不同特性的传感器，并且每种传感器都用在正确的地方（图 2）。传感器融合是综合评估多种传感器获取的信息以获得更准确信息的技术。让我们看一下使用 Google Car 进行的传感器融合，这是 Google 正在开发的 4 级自动驾驶汽车。

[图 2] 自动驾驶汽车中用于“信息收集”的典型传感器的适用性比较
来源：东京工业大学教授 Keiji Saneyoshi 的数据

Google Car 配备五种类型的传感器。有两种类型的雷达对于了解周围环境最为重要。一是LIDAR，一种读取周围环境三维结构的雷达（图3）。通过发射红外激光并测量其从物体反射并返回所需的时间，它可以高分辨率检测周围物体的距离和相对速度。据称，该系统可以在不到01秒的时间内掌握汽车周围182m半径范围内的情况。该激光雷达获取的信息叠加在地图信息上，用于定位本车、其他车辆、障碍物等。