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【電腦報(bào)】中國(guó)無人駕駛冠軍車煉成記


供稿:電腦報(bào)       編輯:機(jī)械與車輛學(xué)院 陶麗剛

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   不用考駕照,上班路上人們可以騰出雙手做自己想做的事,盲人和老人也可以享受駕駛的樂趣,路上不會(huì)有交通事故,交警檢查誰還在手動(dòng)駕駛……”世博會(huì)上對(duì)2030年的無人駕駛和車聯(lián)網(wǎng)商用的暢想,對(duì)北京理工大學(xué)智能車輛研究所的龔建偉博士來說,也是他研究無人駕駛車的動(dòng)力和目標(biāo)。

  
10天前,由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)主辦的第五屆“中國(guó)智能車未來挑戰(zhàn)賽”上,來自國(guó)內(nèi)多所高校及科研機(jī)構(gòu)的17支參賽車隊(duì)參與角逐,北理工的車隊(duì)脫穎而出,龔建偉及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的第7代無人駕駛車“RAY”獲得總冠軍,龔建偉離心中的目標(biāo)又進(jìn)了一步。

   賽場(chǎng)內(nèi)外的比拼

  
  
112日至4日,江蘇常熟市,天氣晴好。

  “我們的無人車不能在大雨天行駛,對(duì)于雨雪天氣的處理,傳感器信息會(huì)受到干擾,另外,一些外接設(shè)備在雨天可能失靈。”龔建偉說比賽前還是有些擔(dān)心天氣不好。

  智能車挑戰(zhàn)賽是在真實(shí)城郊道路和城區(qū)道路環(huán)境中進(jìn)行的公開比賽,包括城郊道路(18公里)和城區(qū)道路(5公里)兩個(gè)賽段。

  據(jù)北理工參賽的老師介紹,與前四屆比賽相比,此次比賽選擇了更加復(fù)雜的道路環(huán)境,增加了拱橋、匝道口等場(chǎng)景。

  城郊道路的考核點(diǎn)包括動(dòng)態(tài)車輛干擾、交通信號(hào)燈識(shí)別、施工繞行、避障等,城區(qū)道路的考核點(diǎn)包括遇到行人停車讓行,U-TURN、路口通行、學(xué)校門前減速慢性等。

  在出發(fā)點(diǎn),參賽的車輛車型各異,因各研發(fā)機(jī)構(gòu)控制的方法不同,因此車的裝備也很不一樣。有的車上還有和機(jī)械手一樣的自動(dòng)駕駛儀,有多個(gè)外接電機(jī)。北理工車隊(duì)有三輛車參賽,其中“RAY”顯得最清爽,從外觀看,只在車頂有一攝像頭,車前裝有激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá),車身就是從4S店買來的比亞迪汽車。車內(nèi)駕駛座旁的顯示屏是給研發(fā)人員查看車況的,中控系統(tǒng)放在后排椅子下,電腦主機(jī)在后備箱。駕駛座、方向盤與我們平常車一樣沒有外接設(shè)備。

  按比賽要求,出發(fā)前30分鐘,氣動(dòng)電腦,把路網(wǎng)文件通過U盤拷到車載電腦上,規(guī)劃路徑。車載軟件系統(tǒng)要能夠自動(dòng)處理該路網(wǎng)文件。在起始線前方,處于自主駕駛狀態(tài)的參賽車輛在接收到路網(wǎng)文件后,應(yīng)識(shí)別啟動(dòng)信號(hào)燈組,在綠燈亮起后3分鐘內(nèi)啟動(dòng)車輛,超過三分鐘撤出當(dāng)前比賽,重新排隊(duì)出發(fā)。“RAY”看到綠燈亮起,穩(wěn)穩(wěn)起步。

  每一輛無人駕駛車后都有一輛跟蹤記錄的裁判車,但不能通過無人車外的電腦指揮,控制權(quán)都在車上的系統(tǒng)上。



   2013年11月4日上午于江蘇常熟閉幕式廣場(chǎng)進(jìn)行的腦控車輛演示場(chǎng)景

  
“在考點(diǎn)1,快到無信號(hào)燈的十字路口,前方一輛有人駕駛的直行車輛通過,RAY按路徑規(guī)劃要右轉(zhuǎn),沒問題,RAY減速、停下等前方直行車過,然后右轉(zhuǎn)。”龔建偉說在第二個(gè)考點(diǎn),遇到紅綠燈,RAY大約花10秒看到紅燈亮,然后減速停車。

  RAY
不是第一個(gè)發(fā)車,但RAY的速度較快,比賽中超越了幾輛速度較慢的賽車,第一天城郊的比賽,第二個(gè)到達(dá)終點(diǎn)。第二天的城區(qū)比賽,RAY表現(xiàn)優(yōu)異。

  不是每輛參賽車都能順利完成考點(diǎn)任務(wù),有的途中無故停下不動(dòng),有的翻車,有的速度太慢。

  評(píng)委們按照安全性、智能、平穩(wěn)性和速度給參賽車打分,RAY最后以綜合分第一的成績(jī)奪冠。

  “第三天還有一場(chǎng)場(chǎng)地挑戰(zhàn)賽,我們用RAY腦控完成了比賽。”龔建偉說的腦機(jī)控制就是研發(fā)人員戴上特制帽子,可以檢測(cè)頭部的信號(hào),轉(zhuǎn)換成電腦指令,控制汽車。腦機(jī)研究是另一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的成果,RAY的控制接口開放,就可以實(shí)現(xiàn)按照人的意識(shí)開車。

  車?yán)锏娜四X子里想著開車,汽車就會(huì)啟動(dòng),前面有彎道,轉(zhuǎn)彎,OK,車就轉(zhuǎn)彎。“以后在高速路上,腦子里想找加油站,車就會(huì)開往最近的休息區(qū)加油站。”龔建偉說腦機(jī)控制目前還僅限于場(chǎng)地測(cè)試,信息監(jiān)測(cè)與處理反應(yīng)速度太慢是主要原因。

  記者看了龔教授錄制的視頻,相對(duì)于城郊路上無人駕駛幾十公里的時(shí)速,腦機(jī)控制車行速度的確緩慢。

  高路上對(duì)無人駕駛車而言,是最好的路況環(huán)境。比賽完后,龔建偉帶著隊(duì)員從江蘇回北京的路上還測(cè)試了一段RAY的性能。

  “大約100公里的高速路,RAY無人駕駛狀態(tài)跑了約1小時(shí),最高時(shí)速120公里,這100公里路上車少,RAY只超了幾輛貨車。”

  “其他時(shí)段我們還是人工駕駛RAY回來的。”

 與“RAY”同行


  “無人駕駛車也可以人工駕駛?”對(duì)記者的疑惑,龔建偉讓記者坐上RAY,在北理工校園里人工駕駛跑了200米。

  “這就是4S店買來的車,我們并未作硬件改造,當(dāng)然可以無人駕駛和人工駕駛切換。”

  龔建偉解釋道“我們與比亞迪有深度合作,在已有的車載CAN總線基礎(chǔ)上,通過設(shè)置通訊協(xié)議并進(jìn)行智能化改造,實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的讀取并對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。”

  從今年3月份開始,北理工項(xiàng)目組人員出差深圳20多人次,和比亞迪技術(shù)人員經(jīng)過3個(gè)多月的軟件程序改造,車輛本身沒有任何硬件和機(jī)構(gòu)方面的改動(dòng),完成速銳車的自動(dòng)駕駛改造;同時(shí),由北京理工大學(xué)在比亞迪北京4S店購(gòu)置新車,上牌照后重新升級(jí)車內(nèi)控制程序,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。

  到11月比賽前,完成“RAY”的感知、規(guī)劃決策和路徑規(guī)劃與跟蹤系統(tǒng)的測(cè)試,并完成近700km的無人駕駛道路測(cè)試。

  龔建偉眼中的自動(dòng)駕駛沒有太多神秘,其實(shí)是對(duì)環(huán)境的視聽感知與學(xué)習(xí),基本配置是電腦、攝像頭、雷達(dá)及聲音感知器件。

  其中工控機(jī)負(fù)責(zé)車體定位、路徑規(guī)劃、路徑跟蹤、決策融合和控制,對(duì)環(huán)境的識(shí)別、障礙物的識(shí)別、交通標(biāo)志的識(shí)別也是工控計(jì)算機(jī)的任務(wù)。

  RAY
裝備的工控機(jī)性能與一般的筆記本性能相當(dāng),攝像頭也不是非常昂貴,價(jià)值幾千元,車前的兩種雷達(dá)探測(cè)40米近距離和100米遠(yuǎn)距離的物體,聲音感應(yīng)器用來區(qū)別后方來的車是否救護(hù)車、救火車之類,同時(shí)作出判斷讓路。據(jù)介紹,RAY總體改造成本大約30萬元,加上十幾萬元的買車款,不到50萬元。

  無人駕駛汽車的各種電子部件
  
  “這樣說來,發(fā)燒友也可以做這方面的研究?”

  “當(dāng)然,我估算了一下,如果加載的設(shè)備不用太精良,10萬元也可以做無人駕駛車。我們會(huì)把研發(fā)的一些成果,比如軟件模塊放在網(wǎng)上給愛好者下載,加上以后車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn),又可以減少車上的一些感應(yīng)器,通過車聯(lián)網(wǎng),靠近的車可以相互交換信息,知道旁邊車的行駛路徑和速度,自然不會(huì)發(fā)生交通事故。”

  北理工研發(fā)無人駕駛車,始于1995年,當(dāng)時(shí)與國(guó)防科大、南京理工、浙江大學(xué)、清華大學(xué)一起研發(fā)的第一代無人駕駛車,現(xiàn)在還在北理工的陳列室里。

  然后是第二代、第三代,其應(yīng)用已經(jīng)在軍事領(lǐng)域初見成效。無論是龐大的裝甲車,還是小巧的模型車,無人駕駛的智能化程度在逐步提升。

  2000
年起,北理工的團(tuán)隊(duì)獨(dú)立研發(fā)無人車,最近剛成立了“地面無人系統(tǒng)研究院”,集合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、車輛工程等專業(yè)人才研發(fā)無人駕駛系統(tǒng)。“我們能奪冠的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)汽車工程的深入了解,還在人工智能上有長(zhǎng)期技術(shù)積累的總結(jié)。”

下一代無人車計(jì)劃


  “
明年,視聽覺信息的認(rèn)知計(jì)算重大研究計(jì)劃將要實(shí)現(xiàn)2000km以上的長(zhǎng)距離無人行駛目標(biāo),北理工的無人車會(huì)通過2000公里的高速路測(cè)試,我們計(jì)劃從北京跑到深圳。龔建偉團(tuán)隊(duì)與比亞迪的合作還將繼續(xù)。

  為了提升穩(wěn)定性和可靠性,研發(fā)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)項(xiàng)大量道路測(cè)試及相關(guān)研究工作,提升改平臺(tái)在自動(dòng)駕駛方面的性能與指標(biāo),保證軟件代碼的可靠性和擴(kuò)展性,同時(shí),對(duì)電動(dòng)助力系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,采用更大功率的轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器,提高對(duì)于多種路面的適應(yīng)性。

  在操作方便性方面,將在短時(shí)間內(nèi)增加方向盤干預(yù)方式,即在自動(dòng)駕駛模式下,只要人一握方向盤及其他操作件,就能感知到人的干預(yù),自動(dòng)退出自動(dòng)駕駛模式。

  “還將在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車平臺(tái)上探索無人駕駛車輛技術(shù),研究新能源車輛實(shí)現(xiàn)無人駕駛的特點(diǎn)。”

  在龔建偉提供的視頻中,無人駕駛車載碼頭集裝箱貨物集中的地方已經(jīng)有應(yīng)用試驗(yàn),相對(duì)單純的路線、路況,是碼頭貨運(yùn)車采用無人駕駛的一個(gè)有利條件。

  無人駕駛汽車的控制設(shè)備

無人駕駛汽車的技術(shù)分布圖

未來如果與地圖廠商合作,無人駕駛車就可以在更廣泛的道路上行駛,“不過,現(xiàn)在無人車還沒有到商用的地步,與地圖廠商的合作還是下一步。”

  業(yè)界對(duì)車聯(lián)網(wǎng)的態(tài)度也將決定無人駕駛車的研發(fā)進(jìn)程。專家預(yù)估未來兩三年,車聯(lián)網(wǎng)在北京、上海的試行,將帶動(dòng)無人駕駛和人工駕駛進(jìn)入混合運(yùn)行模式。

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