一、综述

无人驾驶汽车是一种智能汽车,也可以称之为轮式移动机器人,主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它一般是利用车载传感器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,控制车辆的转向和速度,从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。

无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人—车—路”闭环控制方式,将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去,从而大大提高了交通系统的效率和安全性。现代无人驾驶汽车以汽车工业为基础,以高科技为依托,遵循由低到高、由少到多、由单方面到多方面、螺旋上升的规律发展。其横向发展离不开各种用途的实际需要,而其纵向发展的生命力在于持续不断的技术创新。

二、国外发展状况

国外展开无人驾驶车辆研究的时间始于1950年，其技术高速发展是在1980年左右。发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，目前在可行性和实用性方面，美国和德国走在前列。在欧洲，无人驾驶车项目的发展也已经初具成效，并已经成立了统一的合作组织。此外，日本也在加紧无人驾驶技术的研究计划。

（1）美国

美国是世界上研究无人驾驶车辆最早、水平最高的国家之一。在无人车关键技术的研究中，在研究技术的水平和研究成果的普及应用方面美国都表现为较高的水平。

1950年后美国贝瑞特电子公司研制出全球第一台自主导航车，能够自动在设定的轨道中行驶。

20世纪80年代，美国就提出自主地面车辆(ＡＬＶ)计划。这是一辆一辆带有八个轮子的无人驾驶机器人，该机器人在颠凝的地形上行驶较为困难，且较难达到很高的车速。

20世纪九十年代，卡内基梅隆大学研究制成了智能车辆Navlab-V，该车在许多地形上完成了长距离、高速度的自主行驶实验,行驶路程达上万公里。尽管这次实验中的Ｎａｖｌａｂ-Ｖ仅仅完成方向控制,而不进行速度控制(油门及档位由车上的参试人员控制)，但这次实验已经让世人看到了科技的神奇力量。

20世纪九十年代末美国国防部门开展了 DEMO系列无人车的研制，在以后的十年时间里，共研究制造出 10 代 DEMO 车型。2003年开始美国DARPA组织在2003年至2007年之间举办了三次无人驾驶车辆竞赛，目的是验证无人车在复杂变化的环境中的自动行驶能力，以推动无人车技术的迅速发展。

2005年，美国国防部“大挑战”比赛上,最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆大众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛,第一个到达了终点。在赛道上,无人驾驶汽车需要穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行使,整个行程无人驾驶汽车需要绕过无数个障碍。

2010年，Google公司研制的无人驾驶车辆开始了实际城市道路的行驶测试，总共有7辆车参加了这一系列的测试。Google公司的无人车具有完备的感知能力和高水平的人工智能，可以指引车辆的正确行驶。

（2）德国

1987年德国慕尼黑国防大学在奔驰公司的赞助下，研究设计了 VaMoRs智能车，在当时该智能车已经创下了96km/h的记录，然而他们的研究并未停止，经过短暂的几年努力，该智能车就完成了高速公路及较好的城市交通路上的自主行驶。后期他们研究设计的第二辆无人车VaMP已经可以在高速路上完成给定路径的跟踪、车道识别、超车等功能，并创下了 160krn/h的记录。

2010年5月,第五届ELROB比赛在德国Hammelburg举办,此次比赛以考察军事应用为主，并着重考察车辆在夜间的表现。比赛项目包括在目标位置做侦察和监视、在混合地形条件下的车辆移动、在混合地形条件下来回运送等。

在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ｉｂｅｏ公司，最近推出了其研制的无人驾驶汽车。这辆无人驾驶智能汽车由德国大众汽车公司生产的帕萨特2.0改装而成，外表看来与普通家庭汽车并无差别，但却可以在错综复杂的城市公路系统中实现无人驾驶。在茫茫车海和人海中，它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人,从容前行。

（3）欧洲各国

欧洲各国在无人驾驶车辆方面也做了很多研究工作，开展了很多无人驾驶研究计划，走在世界前列。

PROMETHEUS计划、PReVENT计划等在世界范围内影响很大。

EUREKA 的 PROMETHEUS 计划是 1987 年至 1995 年欧洲无人驾驶车辆领域最大的研发项目。

1994年Emst Dickmanns主持研制的双胞胎机器人车辆VaMP和VITA-2在巴黎的多车道高速公路上行驶了 1000多公里，在车流繁忙情况下最高车速达到130公里/小时，并能自主完成跟踪行驶、变道和超车(Shladover,S.E. et aL,1991)。

1995年Dickm_s重新设计了S级奔驰自主驾驶车辆,完成从德国慕尼黑到丹麦哥本哈根1600公里的旅程，最高时速超过175公里/小时。PROMETHEUS取得的成功是之后欧洲开展无人驾驶车辆研究的基础。

之后欧盟的代表性研究项目包括第五框架的 CyberCars 和 CyberMove 项目、第六框架的 CyberCars-2 项目等。经过几年的研究，已经获得了初步的成功，部分系统已投入实际运行。例如，Frog 公司于 1997 年 12 月，就有 ParkShuttle 在荷兰阿姆斯特丹 Schiphol 机场的应用，但那只是最早期的技术，在两地间按既定路线行驶，没有多少人车交流。

1999 年 2 月在荷兰鹿特丹，同样的技术用于 ParkShuttle 在 Rivium 商业区的应用上。

在 2002 年，CyberCab 在荷兰 2002 年园艺博览会上进行了客人的运送试验，这时技术已经相对成熟，能够进行一定的人车交流，完成既定路线客人的运送服务。 

在 2003 年 10 月，丹麦 RUF 双模式单轨系统进行了演示。

在 2004 年 6 月，法国Antibes 是欧盟 CyberCars/CyberMove 项目进行了最终的演示。

在 2005 年 6 月，法国南锡进行了法国 MobiVip 项目的演示，这一系列的演示见证了无人驾驶车技术在欧盟的起步和发展。

英国于20世纪初期已经在一些机场布置智能车辆为旅客服务。同时,英国发出声明,在以后的几十年内，将为无人驾驶车辆建造专门的道路，同时，为了兼容已有的道路，将在已建造道路中划分出新的智能车辆专用道。相关研究人员表示，智能车辆先进的主动安全等技术将使得城市交通更加顺畅，大大减少了事故的发生率。

2010年10月28日，帕尔马大学Vislab实验室研制的试验车使用绿色能源作为动力，历时3个多月，行驶13000多公里，只用极少数的人工干预,成功抵达上海。

（4）日本

日本的交通部门从上世纪九十年代开始实施先进安全车辆(ASV)计划。目前,日本对ASV 发已经走过了三个阶段,第四阶段也刚刚结束。

第一阶段是1991年至1995年，由编列预算并由各大汽车企业进行乘用车四大类20项先进安全系统技术的研发，此阶段主要考察在车辆上安装高科技装置的可能性、如何应用这些技术及他们能减少交通事故的程度。

第二阶段是1996年至2000年，适用对象增加了商用车，系统技术也增加了 6大类32项，开始对ASV车辆实用化进行研究，开发出35辆AVS车辆进行展示，对安全理念进行整理，确认了研发的方向，对事故降低程度进行了验证。

第三阶段是2001年至2005年，这一阶段主要对ASV车辆的普及化进行探讨，并开发新技术，主要表现在提高ASV车辆的社会可接受程度，开发先进的自动驾驶车辆，并将先进的通信技术应用到ASV中。

第四阶段是从2008年至2010年，本阶段除将正式普及此前,就投入使用的通过摄像头和雷达等的主动预防事故系统之外，还将力争实现上一阶段实施的利用车间无线通信技术来防止事故的“信息交换型驾驶辅助系统”的分实用化。

日本还曾成功研制出适合城市环境的无人驾驶公共汽车，被称为“新一代城途交通系统”。同时，日本的主要汽车制造商，如Honda,Nissan, Toyota等，也对车辆的主动安全系统大为关注并开展了具体的研究。其中包括：车辆感知模型系统、车辆主动自定位系统、车辆跟随系统、驾驶员面部检测系统和夜间行车系统等。

三、关键技术

（1）总述

在许多方面，自动驾驶汽车是现有汽车中的司机辅助系统的一种合理扩充，有：

（1）车道偏离检测系统（它会遵循道路标志和声音警告并在车辆开始偏移车道时纠正方向）

（2）自适应巡航控制系统（它会和前面的车辆保持一个恒定的距离）

（3）自动泊车系统（可将汽车倒进停车位）

（4）紧急制动和卫星导航系统

换句话说，计算机会根据汽车目前行驶的情景自动控制汽车的方向盘、加速和制动。对于一辆自动驾驶汽车而言，这些系统都必须利用软件结合在一起，并辅以一系列的传感器，这样软件就可以知道这辆车的周围正在发生什么。

因此，如今的自动驾驶汽车全身布满了传感器：

传感器可以映射出周围环境的特性、探测道路边缘和车道标线、识别标志和红绿灯，结合摄像头、雷达和激光来识别行人；超声波探测器在短距离上能够提供更加精确的周围环境；陀螺仪、加速计和高度计比单独使用全球定位系统（GPS）卫星提供了更精确的定位。

（2）国外无人驾驶发展过程中的重要成果及其关键技术

1、Ohio大学为了改善汽车的可操控性，自上个世纪六七十年代以来不断对汽车侧向跟踪控制及纵向速度控制上进行着大量的研究，经过持续二十多年的不断研究，取得了一系列重要成果；同时期美国stanfoul在对人工智能上的研究也取得了突破性的进展，该团队研究设计了 Shakey移动机器人，为后期人工智能的研究建立了完善的实验平台。经过十多年的不断研究，他们第一次实现了自主驾驶。

2、PAIH智能车的研究

美国加州理工大学在当地的支持下,对无人车在不同道路行驶时进行了详细的研究，为后期车辆在众多道路上建立车辆纵向控制、侧向控制模型奠定了坚实的基础，对无人车智能化的研究有非常重要的借鉴意义。

3、上世纪90年代，PReVENT项目作为主动预防道路安全最大的首创之一，提出了三个总体概念：虚拟安全带，时间一碰撞时间表，智能车辆的三层架构——感知，决策，执行。

4、1998年6月意大利帕尔玛大学的ARGO智能车开展了路程近两千公里的大范围行驶。该实验车的核心是视觉检测车道线技术,釆用的是GOLDCGenericObstacle and Lane Detection系统，检测原理是单目视觉的反透视变换，使用立体视觉系统检测道路前方的障碍物。

5、日本还曾成功研制出适合城市环境的无人驾驶公共汽车，这套公共交通车辆自动驾驶系统也包含在日本现在着力发展的智能交通系统当中。

它主要由车道跟踪、安全防碰撞驾驶、集群行驶及其管理等几方面组成。这套系统的主要原理是运用磁性装置进行导航。在车前，配备有毫米波雷达,带有红外功能的相机，激光雷达等装置，利用这些传感设备，可以轻松对车外环境进行建模。这样，通过车辆的中枢电脑，就可以对车辆的速度、行驶状态进行控制。当障碍物进入车辆的安全行驶范围内，车辆就会减速或者制动刹车。中枢管理系统通过安装在车门的摄像机和雷达等传感器，在靠站停车时，对乘客的上下车情况进行检测，控制车门的开启与关闭,车辆的启动与停止。

6、丰田汽车公司在2000年开发出无人驾驶公共汽车。这套公共汽车自动驾驶系统主要由道路诱导、车队行驶、追尾防止和运行管理等方面组成。安装在车辆底盘前部的磁气传感器将根据埋设在道路中间的永久性磁石进行导向，控制车辆行驶方向。

7、德国“路克斯”（Lux）

在无人驾驶技术研究方面位于世界前列的德国汉堡Ibeo公司研制的无人驾驶汽车，与2007年在英国伦敦科学博物馆与公众见面。

      Ibeo公司研制目标是创造能够完全适应复杂城市交通状况的先进无人驾驶汽车。

行驶过程中，车内安装的全球定位仪随时获取汽车所在准确方位的信息数据。

隐藏在前灯和尾灯附近的激光扫描仪是汽车的“眼”，它们随时“观察”汽车周围２００码（约１８３米）内的道路状况，构建三维道路模型。

除此之外，“眼”还能识别各种交通标识，如速度、红绿灯、车道划分、停靠点等，保证汽车在遵守交通规则的前提下安全行驶。

最后由无人驾驶汽车的“脑”——安装在汽车后备箱内的计算机，将两组数据汇合、分析，并根据结果向汽车传达相应的行驶命令。

多项先进科技确保这款无人驾驶汽车能够灵活换档、加速、转弯、刹车、甚至倒车。在茫茫车海和人海中，它能巧妙避开建筑、障碍、其他车辆和行人，从容前行。

8、谷歌无人驾驶汽车

2014年5月28日Code Conference 科技大会上，Google推出自己的新产品——无人驾驶汽车。和一般的汽车不同，Google 无人驾驶汽车没有方向盘和刹车。 2012年4月1日，Google展示了他们的使用自动驾驶技术的赛车。

车顶上的扫描器发射束激光射线，然后激光碰到车辆周围的物体，又反射回来，这样就计算出了物体的距离。另一套在底部的系统测量出车辆在三个方向上的加速度、角速度等数据，然后再结合GPS数据计算出车辆的位置，所有这些数据与车载摄像机捕获的图像一起输入计算机，软件以极高的速度处理这些数据。这样，系统就可以非常迅速的作出判断。

Google的自动驾驶汽车会扫描其周围的环境，并构建一个详细的3D地图。当车辆每次行驶到特定的路线，它会收集更多的数据来更新3D地图。Google的软件还会记录速度的，以及事故的数据。由于汽车的车顶安装的传感器可以监测各个方向的情况，它无疑比人类具有更加强大的情景感知能力。下载本文