真正实现无人驾驶仍需跨越鸿沟

　　撰文 史蒂文· E · 施多福 （Steven E Shladover）

　　翻译 刘亚辉

　　史蒂文·E·施多福是位训练有素的机械工程师，拥有麻省理工学院（MIT）的学士、硕士和博士学位。20 世纪80 年代，他曾帮助加利福尼亚大学伯克利分校交通学院创建加利福尼亚高级交通技术联盟（PATH）项目。

　　自动驾驶系统目前已逐渐装配在现代的汽车上，但是它们大多只能在特定的条件下用来辅助人们驾驶。即使汽车生产厂商和消费者都望眼欲穿地期待全自动驾驶汽车问世，但想要真正实现这个目标，还有很多不同的自动化阶段需要经历。

　　人类驾驶员在日常驾驶过程中能够轻松解决面临的问题。但是，对计算机来说，这些决策却是巨大的挑战。我们需要投入时间、金钱和大量的工作才能让计算机解决这些问题。

　　定义自动驾驶

　　驾驶车辆远比人们想象的复杂，这涉及很多技能和行为。其中有一部分非常容易实现自动化。例如，利用过去几十年在传统巡航控制系统中积累的经验，可以让汽车在公路上保持匀速行驶。相比以前，汽车已然非常聪明了，可是即便如此，从目前的汽车自动化系统到完全的自动化驾驶，还有非常大的鸿沟需要跨越。

　　国际汽车工程师协会（SAE International，前身为汽车工程师协会）定义了关于自动驾驶的五个阶段。以自动化程度的不同为依据，前三个阶段（不包括零级，即无自动化）的技术全部需要依靠人类来处理行驶过程中的紧急情况。在第一个阶段中，包括自适应巡航系统、车道保持系统等类似系统；在第二个阶段中，系统整合了第一阶段的技术（比如车道保持和自适应巡航控制系统中的车辆横向纵向控制），从而实现更复杂的自动驾驶任务。目前在售的自动驾驶车辆只能达到这一阶段；第三阶段的系统允许驾驶员在特定场景中切换到自动驾驶状态，比如在高速公路上堵车时。

　　最后的两个阶段与前面的阶段大不相同，完全不需要人类协助。第四个阶段的（高自动化）系统可处理所有与驾驶相关的任务，但是使用场景严格限定在封闭停车场或高速专用车道上。第五阶段就是完全自动化的汽车了。

　　然而，顶级自动驾驶系统不可能很快投产，相反，它还有很长的路要走。目前我们距离第三个阶段已经很近了，要发展到第四阶段大概还需要几十年的时间。

　　软件梦魇

　　无论公众怎么看，人类驾驶员还是更善于避免严重车祸发生。想想你笔记本电脑的死机频率，如果这样的软件用于汽车驾驶，“蓝屏死机”引发的不仅仅是一句抱怨，软件延迟十分之一秒响应都有可能引发交通事故。所以，自动驾驶涉及的软件必须使用截然不同的标准来设计开发，不能以消费市场上现有的设备为标准。

　　要达到这些标准需要在软件工程和信号处理上都取得根本性的突破。首先，工程师需要使用全新的方式设计软件，设计出的软件还需要通过高标准的测试。目前，在简单的应用场景中，已采用一种新方式：在应用一段代码前，先分析出所有可能出错的地方。科学家已经开始考虑扩大这类测试。

　　代码一旦写好，软件工程师就需要尝试新的办法来调试和验证，因为现有的方法既繁琐又昂贵。自动驾驶汽车行驶时前后都有很多车辆，还有可能出现其它障碍物。面对突发问题，汽车的自动驾驶系统需要在几微秒之内做出决策，因此系统复杂性极高。

　　当代码通过验证后，生产商就需要“证明”这套系统的安全性足以满足各方（公司风险管理人员、保险公司、安全倡导者、立法者和潜在客户）的要求。为了确保成千上万的消费者在日常行驶中，车辆能够应对不同的危险场景，测试者需让汽车行驶数十亿千米。即使利用统计学的方法减少测试的距离，也要跑上很长的距离。为解决这个问题，行业内部人员已开始做一些新的尝试。

　　除了控制车辆的代码（被认为是汽车的大脑）需要接受严格审查，给大脑提供决策数据的传感器也要接受同样严格的审查。工程师必须开发出新的处理传感器信号的算法和数据融合算法，高效区分道路上存在的威胁性和非威胁性对象，以便及时做出反应。

　　第四阶段的未来

　　或许，在下一个十年中就会出现自动化驾驶程度非常高的汽车。现在，几乎所有大型汽车生产商和信息技术公司都在关注，他们对第四阶段的自动化技术（受限于特定环境，但不依赖人类的完全自动驾驶）投入了大量资源。

　　在城市中的人行区、商业区、大学校园和其他不允许高速车辆通过的地方，低速的无人驾驶客车非常适用。在这些环境中，性能有限的传感器也能有效探测行人和骑自行车的人，如果在不必要的情况下选择了刹车，最多使车上的乘客感到不愉快，不会伤害其他人。

　　把公交专用道和卡车专用车道与其他车道分开，就能很快使商用的自动驾驶车辆上路。按这种计划运行，就能让自动化驾驶的可行性得到明显提升。人车分离的方式能极大简化危险探测和反应系统，无人驾驶的卡车和巴士就能够形成节能车队，跟随领头的人类驾驶汽车行驶。

　　当我们期待下一个十年到来时，第四阶段的自动化高速公路系统很有可能会广泛使用，它能为个人用户提供直接服务，允许汽车在指定的高速路段自动行驶。这种行驶方式一般需要限制在晴天，车道上应详细标明各种指引标志。当出现故障时，车辆还可以自动驶入这些路段上设置的“安全港”。这些场景可能不像拥有私人电子驾驶员那样未来感十足，但是，这些技术也许很快就能实现。