一文讀懂自動(dòng)駕駛研究現(xiàn)狀

　　自動(dòng)駕駛載具或?qū)⒁祟惖南乱淮纬鲂蟹绞礁锩?，而我們目前又已?jīng)走到了哪一步?近日，巴西圣埃斯皮里圖聯(lián)邦大學(xué)的研究者在 arXiv 上發(fā)布了一篇自動(dòng)駕駛汽車研究情況總結(jié)，并簡(jiǎn)單梳理了產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)展。本文摘取了其中的主干部分，更詳細(xì)的論述請(qǐng)參閱原文。

　　我們調(diào)查了有關(guān)自動(dòng)駕駛汽車的研究文獻(xiàn)，重點(diǎn)關(guān)注的是自 DARPA 挑戰(zhàn)賽以來(lái)開(kāi)發(fā)的配備有可歸類為 SAE 3 級(jí)或更高級(jí)的自主系統(tǒng)的自動(dòng)汽車。

　　自動(dòng)駕駛汽車的自主系統(tǒng)的架構(gòu)通?？煞譃楦兄到y(tǒng)和決策系統(tǒng)。

　　感知系統(tǒng)通常分為負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛汽車定位、靜態(tài)障礙物地圖測(cè)繪、移動(dòng)障礙物檢測(cè)與跟蹤、道路地圖測(cè)繪、交通信號(hào)檢測(cè)與識(shí)別等多種任務(wù)的許多子系統(tǒng)。

　　決策系統(tǒng)通常也分為許多子系統(tǒng)，分別負(fù)責(zé)路線(route)規(guī)劃、路徑(path)規(guī)劃、行為選擇、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、控制等。在本調(diào)查報(bào)告中，我們會(huì)介紹自動(dòng)駕駛汽車的自主系統(tǒng)的典型架構(gòu)。

　　我們還會(huì)總結(jié)在感知和決策相關(guān)方法方面的研究成果。此外，我們還將詳細(xì)描述巴西圣埃斯皮里圖聯(lián)邦大學(xué)(UFES)的汽車 IARA 的自主系統(tǒng)的架構(gòu)。最后，我們會(huì)列出科技公司開(kāi)發(fā)的和媒體報(bào)道的突出的自動(dòng)駕駛研究汽車。

　　1. 引言

　　自動(dòng)汽車(也被稱為無(wú)人駕駛汽車和自動(dòng)駕駛汽車)自 1980 年代中期以來(lái)已經(jīng)得到了全球很多大學(xué)、研究中心、汽車公司和其它行業(yè)公司的研究和開(kāi)發(fā)。過(guò)去二十年里重要的自動(dòng)駕駛研究平臺(tái)案例有德國(guó)慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的汽車 [DIC87]、Navlab 的移動(dòng)平臺(tái) [THO91]、慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)和戴姆勒-奔馳的汽車 VaMP 和 VITA-2 [GER14]、意大利帕維亞大學(xué)和帕爾馬大學(xué)的汽車 ARGO [BRO99]、慕尼黑聯(lián)邦國(guó)防軍大學(xué)的載具 VaMoRs 和 VaMP [GRE00]。

　　為了促進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)在 2000 年代組織了三次競(jìng)賽。第一次名為 DARPA Grand 挑戰(zhàn)賽，于 2004 年在美國(guó)莫哈維沙漠舉辦，要求無(wú)人駕駛的汽車在 10 小時(shí)的時(shí)間限制內(nèi)跑完一條沙漠通道中的長(zhǎng) 142 英里的道路。所有參賽車輛都在前幾英里內(nèi)失敗了。

　　DARPA Grand 挑戰(zhàn)賽 [BUE07] 在 2005 年再次舉辦，要求機(jī)器人車輛跑過(guò)一條長(zhǎng) 132 英里的路線，其中有平地、干涸湖床和山路，包含 3 個(gè)狹窄通道和超過(guò) 100 個(gè)左右急轉(zhuǎn)彎。這次比賽共有 23 輛決賽者，其中 4 輛車在規(guī)定時(shí)間內(nèi)跑完了賽道。斯坦福大學(xué)的汽車 Stanley [THR07] 獲得了第一名，卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的汽車 Sandstorm 和 H1ghlander 分列第二和第三名。

　　第三場(chǎng)比賽名為 DARPA Urban 挑戰(zhàn)賽 [BUE09]，于 2007 年在美國(guó)加州前喬治空軍基地舉辦，要求無(wú)人駕駛車輛通過(guò)一條長(zhǎng) 60 英里的模擬城市環(huán)境的路線，其中也有其它無(wú)人駕駛車輛和人類駕駛的汽車，時(shí)間限制為 6 小時(shí)。這些汽車必須遵守加州的交通規(guī)則。

　　這場(chǎng)比賽有 11 輛決賽者，其中 6 輛在規(guī)定時(shí)間內(nèi)跑完了路線?？▋?nèi)基·梅隆大學(xué)的汽車 Boss [URM08] 獲得第一，斯坦福大學(xué)的汽車 Junior [MON08] 第二，弗吉尼亞理工大學(xué)的汽車 Odin [BAC08] 第三。盡管這些比賽中的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)比人們?nèi)粘＝煌ㄖ兴龅降那闆r簡(jiǎn)單，但它們已被譽(yù)為自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展的里程碑。

　　自 DARPA 這些挑戰(zhàn)賽以來(lái)，又出現(xiàn)了很多自動(dòng)駕駛汽車競(jìng)賽和試驗(yàn)。

　　相關(guān)的案例包括：從 2006 年舉辦至今的歐洲陸地機(jī)器人試驗(yàn)(ELROB)[ELR18]、2009 年到 2013 年舉辦的智能載具未來(lái)挑戰(zhàn)賽 [XIN14]、2009 年到 2017 年舉辦的自動(dòng)化載具競(jìng)賽 [AUT17]、2010 年的現(xiàn)代自主汽車挑戰(zhàn)賽 [CER11]、2010 年的 VisLab 洲際自主汽車挑戰(zhàn)賽 [BRO12]、2011 年和 2016 年的大型合作駕駛挑戰(zhàn)賽(GCDC)[GCD16]、2013 年的公共道路城市無(wú)人駕駛汽車測(cè)試 [BRO15]。

　　同時(shí)，全世界的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都在加速研究無(wú)人駕駛汽車。

　　研究機(jī)器人汽車的重要大學(xué)包括卡內(nèi)基·梅隆大學(xué) [CAR18]、斯坦福大學(xué) [STA18]、麻省理工學(xué)院 [MIT17]、弗吉尼亞理工大學(xué) [VIR18] 和 FZI 信息技術(shù)研究中心 [FZI18]。

　　主要公司包括谷歌 [WAY18]、Uber [UBE18]、百度 [APO18]、Lyft [LYF18]、Aptiv [APT18]、特斯拉 [TES18]、英偉達(dá) [NVI18]、Aurora [AUR18]、Zenuity [ZEN18]、戴姆勒和博世 [BOS18]、Argo AI [ARG18]、Renesas Autonomy [REN18]、Almotive [AIM18]、AutoX [AUT18]、Mobileye [MOB18]、Ambarella [AMB18]、Pony.ai [PON18]、京東 [JD18]、Idriverplus [IDR18]、豐田 [TOY18]、福特 [FOR18]、沃爾沃 [VOLV18]、梅賽德斯-奔馳 [MER18]。