藍色情懷

下一代汽車將實現無須人工干預的自主駕駛

Stanley背後的團隊還在幹個不停，該汽車剛剛贏得「美國國防研究項目機構」主辦的2005年自主駕駛車輛穿越132英里內華達沙漠大賽的勝利。到2008年，斯坦福大學隊將操縱他們的自主駕駛汽車做州際旅行。

「我們現在要前往的下一個里程碑是證明在交通中自主駕駛的可能性，」斯坦福大學人工智能實驗室和大學競賽團隊領隊Sebastian Thrun教授說：「我們在斯坦福的目標是在未來幾年內，實現從舊金山到洛杉磯全程實現無人幹預的自主駕駛。」

整個行駛過程將耗時數小時，Thrun說：「中途將經歷各種交通狀況，從市內駕駛到擁擠的高速公路乃至長距離跋涉於州間廣闊的地帶，我們認為這麼一段路足以展示自主駕駛汽車的能力。」

根據Thrun的觀點，2005年的挑戰賽「已經回答了是否能夠以中等速度在空曠的沙漠地帶自主駕駛的問題，本質上說，那跟實際駕駛沒有什麼類似之處，因此，下一個問題就是，你可以在真實的交通路況下以較高速度自主駕駛嗎？」

半導體設計工程師、汽車工程師、軟件和中間件專家異口同聲說「是的」，自主駕駛汽車(免人工干預、由汽車自己駕駛的汽車)將在不遠的將來步入市場。「消費者擁有自主駕駛汽車的日子不遠了。」

寶馬公司的「主動駕駛」技術根據汽車自動駕駛的速度能夠調整齒輪齒數比。

針對這種車輛的傳感器已經出現，半導體廠商也在快速跟進。「我們認為，自動駕駛汽車將是未來幾年汽車電子的主要成長領域，」飛思卡爾半導體 公司交通產品戰略和市場總監Peter Schulmeyer說，「自動駕駛汽車的終極目標是--以現在的觀點看--逐步實現汽車駕駛的自動化，意味著汽車本身就能夠自主行駛，而不必駕駛員或乘 客干預任何設備。」

斯坦福大學的Thrun預測，汽車完全實現自主駕駛--不僅僅是在高速公路上防止車道偏離--至少還要花30年。但是，未來與現實之間樹立著許多里程碑，例如，自主軍事護送、大量的便利和安全功能將逐步推廣到商用和消費車輛之中，為它們提供程度不同的汽車自主能力。

「汽車電子的發展刺激了汽車設計的大發展，」Gartner Dataquest全球半導體組首席分析師Mike Williams說，「全球汽車半導體市場2005年已經超過167億美元，目前以安全為發展動力的汽車電子創新將賦予未來汽車實現自主駕駛的能力。」

飛思卡爾的Schulmeyer認為，避碰功能將是全自主駕駛必須實現的目標，以汽車中各種創新來增強自動化。在這條發展道路上，他認為， 將從簡單的自動風檔刮水器之類的舒適功能開始，到ABS(Antilock Brake System - 防鎖死剎車系統)之類的安全系統，進一步就是汽車穩定系統和自適應巡航。「這些將是實現避碰的必備系統，而不 僅僅是靠預緊傳感器和氣囊把破壞降低到最小。」

Schulmeyer預測，自動安全系統有三個不同的發展階段。第一、自適應巡航將採用雷達技術；第二、更為主動的安全系統，如出現無法避免的碰撞時緊急制動，以最大的制動力將破壞降低到最小；第三、全避碰系統能夠根據遭遇的障礙物操縱汽車以防止發生任何碰撞。

可行性得到證明

從上世紀60年代以來，研究人員持續不懈地探索了各種實現汽車自主駕駛的方案，包括Stanley那樣的全自主駕駛汽車，在此是車輛的軟件 來作出各種選擇；對於中央控制來說，主交通計算機在自動高速公路上向同等的從車輛的計算機發出信號。許多這樣的技術已經被證實在高速公路的現場測試中是可 行的，正如電子設備已經從龐大的佔位空間縮小芯片那麼小。目前，針對高速公路的技術可以被輕易地翻版到現代商用和消費車輛的儀表盤之中，所以，為什麼汽車 自己還不能自主駕駛呢？

其中一個原因是車輛需要具備「線控駕駛」的能力，這就意味著所有機械連接件，從加速板、傳動系統、剎車到方向盤，都需要由計算激勵的電氣 伺服系統來控制。例如，計算機直接控制ABS系統，目前線控駕駛正在被安裝在許多汽車之中。寶馬的主動操縱技術採用計算機調節方向盤的角度，使之獨立於汽 車前輪的角度，以補償側風的影響。

BMW、Daimler-Chrysler、General Motors、Honda、Mercedes、Toyota和Volkswagen都因方便和安全的原因，計劃在他們的汽車中設計線控駕駛的功能，但是， 並不是完全的自主駕駛汽車。「人們不僅僅是讓汽車導航、轉向和剎車，把你帶到目的地就完了，」分析師Williams說，「因為那樣的話，駕駛的樂趣就沒 有了，人們不見得需要汽車自主駕駛。」

因此，「即使承認汽車自主駕駛會受到歡迎，對於酷愛駕駛的人來說，還是願意自己駕駛，」斯坦福大學的Thrun說，他自己就是運動車的車主，「因為我熱愛駕駛。」

如果你能夠切換到自主駕駛模式，他說：「你就會提高生產率，你可以讀報、睡覺或回答電子郵件，甚至看電影。」而這樣一輛汽車讓那些可能放棄駕駛執照的年邁駕駛員可以高枕無憂了。

根據Thrun的觀點，全自主駕駛汽車讓自動泊車更安全。實際上，一些汽車製造商已經展示了全自動平行泊車功能。「即使自動泊車是在靜態的 環境下，對於完全計算機控制(包括方向盤、剎車、傳動和加速器)的要求是一致的，」Thrun表示說，「我們也有自適應巡航控制、車道偏離系統、ABS- -所有一切都由計算機在技術上對汽車實現控制。」

目前其它的安全功能瞄準的是增強駕駛員警示(driver's awareness)功能，以用於未來的全自主駕駛。例如，目前的頭頂夜視系統可以將紅外傳感器透過大霧探測到的遠距離路況投影到擋風玻璃上。將來，自主 駕駛車輛可以利用這些傳感器來識別與GPS地圖匹配的物體。

「人們對此給予了很多關注，一個從傳感器為你提供數據的駕駛員警示系統，可以讓你以某種方式感知路況，」Thrun說，「例如，夜視系統 向車外發出紅外光，且時刻保持高的穿透性，因為眼睛看不到紅外線。但是，採用收集紅外線的攝像機，你就可以看見整個場景，極大地幫助了人們透過黑暗來觀察 路面的狀況。」

他指出，雷達應急報警系統可以建議你減速，因為它們透過大霧看見了障礙物，而全新的駕駛員輔助系統則能讓你分辨障礙物的種類，「這就是讓每一個人駕駛更安全的技術。」他強調說。

飛思卡爾的Schulmeyer認為，全自主駕駛汽車將從自動防故障裝置向自動容錯系統的方向發展，就像航空工業的發展模式一樣。「目前， 自動防故障系統有一個選項，當檢測到錯誤時，立即採取分離措施；例如，當氣囊或剎車系統自己關閉的時候，儀表盤上的顯示器就會被點亮，告知自測失效，」 Schulmeyer說，「而自動容錯系統相反，它沒有安全位。」

如果在操縱過程中檢測到錯誤，例如，「你可能轉不動方向盤，如果它被檢測到出現故障的話，」他說，「對於安全性和可靠性，當從自動防故障 裝置向自動容錯系統的發展過程中，你需要在子系統之間實現容錯的通信，你需要重要元器件的冗餘，你的軟件的穩定性必須滿足非常嚴格的安全性標準。」

為了鼓勵汽車製造商創新容錯的通信系統，飛思卡爾半導體在其免費的實時軟件基礎上創立了一個稱為FlexRay的聯盟，目前支持的廠家包 括：Audi、BMW、Bosch、DaimlerChrysler、Ford、Freescale、General Motors、Philips、Siemens和Volkswagen。

同樣地，Real-Time Innovations (RTI)公司提供了稱為中間件的網絡數據分布系統(NDDS)，以處理汽車中許多處理器之間的實時通信。

「NDDS中間件在傳感器和用於識別的高級軟件之間擔任仲裁，它將來自傳感器的數據分布到可預測實時約束的算法，」RTI總工程師Rajive Joshi說。

作為將數據連接到處理節點的中間件，NDDS採取對稱的背靠背分布，不再需要中央服務器，所有節點在NDSS看來都是一樣的。

「NDDS向算法饋入它需要的傳感器數據，僅當它需要的時候，無論有多少傳感器或多種算法訪問同一傳感器的方式如何，」Joshi說，「傳 感器是數據流的『出版商』，而算法是數據流的訂戶；如果傳感器是冗餘的，那麼，當數據無法從一個傳感器獲取時，NDDS實時從另外一個傳感器替換數據而不 必中斷。甚至如果沒有新的「已出版」傳感器數據可供實時訂戶，那麼，NDDS通知訂戶發生了不可測事件，所以，其算法能夠根據其丟失數據的情況替換被插入 的數據。」

除了傳感器融接，NDDS還移動數據導航和刺激系統。Joshi說，去年美國國防部對NDDS用作自動車輛的中間件進行了標準化。 NDDS現在也安裝在完成水下服務、安裝、探索、海上救助和恢復運作的自動潛艇中。此外，RTI的中間件也被安裝在擬人機器人Robonaut上，這種機 器人是美國國防部高級研究計劃署與美國國家航空和宇宙航行局約翰遜太空中心的Robot系統技術部的聯合研究成果。

RTI為ARM、STMicroelectronics和Infineon等公司的微處理器提供NDDS中間件。ARM單獨提供其軟件開發工具，據該公司稱，借助於該工具可以對車身、底盤、安全和動力總成系統的處理和通信任務進行集成。

「ARM核現在運行在全球65%的ABS和底盤控制系統之中，」ARM有限公司嵌入式系統總監Wayne Lyons說，「選擇ARM核可以讓汽車設計工程師強化其架構，把現在他們用的20或更多的架構減少到很少的幾種。」

取代為所有這些架構造維護軟件開發工具的做法是，「你可以對我們的工具進行標準化，並將重心放在持續不斷的創新上面，消除了為每一個新型號從頭開始編譯帶來的所有問題，」Lyons說。

R. Colin Johnson