“红旗”无风自飞扬──记首款中国无人驾驶汽车
综合报道
“用个形象的比喻，这辆独一无二的车是中国汽车界的‘神舟五号’。汽车的智能化是21世纪汽车产业的核心竞争力之一，而红旗无人驾驶汽车在这一领域已经达到了世界级水平。” 2004年10月27日，红旗无人驾驶汽车项目负责人、一汽技术中心电气研究室主任程传河在接受本报记者采访时自豪地说。
“这是中国汽车界的‘神舟五号’”
实际上，在2004年10月12日的第六届高交会上，红旗无人驾驶汽车就引起了极大的轰动。在6天的展览中，一汽的展台前总是人头攒动，那辆装备了“无人驾驶系统”的红旗旗舰CA7460轿车，让包括国务院副总理吴仪、商务部长薄熙来在内的大量观众慕名而来。
当时，现场播放的录像极为生动：在起伏大、弯道多的长沙环城高速公路上，牌号为甲J03002的红旗无人驾驶汽车正在高速行驶。时而直线行进、时而减速避让，在行车道前面有多辆大货车的情况下，红旗车闪亮左转弯灯，从左侧顺利高速超车后回到行车道。而在这一过程中，坐在驾驶席的试验人员始终双手高抬，任由方向盘自动运转，油门、刹车自动起伏。
程传河和他的同事们很为这个成果骄傲：公开资料显示，目前正常交通情况下，在高速公路上汽车无人驾驶的最高稳定速度记录是：美国100公里/小时，德国120公里/小时，并具备安全超车功能，而红旗车无人驾驶系统达到了在正常交通情况下，高速公路上最高稳定无人驾驶速度为130公里/小时；峰值无人驾驶速度为170公里/小时，并同时具备安全超车和系统小型化两个主要指标。也正是因为如此，他们把它称为“中国汽车界的神舟五号”。
红旗无人驾驶汽车在一汽立项是2001年初。缘起则在2000年下半年，长沙国防科技大学的贺汉根教授找到了一汽董事长竺延风。贺教授带来的是国防科大自上世纪80年代开始研究无人驾驶汽车这十几年来的技术积累和一个将中国自行研发的无人驾驶系统实施产业化的梦想。
国防科大和一汽可谓一拍即合，“我们决定启动红旗车自主驾驶系统的研究，是因为汽车无人驾驶技术是汽车主动安全系统和智能化的核心技术，是衡量一个汽车公司整体技术水平的重要指标，愈早开展这方面的研究，就愈主动，它将对一汽的长远发展有重要影响。”一汽集团在《红旗车自主驾驶系统工作报告》里这样写道。
聪明友善的机器人
对于如何实现无人驾驶，世界上有多种技术思路。简单又可分为两种，一种称为被动式，主要通过在高速公路上埋设磁铁传感器等，让汽车通过接收道路信号实现无人驾驶；另一种被称为主动式，主要通过汽车驾驶系统的智能识别和控制来实现。
而红旗车一开始就选择主动式无人驾驶，这是因为“这种方式不用对现有的高速公路进行任何改造，成本较低也更适合中国国情。”
“红旗无人驾驶车可以看做是一个机器人，它的根本原理就是仿人驾驶。”程传河说。
首先，红旗无人驾驶汽车是“有眼睛的汽车”，通过视觉进行自动导航。这个“眼睛”就是环境识别系统，用于识别出道路状况，测量前方车辆的距离和相对速度。
红旗车有不止一双“眼睛”，是由装在驾驶室两侧的两台工业级摄像机、车载毫米波雷达和自行研制的图像处理和识别系统共同组成。
其中，由摄像机获得的视频图像信息得到的是前方的道路及障碍物的可见光图像，而由车载毫米波雷达获得的雷达图像信息是某个方向上在车头前方有障碍物的距离图像。虽然都是图像信息，但是它们的物理性质完全不同，却又正好互补。
车载主控计算机和相应的路径规划软件根据计算机“视觉”提供的道路信息、车前的车辆情况以及红旗车的行驶状态，决定是沿车道前进还是换道准备超车。这相当于驾驶员大脑作出的判断。
最后，自动驾驶控制软件按照“大脑”设定的路径，向方向盘控制器、油门控制器和刹车控制器发出指令，控制器则通过相应的电机操纵汽车按规划好的路径前进。这相当于驾驶员的“手”和“脚”在操作。而这个“机器人”有一个友善的人机接口。记者看到，在红旗车豪华的音响面板下方，有一个酷似007系列电影里“邦德跑车”上的控制台，包括6个不同的按钮和4个状态指示灯。
驾驶员可以选择自动纵向控制(即控制油门和刹车)、自动横向控制(自动控制方向)或者全自动驾驶。并可以通过一个快捷键自由地在自动驾驶状态和人工驾驶状态之间切换。
无人驾驶汽车如果遇到计算机无法控制的紧急情况怎么办？对记者的这个问题，程传河从容回答：在无人驾驶状态下，驾驶员仍具有更高的优先级，即使车辆在计算机控制之下，驾驶员也可以通过油门和刹车来自由地控制车速。而在紧急情况下，通过紧急按键，可以迅速由自动驾驶切换为人工驾驶。同时，自动驾驶系统还包括系统自检功能，在检测到其中某个子系统出现故障，或不适合进行自动驾驶时，能通过声光报警来提醒驾驶员尽快人工驾驶。
计算机系统：汽车的大脑
“无人驾驶汽车之所以被称为智能化汽车。在于它具有人工智能。在复杂多变的行驶过程中，它能够根据采集到的外部情况，通过运算，实时地做出切合实际情况的判断。”程传河告诉记者。
红旗无人驾驶汽车上的三套计算机分别是道路识别计算机、车辆识别计算机和驾驶控制计算机。其中，道路识别和车辆识别计算机各有分工：一个用来识别前方车辆的情况，主要是测定车距和相对速度；另一个则用来识别道路上的行车标志线实时处理和识别出高速公路上各种行车标志，特别是车道线的走向和位置。
这两个识别子系统又共同组成红旗无人驾驶汽车的“环境感知系统”，它是整个研制中难度最大的部分。
贺汉根教授在技术报告中写道：“环境感知部分的技术难点是图像处理和识别的实时性和适应性必须同时满足。研制成基于时间流的推理识别算法，是合理解决上述技术难点的一个关键技术，也是本项目获得突破性的成果之一。”
而“眼睛”看到的情况被驾驶控制计算机获取后，又必须进行两方面的工作。一方面，是汽车传感器传递的汽车自身的信息如速度等；另一方面，是复杂的道路情况。控制计算机这个“大脑”要综合两方面的情况，并发出正确的指令。
在这个环节里，贺汉根教授写道：“本系统的技术难点是需要同时解决被控制对象的非线性、环境的严重不确定性和控制的实时性。”
也就是说，环境是不确定的，各种情况随机发生，车的行驶状况也不断变化。计算机系统要做出协调而正确的判断，这才能称为“智能化”。
事实上，红旗车上的计算机系统还不仅是这三套，例如在驾驶控制系统中还包括了一个系统监督子系统，负责收集驾驶控制系统各部分的内部状态，对出现的异常情况进行及时处理，并向乘坐人员发出警报。
和记者想像接近的是，红旗车上的计算机采用的是比较成熟的工业通用计算机，包括Motorola的处理板和协处理器(用于增强浮点运算能力)，其最高主频超过了2GHz。
而在操作系统方面，则采用了优秀的VXworks操作系统，该系统也被用于爱国者导弹和布雷德利步兵战车上。
应该说，红旗无人驾驶系统的硬件并不神秘，它基于成熟的工业计算机，通过普通渠道就可买到。但其成就在于，模式识别、图形处理、控制处理等核心软件的开发实现了全部自主知识产权，这是红旗车的核心竞争力。
无人驾驶与汽车智能化的未来
记者看到，这套无人驾驶系统的体积并不大，大约和一个比较大的汽车低音炮接近，只占去了后备厢约四分之一的空间。据了解，系统的小型化也是红旗无人驾驶汽车的重要突破。“很多国外的实验车，满车都塞着仪器，离产品化还很远。”
“在高交会现场，有不止一个参观者问我们，这车卖不卖？什么时候能买到？”程传河笑着告诉记者：“现在，红旗无人驾驶汽车只有1辆样车。这个系统的硬件成本是200万元人民币左右，其中一个摄像头就要15万元。而软件则包含了国家十几年的投入和积累，其价值很难估量。我们的预估是，5年之后，这个系统的成本降到50万元左右时，就有望实施真正的产业化了。”
研究表明，随着能源和空间的日益紧张，汽车将日益小型化，通过给汽车“加料”的被动安全技术的发展空间不断缩小；而智能化的主动安全技术则大行其道。资料显示，如果能提前0.5～1.0秒提醒司机，30%～60%的车祸可以避免。
汽车的主动智能安全技术分为三个层次，第一个层次是信息预警，比如现在已经在很多车上都开始装备的倒车雷达、盲区辅助监视等；第二层次是碰撞避免和辅助驾驶，如追尾避免系统、自动导航系统等，也已经实现了产品化；而最高层次则是人工智能下的全自动驾驶。
以无人驾驶技术为核心的主动智能安全技术的研究，已经成为世界汽车工业的三大课题之一。在日本，本田、日产和丰田联合进行了“高级安全车辆计划”，其中包括车道定位、车距保持控制、自动停车、瞌睡报警以及夜间的行人报警系统等，有些功能已经成为选装件开始发售；在汽车强国德国，奔驰公司的一辆装备有18个电子摄像机和处理系统的全自动驾驶卡车已经进行了数万公里的试验；在美国，一种被称为“自动公路系统”(Automated Highway systems，AHS)的实验在圣地亚哥到洛杉矶之间的12公里长的州际公路上进行了。总共有92000个磁块被嵌入公路表面，为10辆别克LeSabre车导引方向。
“虽然目前全球还没有一辆真正意义上的全无人驾驶汽车进入市场销售，但其技术准备的战斗早已打响，而且是紧锣密鼓、硝烟弥漫。中国在汽车工业上比较落后，但在信息技术上则较易追赶。今天，我们在全无人驾驶技术方面达到了世界先进水平，这个技术可能不会在短期内产品化。但它包含的多项技术成果，将辐射到第一、第二个层面上，从而大大增加中国汽车工业在WTO环境下的技术竞争力。”一汽人如是说。