自动驾驶汽车教程

自动驾驶汽车是指无需任何人工干预即可执行所有驾驶相关任务的车辆。这些车辆也被称为自动驾驶车辆、机器人车辆或无人驾驶车辆。一些流行的自动驾驶汽车示例包括特斯拉Model S、奥迪A8、通用凯迪拉克CT6等。

自动驾驶汽车正在改变和彻底革新汽车和交通运输行业。这些车辆可以使用各种传感器、摄像头和实时数据处理系统独立感知导航任务。利用这些组件，自动驾驶汽车可以访问道路状况，做出驾驶决策，并执行安全的导航任务，以将车辆从一个位置移动到另一个位置。

本教程旨在解释自动驾驶汽车的基本概念及其潜在问题和应用领域。

什么是自动驾驶汽车？

自动驾驶汽车是现代车辆，也称为自动驾驶车辆或无人驾驶车辆。这些车辆的设计整合了允许它们访问道路状况实时数据并无需任何人工干预即可导航和操作的技术。

自动驾驶汽车使用先进的控制和监控系统、人工智能 (AI) 和先进的计算技术来捕捉周围环境，做出驾驶决策，并控制车辆的操作和移动。

自动驾驶汽车的关键组件

以下是自动驾驶汽车的关键组件及其功能：

• 传感器 - 这些是用于实时捕获周围环境数据的设备。它们包括摄像头、雷达、激光雷达、GPS、声纳、IMU等。这些组件充当自动驾驶汽车的眼睛和耳朵。
• 感知系统 - 此系统负责处理传感器收集的原始数据，以识别和跟踪周围区域中的物体。该系统可以识别其他车辆、车道标记和道路标志。
• 规划系统 - 此系统用于根据感知系统的数据决定车辆的动作。此系统对于确保车辆正确安全地移动至关重要。
• 控制系统 - 此系统包括对转向、制动、发动机、速度、加速等组件的控制。控制系统的主要功能是执行规划系统决定的动作。

典型自动驾驶汽车或自动驾驶汽车的框图如下所示：

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自动驾驶汽车技术的历史

下表重点介绍了自动驾驶汽车技术领域的一些关键历史发展：

自动驾驶汽车中的自动化级别

下表简要介绍了自动驾驶汽车或自动驾驶汽车中使用的自动化级别：

人工智能在自动驾驶汽车中的作用

人工智能 (AI) 在自动驾驶汽车的开发和运行中发挥着重要作用。人工智能使自动驾驶汽车能够理解和解释其周围环境，以便它们能够做出驾驶决策并安全地导航，无需任何驾驶员干预。

在自动驾驶汽车中，人工智能主要负责解释来自摄像头、雷达、激光雷达、GPS等传感器的原始数据，并为规划系统生成指令以做出安全的驾驶决策。

自动驾驶汽车——主要挑战

我们在此列出了一些与自动驾驶汽车的开发、运行和使用相关的重大挑战：

• 需要复杂的软件和地图系统，以提供详细的道路状况以实现安全导航。
• 开发可靠的自动驾驶汽车技术需要高昂的成本。
• 消费者也存在信任问题，限制了采用。
• 关于自动驾驶汽车事故的法律法规并不明确。
• 自动驾驶汽车使用容易受到黑客攻击、数据盗窃和其他隐私问题的计算技术。
• 自动驾驶汽车将影响数百万专业驾驶员的就业。
• 道路基础设施也会给自动驾驶汽车的运行带来问题。

自动驾驶汽车术语

下面列出了一些与自动驾驶汽车相关的术语及其定义：

• ADAS - ADAS 代表高级驾驶辅助系统。它是一种车辆技术，可以执行车道保持辅助、紧急自动制动、巡航控制等功能，以提高驾驶安全性。
• 激光雷达 - 激光雷达代表光探测和测距。这是一种传感器技术，其中使用激光来创建车辆周围环境的 3D 地图并识别障碍物。
• 自动化级别 - 这些是自动驾驶汽车中使用的自动化级别，由 SAE（汽车工程师协会）定义。这些级别范围从 0 级（无自动化）到 5 级（完全自动化）。
• 感知系统 - 此系统用于自动驾驶汽车中处理传感器数据并解释周围环境。
• 机器人出租车 - 这是一种自动驾驶汽车，旨在在特定地理区域内商业提供无人驾驶乘客运输。
• 边缘案例 - 在自动驾驶汽车中，边缘案例定义为需要高级决策才能安全导航的不常见的驾驶情况，例如异常交通状况。
• 自动送货车辆 - 这些是专门设计用于在没有驾驶员干预的情况下运输货物的自动驾驶车辆。

本教程大纲

在本自动驾驶汽车教程中，您将了解以下内容：

• 自动驾驶汽车简介 - 在本章中，您将了解自动驾驶汽车技术的定义以及无人驾驶汽车在无人干预下的操作。
• 自动驾驶汽车的类型 - 本章将解释不同类型的自动驾驶汽车及其使用的技术。
• 自动驾驶汽车的需求 - 在本章中，您将了解这些车辆可以解决的问题。
• 自动驾驶汽车的优势 - 在本教程的本章中，您将探讨自动驾驶汽车的关键优势，例如增强的驾驶辅助、更好的交通控制、减少事故等等。
• 对汽车制造商的影响 - 本章将重点介绍自动驾驶汽车对汽车制造商带来的所有主要挑战和机遇。
• 驾驶中的自动化级别 - 本章将详细概述 SAE 定义的六个自动化级别。
• 自动驾驶汽车内部的技术 - 本教程的本章将解释赋能自动驾驶汽车的各种技术和组件。
• 自动驾驶汽车的风险 - 在本章中，您将探讨与自动驾驶汽车相关的潜在风险和挑战。
• 自动驾驶汽车的应用 - 本章将向您解释自动驾驶汽车的有用之处以及主要应用领域。

谁应该学习自动驾驶汽车技术？

本自动驾驶汽车教程可作为希望在自动驾驶汽车领域发展职业生涯的初学者学生的入门资源，也可作为执业工程师的参考。

本教程对以下类型的读者非常有帮助：

• 任何对机器人车辆或自动驾驶汽车感兴趣的人。
• 任何想将职业转向自动驾驶汽车和自动驾驶汽车领域的人。
• 有兴趣从事人工智能和车辆领域先进和尖端技术工作的企业家。

学习自动驾驶汽车技术的先决条件

本自动驾驶汽车教程的编写水平相对较低，面向那些没有车辆技术或机电一体化背景的人。

但是，对传统车辆、传感器、发动机、人工智能、决策算法、GPS、基本编程技能等概念的基本了解将有助于轻松掌握本教程中解释的概念。

关于自动驾驶汽车的常见问题

在本节中，我们收集了一些关于自动驾驶汽车的常见问题 (FAQ)及其答案。

完全自动驾驶汽车是否存在？

截至 2024 年年中，目前尚无（根据 SAE 5 级标准）可商用的完全自动驾驶汽车。但是，有一些部分自动驾驶汽车可在公共道路上使用。

使用自动驾驶汽车的目标是什么？

自动驾驶汽车的主要目标是使驾驶更安全、更舒适，并增强驾驶体验。这些车辆还应该有助于减少交通拥堵、燃油消耗和排放。

什么是车辆中的自主系统？

在车辆中，自主系统不过是由传感器、数据处理器和软件组合而成的一个系统，它使汽车能够在无需人工干预的情况下自动驾驶。

无人驾驶汽车安全吗？

根据数据和报告，发现在大多数事故场景中，无人驾驶汽车比人工驾驶的汽车相对更安全。

谁发明了自动驾驶汽车？

第一辆自动驾驶汽车是由诺曼·贝尔·盖迪斯在1939年研发的。这是一辆电动汽车，由嵌入道路中的磁化金属钉产生的无线电控制电磁场控制和导航。

无人驾驶汽车会被黑客攻击吗？

是的，无人驾驶汽车会被黑客攻击，因为它们使用计算技术进行操作。主要的是，无人驾驶汽车通过其激光雷达系统被黑客攻击，该系统负责识别和避免路面上的障碍物。

自动驾驶汽车的未来是什么？

预计自动驾驶汽车未来将在交通运输中得到广泛应用，这主要是因为以下几个关键原因：

• 减少事故
• 减少污染和排放
• 更容易获得更好的出行便利
• 提高资源和资产利用率
• 自动化的交通设施等。

使用自动驾驶汽车的两个主要好处是什么？

自动驾驶汽车的两个主要好处如下：

• 减少道路交通事故，提高安全性
• 减少交通拥堵、燃油消耗和排放

自动驾驶汽车的缺点是什么？

自动驾驶汽车的主要缺点如下：

• 技术错误可能导致汽车故障和事故
• 网络威胁和黑客攻击等问题
• 减少专业驾驶员的就业
• 需要准确且高质量的制图系统才能安全导航
• 驾驶员可能会随着时间的推移而失去驾驶技能

自动驾驶汽车面临的最大挑战是什么？

自动驾驶汽车面临的最大挑战是安全性和可靠性问题。这主要是由于对车辆周围环境的解读不正确造成的。