无人驾驶汽车能否成为提高道路安全的解决方案?

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采用旨在减少车流并提高道路安全性的无人驾驶技术,可能会在2025年使城市景观焕然一新。James Fu博士和新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟团队正在研究创新的汽车技术,以改变我们的出行方式。

拥有汽车不乏理由:汽车可提高驾驶人员的机动性和独立性,其中某些人甚至将它们视为地位的象征。这些原因以及不断提高的支付能力和可用性,都使汽车拥有量迅速增长。2010年,全球汽车总量达10.15亿辆,预计2035年的上路车辆将达17亿辆。这一增长对出行时间产生了负面影响,美国的每位出行者每年陷入拥堵的时间已达38小时,鉴于一般车辆的使用时间不足10%这一数据令人吃惊。随着车辆增加而来的是目前更严峻的安全统计数据:全球每年交通事故死亡124万人,其中酒驾和驾车发短信等分神现象是道路交通事故的几大诱因。有必要对汽车技术进行改造,以满足这一与日俱增的需求并提高道路安全性,同时留住汽车拥有带来的自由。

我在新加坡国立大学(NUS)完成了我的机械工程博士学业,研发了一个能够让多位代理(或机器人)整体高效地完成多重任务的框架。我藉此于2013年以博士后研究员身份加入新加坡麻省理工学院研究和技术联盟(SMART未来城市移动性研究组。这个由教授、博士后、研究工程师和博士生混合构成的研究组,是麻省理工学院(MIT)和新加坡国立大学的协作机构。自那以后,我成为汽车组的项目带头人。

我们的工作侧重支撑智能汽车的智能和决策的开发工作,包括车辆对环境的解读方式,它怎样看出一个物体正在靠近并采取应对措施?这项研究将现有技术与新的方法相结合,通过感知、规划和控制这三大要素实现智能导航。我们面对大量的硬软件技术挑战,然而在我看来,这正是项目的精妙之处,因为当我和我的团队研究出功能强大的新方法时,会有一种无上的成就感。

无人驾驶汽车从技术和社会角度改变了我们对交通运输的认识方式。然而,对汽车未来的认识取决于文化、政治意愿、提高公共认知和获得用户认可等一系列要素。

工作原理:技术

费时6个多月研发的用于无人驾驶高尔夫球车的硬软件架构,被复制于共用计算机操作运输车(SCOT),将电动车转换为公路用无人驾驶汽车。它提供的按需捷运(MoD是一个简单的概念,其智能电动车辆在无人为干预的情况下行驶,可停车上下乘客。这种灵活的运输系统,在需求和实时规划之间达到了平衡。

首次坐进这样的车辆令人备感神奇:让汽车接管操控颇具离奇感,然而看到自己的首创技术上路运行,奇妙的感觉油然而生,令我和团队飘飘欲仙!

头一个重大挑战是将车辆从手动驾驶转为”线控驾驶“,此时车辆的主要驱动功能(转向、制动、调节和换挡)均由电气信号控制,利用电气马达实现。

当时还为汽车配装了现成的光探测和测距(LIDAR)传感器。这项由价值30 000美元传感器和车载计算机构成的技术,不仅成本低,还能提供360度视野,而人的视野只有100度,从而能够提供车辆周遭物体的信息。环境地图是根据LIDAR传感器数据绘制的,而车载计算机则利用SMART研发的算法和二维LIDAR扫描识别三维环境。

车辆能够利用安装于车顶的下探式LIDAR探明其现有位置;通过记录用户输入的目的地,汽车可根据其现有位置和预绘的地图规划行车路线。前向传感器用于探测行人和其它车辆等障碍物。预报装置用于确定动态障碍物会否进入汽车路径,从而使车辆能够根据障碍物的距离远近进行适当机动。

这项技术不仅提高了行人和乘客的安全性,还使车辆能够在人口密集区和全球定位系统(GPS)信号可能受阻的隧道等地畅通无阻。LIDAR传感器能够在暗光和中雨中正常工作。

配备了这项技术的汽车可最多载客4人,并在近期进行的无人驾驶路速测试中达到了35km/h。充满电的汽车可行驶100 – 130km,充电用时6 – 8小时。

无人驾驶汽车有哪些优势?

我认为,无人驾驶汽车的推出将在提高运输系统效率的同时,改善其安全性。然而最重要的是,无人驾驶汽车能够解决”第一和最后一英里问题”,覆盖从住宅到汽车站或火车站等公交网络起始点以及从公交网络终点到办公室之间的距离。它还解决了”再平衡问题”,即无需驾驶员就可将汽车从前一位乘客交给下一个汽车共用乘客。

模拟实验还显示,作为正常车辆通过交叉路口的无人驾驶车辆,可使通过能力增加一倍,重点缓解了高峰期的拥堵,并降低了因车辆启动和制动造成的温室气体(GHG)排放。然而无人驾驶技术的最大优势是能够同时向多个客户提供智能选路服务,预计这可削减三分之二的路面车辆

该技术还引发了道路安全革命。计算机不具感情,不会疲劳驾驶,也不会因手机分心或开斗气车:这可以大幅度降低车辆导致的伤亡。车载传感器能够探测到进入无人驾驶车辆前方的人员,并采取紧急制动。通达能力是无人驾驶汽车的另一优势。年长者、残疾人或婴幼儿等此前被排除在汽车拥有和使用之外的群体,也能尽享汽车的通达便利。

除此之外,自动驾驶汽车还能够改善用户体验。

试点项目 – 新加坡的中国园和日本园

研究工作大多是在新加坡国立大学校园完成的。自主驾驶的高尔夫球车于2011年成功问世,随后又有一辆电动汽车和两辆无人驾驶高尔夫球车于2014年入列。

为进一步了解与无人驾驶技术相关的机遇和挑战,SMART在新加坡句容湖地区的中国和日本园林区部署了配有SMART技术的自主驾驶高尔夫球车。我们通过试点项目展示了技术,论证了MoD概念,并提高了公众意识。在2014年10月23日至11月1日期间两个周末的6天当中,我们看到乘客与行人怎样与技术进行互动。人们通过在线订票系统预订搭乘往来于10个预定地点的行车路线。车辆间通信使高尔夫球车能够智能地选择行驶路线,相互定位规避,避免路线重叠,确保高效调度。

根据我们最初的计划,球车可接送约100人。而实际上,这些球车在总共360公里的220多次行程当中,共运载了500多人,甚至出现过人们仅为试坐等待长达两小时的情况。这足以说明,公开演示的受欢迎程度难以置信!看到这项技术为这么多人所用并获得如此积极的反响,令我十分满足。许多人表示,他们希望这种车辆有朝一日能够加入运输系统。

未来目标和商用前景

我坚信,无人驾驶汽车的推出将造福社会和提高生活质量,尤其适用于新加坡这类人口稠密地区。然而,虽然中国和日本园的试点项目测试结果非常值得肯定,但由于涉及多种因素而难以预测无人驾驶汽车何时才能大规模地化为现实。必须为其加入运输系统做好环境上的准备;政府必须远见卓识,将必要技术融入社会,例如建设充电桩和人车互连的网络基础设施,并对城市的未来规划做出必要修改。

必须通过提高公众意识确保包括乘客和行人在内的民众,能够泰然接受无人驾驶技术。其难点在于介绍与自动驾驶汽车及取消单一车辆拥有权相关的强化安全性的问题。汽车将作为公交网络的一部分运行,届时人们可通过在线应用要车或”叫”车:汽车一旦将您送至目的地,会立即前去接送其他等待的乘客。预计自动驾驶车辆的持续移动可使我们目前路面上的车辆数量减少三分之二。为此,我们正在研究怎样实用高效地升级这项技术。

新加坡正在积极探讨将自动驾驶汽车纳入公交系统的途径。新加坡是一个人口超密集的城市,2013年,在700平方公里的面积上居住着550万居民,路面车辆超过
974 000。在最近宣布将One-North地区确定为自动驾驶车辆的开放测试平台后,我们小组的下一步工作是测试我们车辆的现有功能,并推进在公路上的研究工作。现有的这些研究项目,将能够提高我们对预计的行人行为方式的反应能力,并进一步完善车辆对于车道标志等道路基础设施、车流和路权的理解和反应。

总之,希望我们能够在未来三年内初步开展某种形式的推广工作,并希望社会能在2025年前适当地将无人驾驶汽车纳入公交系统。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。