丰田大力开发自动驾驶技术,本文是驾驶技术本科论文开题报告范文跟丰田和自动驾驶技术和开发方面本科论文开题报告范文.
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编译/李忠东
由于丰田在研发自动驾驶技术的过程中,一直强调“以人为本”,因此对于相关的新技术难免“保守”,一定程度上造成了“慢人一步”.但至2005年开始,丰田展开自动驾驶汽车的研究,一路高歌猛进,并承诺到2020年投入10亿美元用于开发自动驾驶和人工智能技术,并计划在2020年前后研发出可以在高速公路上行驶的自动驾驶汽车.
由于丰田在研发自动驾驶技术的过程中,一直强调“以人为本”,因此对于相关的新技术难免“保守”,一定程度上造成了“慢人一步”.在意识到这点之后,丰田从2005年起开展自动驾驶汽车的研究,2006年开始在自动驾驶设备和技术方面申请专利.2015年,对于正全力研发自动驾驶的丰田来说是一个重要的转折点.这不仅仅因为该公司的自动驾驶实验车在高速公路上完成了示范行驶,实现从封闭环境向真实生活的过渡,更重要的是,丰田承诺到2020年投入10亿美元（约合64.61亿元人民币）用于开发自动驾驶和人工智能技术,并计划在2020年前后研发出可以在高速公路上行驶的自动驾驶汽车,首次明确了在自动驾驶领域的关注重点,及对人工智能、地图技术、大数据等自动驾驶关键技术加大关注力度,从而为丰田汽车引入更先进的自动驾驶功能.
推出雷克萨斯LS 600hL自动驾驶汽车
2018年1月,丰田正式发布其最新版本的自动驾驶汽车,反映了丰田在深度学习以及计算机识别模型方面的研究成果.该车是搭载丰田3.0版本自动驾驶平台的雷克萨斯LS 600hL,装备有激光雷达、雷达和摄像头阵列.它能够一边检测障碍物和路面状况,一边更加准确地把握周边环境,预测更安全的驾驶路线.与此同时收集标识及道路上的白线等有关数据,将其应用于制作自动驾驶不可缺少的地图信息方面.随着时间的推移,这辆智能汽车会越来越聪明.
早在2013年,丰田与旗下雷克萨斯汽车部门就推出了一辆高级主动安全研究汽车.这款基于雷克萨斯LS的智能汽车搭载了多种传感器、高清立体相机、激光探测与测量仪器（LIDAR）,以及丰田研发的自动控制系统.不过,第一代的智能汽车智能辅助驾驶员驾驶并不能完全自主行驶.
丰田致力于将该车打造成自动驾驶测试车辆中最灵敏的车辆之一,与之前版本相比增加了一个激光雷达系统,尽可能最大程度减少对高精度地图的依赖.其中,激光雷达用了7个,总价值在12.3万美元（约合79.47万元人民币）.一方面大幅提升识别距离和视频处理能力,能够更加准确地把握立体物体的位置；另一方面调整视野,使焦点集中在最需要识别的方向.其中车顶处最醒目的是一台Velodyne 生产的64线激光雷达HDL-64E.车头与车顶还装有6个16线激光雷达PUCK.较短距离激光雷达传感器在车辆的4个侧面都处于较低位置,每个前1/4面板各一个,前后保险杠各一个.这些可以检测汽车附近的低级别和小型物体,如儿童和道路上的垃圾.激光雷达传感器的加入使车辆“看”得更远,可以对四周半径为200 m范围内的物体进行识别,并对行人实现360°无死角识别.车顶前后及左右两侧是普通雷达和GPS天线,车头两侧分别安装了3个摄像头.
在车身设计方面,提升了雷克萨斯LS 600hL的美观度.汽车工程师在测试车辆上创建了新的车顶天气和温度面板,巧妙地利用天窗舱中的可用空间,将传感器和摄像头进行更加无缝集成融入到车体内,而不是简单的外挂附件,电子系统和布线整合到尾箱内,使车辆整体高度降到了最低,既提升车辆颜值又降低风阻系数.他们还富有独创性地取消了激光雷达的“旋转桶”设计方案,而这一作为车身附件的设计在过去几乎一成不变.第二代自动驾驶汽车采用电传线控技术,用电子信号取代线缆结构控制加速踏板及制动,接口即插即用,方便技术的升级和拓展.
为了进行最现实的“无人驾驶”测验,这款车上安装了第二个转向盘.在副驾驶席安装线控驱动转向系统、加速踏板及制动踏板,研究在复杂的驾驶环境中,如何使驾驶员和系统驾驶进行安全且有效的转换.按照丰田的说法,新的自动驾驶平台可以让侦测目标物和道路更加精准,寻找安全驾驶路线预测能力更强.双转向盘设计可以完全模拟自动驾驶状态,当车辆“失控”时能够帮助安全员迅速掌控车辆,保证驾驶员的安全.在人类驾驶的情况下,这种方式还可以帮助机器学习人类行为.
成立推进新汽车技术的丰田研究院
为了开发新的研究平台,推进包括自动驾驶技术和安全技术在内的下一代汽车技术的研发,丰田2015年投资10亿美元（约合64.61亿元人民币）在美国成立了丰田研究院.在研发队伍的建设上,丰田与美国高校进行深度合作,聘请吉尔·普拉特博士担任丰田研究院的首席执行官.他在进入丰田研究院之前,就职于美国国防高级研究计划署,主持了该署机器人挑战赛.而波士顿动力的加入,也让丰田研究院在机器人控制、机器视觉、雷达监测、机械结构设计等技术领域增色不少.
丰田研究院总部设在加利福尼亚州硅谷,2016年1月分别与美国斯坦福大学和麻省理工学院合作,在硅谷城市帕洛阿尔托和马萨诸塞州剑桥市各建立了1个研究中心.2个研究中心都致力于研究汽车自动驾驶技术所需要的人工智能等关键技术.丰田研究院后来与位于密歇根州安阿伯市的密歇根大学合作,建立第三个研究中心.该研究中心将配备约50名研发人员,由密歇根大学2名教授领导,他们分别为地图定位和感知技术学科带头人.
丰田研究院设立的目的是通过观察人与机器人的共同协作,寻找提高车辆安全性以及可靠性的方法,所以研发完全自主驾驶汽车并不是该研究院最初的目标.除了研究汽车安全技术、自动驾驶技术和机器人技术,还将致力于提高生产效率和加速材料科学研究.据介绍,该研究院下属3个研究中心围绕自动驾驶技术领域各有不同的研究重点.安阿伯研究中心侧重研究没有人工干预的全自动驾驶技术,帕洛阿尔托研究中心侧重研究辅助驾驶技术,而剑桥研究中心侧重研究模拟和深度学习技术.
一直以来,丰田汽车以“营销”见长,不像宝马、奔驰、本田那样充满“技术感”.然而丰田研究院的成立以及对波士顿动力的收购,被外界传是由“营销型”转向“技术型”经营策略的改变.种种举措表明丰田集团对该研究院的期望,以及深入人工智能领域的决心,同时还透露出一丝“迟到”的焦虑,毕竟同为日本汽车厂商的本田早在30多年前就着手机器人技术的研发.
丰田研究院成立之初,就确立了研发完全自主驾驶汽车的3项核心原则：一,提升周围环境感知能力,成为自动驾驶汽车行业的先锋；二,将传感器等设备融入车辆的外观设计,使造型时尚雅致；三,改变自动驾驶汽车技术,便于大规模自动驾驶车队出行.
普拉特博士承诺丰田研究院将始终不渝地追求同包括汽车制造商在内的其它公司的合作,以期实现共同研发自动驾驶汽车技术的目标.他对丰田研究院的发展和努力方向提出了4个要求：一,增强汽车的安全性,降低事故率；二,无法或不能开车的人特别是老年人也可以用车；三,共享知识和技术,打造室内户外均能活动的车；四,借鉴人工技术方面的研究成果以支撑未来的机器人技术.
丰田研究院目前已有大约30个研究项目得到批准,其中“Uncertainty on Uncertainty”和“TheCar can Explain”2个项目尤其引人注目.前者由斯坦福大学团队主持,致力于使自动驾驶汽车对未预料到的事件做出安全的回应；后者由麻省理工大学团队主持,则致力于打造能对自己行为做出解释的联网自动驾驶汽车,一旦自动驾驶汽车被认定需要对事故承担责任,汽车便会对自己的思维过程做出清晰的解释.
目前全球各大车企与科技公司十分重视无人驾驶汽车的研发,纷纷给出了车型上路的时间表.然而在无人驾驶技术成为汽车行业炙手可热的关注焦点时,丰田却表现得更为冷静.该公司正采取一种相对保守的、基于安全的无人车技术方案,强调最终目标是在交通事故中实现零伤亡.“不需要转向盘或人为操纵的5级完全无人驾驶汽车将需要人工智能取得巨大进展,但目前尚未研究出具体途径.”普拉特博士在丰田技术中心研讨会上指出,“我们的目标是打造出不会发生事故的汽车,现在只是漫长征途的起点.”
丰田高管在展望未来时表示将开发出更先进的功能,允许无人驾驶汽车于2020年实现高速公路驾驶.下一步则是适用于公共道路的4级无人驾驶汽车研发.但是由于对驾驶员是否能在事故发生时迅速接管车辆控制主动权存不确定性,3级自动驾驶并未被所有汽车制造商纳入考量.
和其它汽车研究机构相比,丰田研究院的研究风格更加稳健.它在完善自身自动驾驶系统的同时,一直在寻找相关技术实用化的机会.丰田研究院的智能汽车技术走两条线,分为“驾驶卫士”驾驶模式和“虚拟司机”驾驶模式.普拉特博士相信,丰田将在未来5年内在自动驾驶方面取得突破性进展.与目前的自动巡航系统不同的是,未来的自动驾驶系统在避免碰撞时将采用一整套解决方案,能够执行及时减速、主动避让甚至预测行人运动等,如此一来便可提供更为可靠的安全保障.另外值得一提的是,除了开发主动驾驶技术以外,丰田研究院还对智能家庭领域以及针对老年人口的服务技术比较感兴趣.
开发“驾驶卫士”和“虚拟司机”模式
在自动驾驶研发上,丰田研究院分“驾驶卫士”和“虚拟司机”2个项目进行,目标是实现4级自动驾驶,即能够在任何地方、任何时候、任何气候状况下实现自动驾驶的汽车,在这个过程中人无需任何操作.“驾驶卫士”将开发新一代驾驶辅助安全系统,由丰田研究所位于马萨诸塞州坎布里奇的实验室领导进行.“虚拟司机”开发真正的无人驾驶汽车,由研究所位于密歇根州安阿伯市的办公室领导进行.最新3.0版本自动驾驶平台的雷克萨斯LS 600hL拥有开放式的控制界面,能够使用丰田研究所研发的高级驾驶辅助“驾驶卫士”和完全自动驾驶“虚拟司机”2种自动驾驶模式.
负责这2个项目监督工作的分别是密歇根州立大学的赖安·尤斯蒂斯教授和埃德温·奥尔森教授,他们2016年加盟丰田汽车.丰田汽车希望自己能首先成为人们的“驾驶卫士”,其次才是“虚拟司机”,真正的首款自动驾驶汽车将在未来5~10年内发布.
“驾驶卫士”是指在人驾驶汽车的前提之下,同时运行的自动驾驶系统在可能发生碰撞等时候辅助驾驶,保护驾乘人员.该软件系统的责任是判断驾驶员在不同驾驶场景中是否会做出错误的决定,截至目前为止,已在美国就“驾驶卫士”软件系统对汽车周围危险的识别能力和是否能够判断驾驶员对危险状况的认知能力进行了多次测试,首先进行的场景之一是让汽车左转.在测试过程中,车辆搭载的雷达及其它传感器对车身四周的环境进行监控.丰田研发的一款摄像头安装在车内,主要用于观察和监控驾驶员头部动作和视线.“驾驶卫士”软件系统对传感器收集的数据进行分析,以此判断他们是否会忽略了重要的路况信息,有设有注意到前方危险信息,同时立即做出反应.丰田之所以开发“驾驶卫士”这样的系统,是希望它可以在车主对危险车况无意识的情况下接管驾驶权,帮助车辆避开风险,避免因人为因素酿成严重事故.
“‘驾驶卫士’软件系统在2016年就开始了研究,比起无需人类干涉的自动驾驶系统,它在新技术迭代初期将更早地对公众安全产生重要影响.”丰田研究院负责自动驾驶项目的副总裁尤斯蒂斯指出,“‘驾驶卫士’软件系统能够帮助丰田更快地实现对无人驾驶技术的应用,与‘虚拟司机’这样的无人系统相比不需要依赖高精度地图,因此能够在任何传统汽车上使用.”
考虑到“驾驶卫士”是一套基于人工智能打造的驾驶辅助系统,所以机器和驾驶员之间的信任感十分重要.一旦它出现失误,比如说在驾驶员对路况做出正确判断时仍然发出警告,人类会因此大幅降低对这一系统的信任,这也为其它事故的发生创造了可能性.不过尤斯蒂斯表示,对此丰田已经有充分认识,未来将对这一课题进行大量研究.他设想一个方案是让软件系统和驾驶员进行对话,彼此分享看到的信息.这将使得机器不再是冷冰冰的物体,通过彼此的交流增加信任感,甚至可以做到相互监控,以更好地提升驾驶安全.
“虚拟司机”不以人驾驶为前提,相当于SAE提倡的4级自动驾驶技术和5级自动驾驶技术水平.例如,在内部测试中,汽车一边避开障碍物一边自动行驶,即使旁边车道上的车辆以相同的速度行驶,为了避开前方障碍物,汽车也能够安全地进行变线.
丰田认为,“驾驶卫士”是驾驶员协助系统,可以监测车辆周边的环境,提醒驾驶员潜在的危险,以及在必要的时候协助驾驶员避免撞车.该系统的研究成果应用的速度可能要比“虚拟司机”更快一些.现在,很多汽车都采用了类似的安全功能,例如“自动紧急制动”功能.A
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