无人驾驶与智能控制技术的军用与民用

2016-03-28 20:35:45来源: 互联网
    早在第二次世界大战爆发之前(1920年代晚些时候),苏联红军就着手将遥控技术应用在坦克装甲车辆上。苏联红军元帅图哈切夫斯基坚持认为:未来的战争将是摩托化战争,甚至还有出现机械人交战的可能性。1927年苏联军事电子技术学院开始对T-18轻型坦克进行遥控技术的预研(理论层面),同时苏联中央有线通讯实验室进行遥控技术的改装(技术层面)。

    至1940年代苏芬战争爆发后,苏军已经改装或生产出T-18、T-26、TT-TY、BT-7系列搭载了“绝密技术-VI”系统的遥控坦克,并参延伸出扫雷、防化、侦查等改型与实战理论。在1940年爆发的苏芬战争时,T-26系列遥控(操控)坦克已经成建制参战。

    同样在二战之前,德军已经研发出用于反坦克、反地雷的遥控装甲车。在诺曼底抗登陆作战中,德军也启用数百台遥控坦克,用于对付盟军登陆的坦克。在塞瓦斯托波尔,在库尔斯克,在意大利战场,在诺曼底,都有其参战的纪录。

    与苏军的“绝密技术-VI”遥控模式几乎相同的德军反坦克遥控装甲车的策略,都是基于有人控制的无线电传输技术。受制于时代限制,这些技术装备的遥控距离不会超过7公里(传输距离可达到19公里,受制于视觉操控距离),因此在实际战斗中操控者或抵近攻击目标,或驾驶操控坦克(被遥控目标称之为遥控坦克)后方伴随控制。

    因为技术限制,德军、苏军、美军以及日军的遥控装备并没有获得瞩目的战绩。从二战结束至1960年代,无人驾驶以及智能控制技术一直仍在各国军方所关注,但由此展开的技术研发范畴已经扩展至美苏宇宙争霸领域。无论美国的阿波罗登月计划,还是苏联加加林环绕地球的壮举,都离不开远程自动控制甚至智能操控技术。甚至全电推进的月球车的发展,一直被众多媒体与爱好者追捧。

    从1960年代至2010年代,各大车厂经过太多技术提升与多种能源应用的变革。唯独无人驾驶与智能控制技术的民用车应用,直到2015年晚些时候特在特斯拉MODEL S型电动汽车得到有条件的实现。控制系统升级到7.0版本的特斯拉MODEL S型,在加装了前后置摄像头与监测雷达后,实现了在高速公路上的无人驾驶以及自动泊车功能的商业化应用。

    实际上从2013年之后,中国各大车厂也开始了有限度的无人驾驶与智能控制的研发工作。从2012年早些时候,长安汽车(与长安工业同隶属于中国兵器工业集团)与清华大学,对无人驾驶与智能控制技术的民用化应用进行合作。

    以长安悦翔(传统动力)汽车为基础进行修改,搭载视频监控摄像头、3种精度级别的毫米波雷达、GPS定位系统与高精度地图,进行包括高速、市区多种路况的无人驾驶测试。并根据不同控制策略,进行有限度的实际道路测试。

上图是无人驾驶版长安悦翔车顶外置的GPS定位天线以及传感器特写。

    2015年10月份上市的长安CS75四驱版,装备了车道偏离预警系统和盲区监测系统。这也是自主品牌车厂首次推出的具备初级智能驾驶系统商品车。通过加装毫米波雷达、修改ABS、EMS、EPB系统以及车身控制模块,实现了最初级智能驾驶功能。

    根据长安汽车内部对智能驾驶与无人控制研发计划看:2013年至2025年共分为4个阶段,从最初级的驾驶辅助(一阶段)、半自动驾驶(二阶段)、高度自动驾驶(三阶段),直至真正意义的无人驾驶(四阶段)。

    长安CS75四驱版搭载的车道偏离警告系统(LDW)、线辅助系统(LCA)和引导式泊车系统,构成了长安规划的一阶段的辅助驾驶级别。而城市自动紧急刹车(AEB-C)、高速自适应巡航(ACC)、城间自动紧急刹车(AEB-I)、全速自适应巡航(ACC-SG)、自动泊车辅助(APA)和行人自动紧急刹车(AEB-P)系统正在进行城市与高速工况下的实际路况测试。

  
 

      2016年4月,搭载无人驾驶与智能控制系统的长安睿骋,将从重庆以“无人驾驶”状态经多条高速公路前往北京,由南到北总行驶里程超过2000公里。笔者有幸在长安汽车北京基地见到这台搭载长安汽车研发的无人驾驶系统实车。

从外观上几乎不能分辨出测试车与量产车的区别。

无人驾驶版睿骋动力总成仍然使用量产车搭载的汽油机与自动变速器。

    无人驾驶版睿骋的前保险杠下端的进气格被拆除,以便容纳一套德国西克LMS系列宽幅三维激光雷达。这套系统采用以太网传输实时高清信号,可用于户外恶劣的气候,采用多次回波技术,可探测前方20-80米以及扫描190-270度车辆与行人,拥有IP67防护等级(与目前在售的电动汽车的控制系统防护级别相当),内部集成加热器应对恶劣气候的加热系统。

无人驾驶版睿骋测试车较清华版悦翔的车顶,只“保留”了GPS定位天线与通信天线。

无人驾驶版睿的视频监控摄像头固定在前风挡玻璃较内侧的较高位置(以便拥有更高、大的观察试场)。

真正的控制系统(硬件部分)被“临时”安装在后备箱内,带有明显测试特征的控制系统几乎都是长安研究院自行制造与安装。

    在随后的试乘过程中,长安汽车研究总院总工程师黎予生(项目负责人)为笔者进行讲解。在第一次试驾过程中,黎总工坐在驾驶员席位“检测”无人驾驶状态。由于厂家规定,在试驾过程中必须要由负责人待命控制,以便应对车辆出现失控等意外。

经过一轮测试后,黎总工座在副驾驶席开始新一轮演示。

无人驾驶版睿智启动与制动等动作,全部靠一台手持设备通过应用软件进行控制。

    在试乘过程中,睿驰的自动驾驶最高车速突破40公里/小时,围绕长安汽车展览中心(接近四方形路线)进行了转向、加速、减速、十字路口判断红绿灯、跟随前车缓慢行驶并超越绕行、以及避让行人(斑马线)等动作。

    从车外角度观察,自动驾驶系统对整车姿态控制几乎与有人驾驶状态相当。目前,这台无人驾驶版睿驰匹配的是长安自行采集的高清地图。可以对前方车辆(270度角)以及行人(移动或静止)检测并判定自身动作(加速、减速、停止),甚至再返回出发点时自动回轮(保持车正轮正)的姿态。

    根据无人驾驶版睿驰匹配的西克LMS系列激光雷达具备20-80米侦测距离看,这台测试车具备侦测前方70米,0.5-2立方米大小的车辆或行人能力。在高速路况下,无人驾驶控制时最高车速可以达到120公里/小时。

无人驾驶版睿驰再返回出发地点时,车速线性降低,并伴随系统对方向盘精准修正(并非有人操作时,多次且反复修正路线)。

红色箭头为试乘的记者,黄色箭头所指就是长安汽车研究总院总工程师黎予生。可以很清晰看到,驾驶员座椅空无一人。

    相对特斯拉无人驾驶系统,在某些时候需要通过扫描分道线为自动驾驶提供更丰富参数。而此次无人驾驶演示的路线是在长安厂区进行,且演示道路并非全部施画分道线(白色单实线、单虚线),在这种较为复杂的道路上,无人驾驶版睿驰的整车姿态控制的十分出色,加速与减速表现的十分线性(这说明动力输出、制动和转向系统,与无人驾驶控制系统“兼容”的较为“紧密”。起码在几次试乘中,笔者以及众多感受者没有体会到与有人驾驶的区别。

    黎予生总工表示,目前长安这套无人驾驶系统,其实具备两套针对城市路况与高速路况系统。由于中国目前综合驾驶环境使得厂商要对控制策略宽容度(跟车距离过大,将会被社会车辆“加塞儿”;跟车距离过小,容易导致前车在无任何征兆时紧急制动,使得乘坐舒适性降低)进行反复斟酌。

    由长安主导、清华大学以及博世公司联合开发的无人驾驶与智能控制系统,或将会在2020年之后达到实际应用并集成到量产车的状态。从研发到实际应用,将分段“拿出”成熟的智能控制系统(无人控制自动泊车、智能安全制动等系统)集成到不同时期量产的新车型上。
其实,长安研发无人驾驶与智能控制系统,并非无独有偶。在此前笔者已经报道过,由北京某理工类大学与北方包头厂联合开发的无人驾驶四驱反恐车。

    这款自重接近8吨的四驱无人反恐车,采用的是传统柴油发动机与手自一体变速器,标配四轮驱动系统。适配了应对更复杂的战场环境(发烟、高温、严寒、无道路参照物以及避让敌方火力甚至激光扫描)控制系统与策略,经过多轮军方组织的验证测试后,被证明是出色且高效。

相对长安汽车研发的无人驾驶版睿驰的控制系统,军用无人驾驶四驱反恐车所要考虑的是应对镇压新疆叛乱的多种复杂工况。

    当然,国内有太多大学、厂商都参与到无人驾驶与智能控制应用化的研究。而搭载的载具已经不再局限于轮式装备,还有解放军制式装备-63式履带装甲车。

    然而,长安汽车研发民用无人驾驶与智能控制系统并非偶然之举。200X年,与长安汽车同属中国兵器集团的长安工业(长安汽车、长安工业在研发层面有太多交集,甚至很多技术高度互换且通用)率先展开油电混动无人驾驶(可人工遥控)智能控制6轮驱动军用运输载具的研发。

    2015年早些时候,这款油电混动无人驾驶智能控制套载具小范围展出。整套系统长宽高为3200*1700*1600mm;最高车速35km/h;自重1000kg;载荷600kg;最大爬坡度60%;人工遥控距离大于200m;智能驾驶5km;油电混动续航里程200km;纯电动续航里程20km;整套载具为6*6全时四驱驱动,双电机差速转向(原地转向)。

    综合笔者多渠道信息研判,具备油电混动、无人驾驶、智能控制等技术特征的载具,已经在我军某些部队进行适应性实战测试。

    相对长安汽车民用版无人驾驶与智能控制策略,长安工业军用版无人驾驶与智能控制策略,在具备车速保持在XX公里/小时,360度全向红外与微光视频监控、XXX米范围对0.X立方米移动物体实时判断(并将监测信息、多达XX项的环境情报回传至控制车或控制端)的战斗效能。

整套载具安装有6向感知传感器。

    机缘巧合的是,2016年3月最新改进的电动版美军“陆地驯手”系列无人驾驶与智能控制载具,已经完成了在黑鹰直升机将其投放至30公里外地点,并自行返回基地的全武装状态的测试。

    这款“陆地驯手”无人载具研发,原本为在阿富汗与伊拉克虽行反恐战斗的美军提供后勤补给任务。随着美军在多个热点地区战斗模式的改变,这款系统也在不断进化。首当其冲的就是将其动力总成有传统的柴油机改为纯电驱动。硬件的提升带来的是软件控制效能的提升,但从自动驾驶效能以及对复杂环境的判断速度与范围,都获得了美军的关注。

    军事就是政治的延伸,更是国家经济实力的最终体现:

    长安工业在自主研发的油电混动、无人驾驶和智能控制技术已经积累大量深厚经验与技术储备。虽然军用与民用有着较大不同,但总体效能都是军用技术具备向下兼容民用技术的能力。反观1920年苏军探索无人驾驶遥控坦克并付之于战争,最新的技术从来都是被首先应用在军事用途,经过不断的改进与发展,才被适用在民用范畴(技术进化与积极利益双丰收)。

    笔者不能确定,长安汽车研发的民用无人驾驶与智能控制技术是否与长安工业有所交集,但长安汽车此次演示的无人驾驶系统,具备了国内车厂最接近实际应用的状态。尽管,长安汽车在这方面要走的路很长,但是长安汽车实实在在的迈出了重要一步。唯独美中不足的是,长安汽车为了降低开发难度没有采用纯电驱动系统,而是采用不具备一层能量回收功能呢传统动力汽车作为改装载具。

关键字:无人驾驶  智能控制  军用  民用

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016032815375.html
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