無人駕駛汽車世界前沿技術(shù)的相關(guān)專利

文/謝錦星

無人駕駛汽車世界前沿技術(shù)的相關(guān)專利

文/謝錦星

在無人駕駛車的開發(fā)進度及經(jīng)驗累積上，Google已居于領(lǐng)先地位，緊接在后的反而是國際汽車大廠。Google想把無人駕駛車的創(chuàng)新概念“一步到位”實現(xiàn)，奔馳、BMW、奧迪等汽車大廠反而是采“進化”步驟，一步一步增加新功能，引領(lǐng)消費者逐步適應(yīng)截然不同的駕駛體驗。

說起無人駕駛車，大家立刻聯(lián)想到的就是Google，而且這印象還深入人心。畢竟自從Google在2010年首度對外宣布無人駕駛車測試計劃以來，至今“Google Self-Driving Car”已在路上累積超過70萬英哩的實駕經(jīng)歷了，而且還是零事故發(fā)生率，這對普通大眾而言，真的是前所未聞的新奇事物，同時也會讓人不禁贊賞Google的創(chuàng)新能力。

只是這種未來科技離一般人的生活經(jīng)驗太遙遠(yuǎn)了，以致于感受不深，而且距今也好幾年，新鮮感不再，一般人也只是把無人駕駛車當(dāng)個話題看待而已。

目前除了Google仍對無人駕駛車持續(xù)投入研發(fā)改良，而且還頗有成果之外，國際級的汽車大廠也是認(rèn)同此趨勢，認(rèn)真務(wù)實地在對待這項技術(shù)。

就在2015CES消費電子展上，無人駕駛車又再度成為萬眾矚目的焦點。例如奔馳（Mercedes-Benz）所展出的無人駕駛車“F015Luxury in Motion”，最大的特色就在于自動駕駛時，駕駛者可以將前座轉(zhuǎn)個180度向后與其他乘客互動，車子就宛如一個行動的豪華包廂，再加上充滿科幻前衛(wèi)的內(nèi)外觀設(shè)計及配備，自然吸引了整場目光，但這僅止于是概念性的發(fā)表，預(yù)計要到2030年，這類車型才會正式上市。

BMW則與三星電子合作，展示全自動無人駕駛遙控停車助理(RemoteValet Parking Assistant)技術(shù)，通過智能手表Gear S就能遠(yuǎn)程控制無人駕駛車自動停入停車場，也能遙控汽車自動駕駛至車主所在位置，但前提是該停車場也要安裝能夠與無人駕駛車互感互通的傳感器才行。

奧迪（Audi）則是推出以A7車款為基礎(chǔ)的無人駕駛概念車“Jack”，該車擁有自動變換車道及過彎的功能，也可以自動加速及剎車，更重要的是此車也有實際上路測試，在2015CES展覽期間，“Jack”一路從硅谷“自駕”到拉斯韋加斯的CES展場，幫自己累積了500英里的實駕經(jīng)歷。

不過，就像當(dāng)時搭乘“Jack”的Wired雜志作者Alex-Davies所描述的，“奧迪的無人駕駛車或許會讓人覺得是智能巡航控制、車道偏離警報和其他半自動技術(shù)的榮耀升級版，如今許多的高級轎車都有提供這些技術(shù)”。

之所以會讓人有如此感覺，就在于與Google發(fā)表的無人駕駛車相比，奧迪的無人駕駛車看起來與一般車無異，整個自動駕駛過程不會讓駕駛者感到不尋常。

Google在實際測試多年后，于2014年5月首度發(fā)表了自主駕駛車模型（Self-drivingCarMockup），除了卡通化的外觀造型，以及車頂上的光達(dá)（LIDAR，LightDetection And Ranging）系統(tǒng)令人印象深刻之外。

最為顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的竟是全車沒有方向盤、沒有油門踏板、沒有煞車踏板，只剩二個按鈕可供乘客手動操控緊急停止或前進，剩下的駕駛工作則全部交給傳感器及計算機負(fù)責(zé)，因為Google的理念是無人駕駛的過程不需人為的介入。

接著在2014年12月發(fā)布的自主駕駛車原型（prototype）則是將LIDAR系統(tǒng)縮小，并安裝了實體車頭燈；除了必備的傳感器及計算機外，也把方向盤及煞車踏板裝回去了，這樣的組合似乎是對當(dāng)初設(shè)想的“完全無需人為駕馭”的情境，打了點折扣，但反過來想，以現(xiàn)階段來說，會有多少人可以接受沒有方向盤的車？能符合消費者的實際需求才是最重要的課題，太過超越的創(chuàng)新反而會令人為之卻步。

無庸置疑的是，在無人駕駛車的開發(fā)進度及經(jīng)驗累積上，Google已居于領(lǐng)先地位，緊接在后的反而是國際汽車大廠。但Google是想把無人駕駛車的創(chuàng)新概念“一步到位”實現(xiàn)，汽車大廠反而是采“進化”步驟，一步一步增加新功能，引領(lǐng)消費者逐步適應(yīng)截然不同的駕駛體驗。

先不論無人駕駛車在正式上市前將面臨的許多法律、保險以及消費者接受度等等的問題，我們來看一下無人駕駛車包含了哪些重要技術(shù)。

根據(jù)美國的專利顧問公司Lexinnova的報告，歸納出九種已運用于無人駕駛車的基本技術(shù)：車對車通訊（V2VCommunication）、巡航控制（Cruise Control）、自動煞車（Automatic Brakes）、車道維持（LaneKeeping）、雷達(dá)（Radar）、循跡或穩(wěn)定控制（Traction or Stability Control）、視訊攝影機（Video Camera）、位置估計器（PositionEstimator）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）。在上述的基本技術(shù)中，前五項技術(shù)的專利申請數(shù)量是相對比較多的，也顯示其重要性，所以接下來就針對這五項技術(shù)作一簡單介紹。

車對車通訊（V2VCommunication）

通過車對車通訊，車輛之間可以互相傳送數(shù)據(jù)，讓佊此了解對方的行為與狀況，可以讓駕駛者提前作出判斷和決定，減少視野盲點所造成的危險。

美國國家公路交通安全局（NHTSA）正在制定車對車通訊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格，以確保所有車輛都使用共同的語言，而且美國運輸部也宣布，最快在2017年出廠的新汽車，按規(guī)定都要配備車對車通訊系統(tǒng)。

NHTSA制定的車對車通訊系統(tǒng)，使用的是基于IEEE802.11p及IEEE 1609標(biāo)準(zhǔn)的專用短程通訊（DSRC，DedicatedShort Range Communications)技術(shù)，藉由5.9GHz微波頻段傳輸數(shù)據(jù)，擁有超低傳輸延遲、高傳輸速度等特性。在DSCR網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，每一節(jié)點（汽車）以每秒10次的頻率向四方傳送信號，覆蓋范圍達(dá)300公尺，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)收訊可以多步（multi-hop）方式往前跳躍到5到10個節(jié)點（汽車）之遠(yuǎn)，就如同收集到一英哩外的交通狀況，這使駕駛者對交通狀況擁有充足的應(yīng)對時間。

根據(jù)Lexinnova的統(tǒng)計，車對車通訊的相關(guān)專利，多數(shù)為豐田汽車及其子公司Denso所掌握，緊接在后專利權(quán)人則為日本車用電子商Alpine及通用汽車（GM）。

巡航控制（Cruise Control）

傳統(tǒng)的定速巡航控制系統(tǒng)，會依據(jù)設(shè)定的巡航速度，自動調(diào)整引擎節(jié)氣門開度，進而達(dá)到定速行駛的目的。智能巡航控制系統(tǒng)（ACC，AdaptiveCruise control）則會主動偵測前方車距，以系統(tǒng)限定的安全跟車時間間距，以及駕駛者設(shè)定的速度為依據(jù)，適當(dāng)?shù)乜刂朴烷T與煞車，進而達(dá)到適應(yīng)前車狀況的巡航控制。

ACC系統(tǒng)主要是由前車車距偵測器、車速傳感器、縱向加速傳感器、煞車及油門控制單元，及邏輯運算控制單元組成。

根據(jù)Lexinnova的統(tǒng)計，巡航控制相關(guān)專利的前三大專利權(quán)人為：博世（RobertBosch）、日產(chǎn)汽車、通用汽車。

自動剎車（Automatic Brakes）

自動煞車系統(tǒng)包含防死鎖煞車系統(tǒng)（ABS，Anti-Lock-Braking System），以及電子煞車力分配（EBD，Electronic Brake-Force Distribution）系統(tǒng)。

ABS最早由Bosch于1987年引入市場，目前已是相當(dāng)普遍的配備。踩煞車時，ABS會透過感測組件偵測車輪轉(zhuǎn)速，一旦發(fā)現(xiàn)車輪有死鎖現(xiàn)象，ABS會釋放煞車，然后再快速煞車死鎖，接著再度釋放再度死鎖，如此循環(huán)，可以讓駕駛者仍能操控方向盤避免打滑失控。

EBD為ABS的附加系統(tǒng)，其作用先于ABS，以減少不必要的ABS動作。EBD系統(tǒng)監(jiān)控四輪轉(zhuǎn)速，將各車輪煞車油壓自動調(diào)節(jié)至最恰當(dāng)?shù)某潭龋苑乐笰BS作用前的任何死鎖現(xiàn)象，增大保護范圍。

根據(jù)Lexinnova的統(tǒng)計，自動煞車系統(tǒng)相關(guān)專利的主要專利權(quán)人為南韓的汽車零件供貨商萬都株式會社（MandoCorporation）及博世，但萬都株式會社的ABS或EBD專利似乎未用于無人駕駛車領(lǐng)域。

車道維持（Lane Keeping）

車道維持的技術(shù)分為下列二種：

車道偏離警示系統(tǒng)（LDWS，LaneDepartureWarning System），當(dāng)感測組件偵測到車輛偏離車道時，若駕駛者未打轉(zhuǎn)換車道的方向燈訊號，系統(tǒng)會發(fā)出視覺、聽覺或震動的警示訊號以提醒駕駛者返回車道。

車道維持系統(tǒng)（LKS，LaneKeeping System）或車道維持輔助系統(tǒng)（LKAS，Lane Keeping Assist System），則是當(dāng)車輛無意間偏離車道時，若駕駛者沒有立即對偏離狀況做處置，LKAS會主動介入控制方向盤，給予適當(dāng)輔助力，讓車輛維持在原有車道內(nèi)。無人駕駛車即采用此種系統(tǒng)，傳感器可以使用影像傳感器、雷射傳感器，或紅外線傳感器。

根據(jù)Lexinnova的統(tǒng)計，車道維持系統(tǒng)相關(guān)專利的前四大專利權(quán)人為博世、日產(chǎn)汽車、豐田汽車，及現(xiàn)代汽車。

雷達(dá)（Radar）

雷達(dá)系統(tǒng)是無人駕駛車最重要的技術(shù)之一，除了我們熟知的倒車?yán)走_(dá)之外，定速巡航要用到雷達(dá)，偵測周遭交通狀況要用到雷達(dá)，防撞系統(tǒng)要用到雷達(dá)，保持車道也要用到雷達(dá)。

車用雷達(dá)依訊號產(chǎn)生源的不同，分為聲波雷達(dá)、光波雷達(dá)，及毫米波雷達(dá)（MillimeterWave Radar）等三種。

屬于聲波類的超音波雷達(dá)，因其測量距離較短，主要用于停車輔助系統(tǒng)，例如倒車?yán)走_(dá)。

屬于光波類的紅外線雷達(dá)及激光雷達(dá)，其最主要的缺點為光線穿透力易受塵雨霧雪的干擾，而影響測量的精確度。紅外線雷達(dá)的測量距離較短，可用于夜視系統(tǒng)，而激光雷達(dá)的測量距離較長，與紅外線雷達(dá)一樣，均可用于防碰撞系統(tǒng)。

毫米波雷達(dá)的波長如名稱所示為毫米級(mm)，運作頻率范圍在30GHz到300GHz之間，主要集中在23～24， 60～61，76～77GHz頻段，是目前車用雷達(dá)研發(fā)的主流。與聲波相比，毫米波雷達(dá)不受大氣紊流的影響，與光波相比，毫米波雷達(dá)的穿透性較強，因此毫米波雷達(dá)的探測性良好，精準(zhǔn)度高。

無人駕駛車除了使用雷達(dá)系統(tǒng)之外，還有使用光達(dá)系統(tǒng)（LIDAR），也就是光學(xué)遙感技術(shù)，通常是利用雷射光脈沖對目標(biāo)物進行高密度掃描，以量測物體的距離，或獲取物體三維形貌的數(shù)據(jù)。

根據(jù)Lexinnova的統(tǒng)計，雷達(dá)關(guān)專利的前四大專利權(quán)人為豐田汽車、日立商社、博世及富士通。

結(jié)論

無人駕駛車在正式上市前，除了要面對復(fù)雜的法規(guī)問題之外，還有許多技術(shù)問題尚待克服，例如各式各樣的感測組件穩(wěn)定度及準(zhǔn)確度問題、車對車通訊的安全性問題、軟件整合度的問題、操作判斷程序的問題等等，而這些種種技術(shù)問題，最終將匯集成為消費者最敏感的價格問題。

其實無人駕駛車所需的基本技術(shù)，都是目前現(xiàn)有技術(shù)的再研發(fā)與改良，但將這些技術(shù)整合運用則是一種創(chuàng)新與發(fā)明。我們期待這股創(chuàng)造力量能為科技產(chǎn)業(yè)與汽車產(chǎn)業(yè)帶來龐大的商機，也希望能夠透過科技的力量創(chuàng)造出更安全、更有效率的行車環(huán)境，以及更節(jié)能、更環(huán)保的生活方式。

（來源：創(chuàng)事記微信公眾號）