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近20年來，智能汽車(Intelligent Vehicles，IV)的研發(fā)投入大幅增長(zhǎng)，并應(yīng)用于海陸空運(yùn)、軍民兩用及高科技領(lǐng)域，取得了巨大成功。智能汽車受到如此多的關(guān)注，主要源于其在提升駕駛安全性、效率以及改善人們現(xiàn)代化生活品質(zhì)方面的潛在優(yōu)勢(shì)。作為智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems，ITS)的重要組成部分，智能汽車?yán)孟冗M(jìn)的傳感、通信、計(jì)算和控制技術(shù)來獲悉駕駛環(huán)境與狀態(tài)，用以輔助車輛運(yùn)行、交通控制、服務(wù)管理及其他相關(guān)事項(xiàng)。此外，諸如普適計(jì)算技術(shù)、自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能空間技術(shù)等新興技術(shù)的近期進(jìn)展也為未來智能汽車的發(fā)展帶來新的契機(jī)。我們深信：智能汽車行駛在智能道路上，甚至更為廣闊的智能空間中，將是未來智能汽車領(lǐng)域發(fā)展的新浪潮。

智能汽車的相關(guān)技術(shù)發(fā)展可追溯到20世紀(jì)七八十年代。而地面智能交通工具(指智能汽車)的概念是在20世紀(jì)90年代末逐漸普及的。誠如Little所述，“自本世紀(jì)初，伴隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的革命浪潮，無論從用戶交互體驗(yàn)還是車輛保有量等方面，機(jī)動(dòng)車都在經(jīng)歷最深刻的變革”。認(rèn)識(shí)到智能汽車的重要性以及不將人因因素作為汽車設(shè)計(jì)核心將會(huì)帶來意外的不良后果，美國交通部(Department of Transportation，DOT)展開了智能汽車先導(dǎo)(Intelligent Vehicles Initiative，IVI)計(jì)劃。該先導(dǎo)計(jì)劃旨在加強(qiáng)集成車載系統(tǒng)的發(fā)展、普及與應(yīng)用，幫助貨車、公交車、小轎車的駕駛員提升駕駛安全性與效率。不久之后，1998年頒布的21世紀(jì)交通效率法案授權(quán)IVI計(jì)劃正式成為美國交通部智能交通項(xiàng)目的重要部分。

過去十年，智能汽車領(lǐng)域相關(guān)研究由于政府、公眾、車企及車輛產(chǎn)品供應(yīng)商的高度關(guān)注而持續(xù)推進(jìn)。現(xiàn)在，越來越多的研究者和消費(fèi)者相信智能汽車正是滿足人們對(duì)于安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適的交通服務(wù)日益增長(zhǎng)需求的關(guān)鍵要素。然而，對(duì)于智能汽車應(yīng)具備哪些功能、呈現(xiàn)何種形態(tài)的問題仍然沒有形成共識(shí)。總之，對(duì)于智能汽車的定義標(biāo)準(zhǔn)，即何種汽車應(yīng)當(dāng)稱為智能汽車，研究者們?nèi)匀淮嬖跔?zhēng)論。

美國交通部認(rèn)為IVI計(jì)劃應(yīng)當(dāng)至少在以下三種駕駛條件下提升安全性：正常駕駛條件、退化駕駛條件和迫近事故條件。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，聯(lián)邦智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目組給出了智能汽車必須具備的三大系統(tǒng)：沖突避讓系統(tǒng)、碰撞通報(bào)系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng)。更地說，IVI計(jì)劃重點(diǎn)在以下八大功能領(lǐng)域?qū)嵤鹤肺才鲎脖茏尅Q/并道沖突避讓、車道偏離沖突避讓、交叉口沖突避讓、駕車視野提升、車輛穩(wěn)定性、駕駛員狀態(tài)預(yù)警和安全警示服務(wù)。

全世界范圍內(nèi)在上述領(lǐng)域的研究已經(jīng)獲得了諸多成果。Bishop根據(jù)智能汽車具備功能的多寡將正在研發(fā)的智能汽車分成以下三個(gè)等級(jí)：a)車內(nèi)系統(tǒng)可為駕駛員提供輔助或警示服務(wù)的功能(沖突預(yù)警系統(tǒng))；b)車內(nèi)系統(tǒng)可獲取車輛的部分控制權(quán)，如在平穩(wěn)狀態(tài)下的輔助駕駛或在沖突迫近下的緊急干預(yù)(沖突避讓系統(tǒng))；c)車內(nèi)系統(tǒng)獲取車輛的全部控制權(quán)(車輛自動(dòng)化)。一般而言，由于沖突避讓的重要性，絕大多數(shù)研究者認(rèn)為一輛所謂的智能汽車應(yīng)用具備等級(jí)a)的功能。根據(jù)Dravidam和Tosunoglu的估計(jì)，15%～20%的交通事故涉及追尾碰撞。而美國國家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA)的數(shù)據(jù)顯示，美國88%的追尾碰撞事故是由于駕駛?cè)司Σ患谢蚝筌嚫囘^近造成的。因此，沖突預(yù)警系統(tǒng)被認(rèn)為是智能汽車最基本的功能。

然而，Bishop同樣指出，所謂的沖突預(yù)警系統(tǒng)本身也是由部分重疊的子功能系統(tǒng)構(gòu)成的，包括前車沖突預(yù)警、障礙沖突預(yù)警、追尾沖突預(yù)警、自行車/行人沖突預(yù)警等。迄今為止，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)車輛僅能實(shí)現(xiàn)上述這些子功能的一部分。圖1.1所示為豐田AHS項(xiàng)目早期設(shè)計(jì)的智能汽車系統(tǒng)。但一般來說，這些早期的設(shè)計(jì)方案仍然被稱為智能汽車。

有些研究者卻認(rèn)為汽車不會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，Jones將他們的觀點(diǎn)總結(jié)如下：

“雖然汽車將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)像駕駛?cè)笋{駛一樣引導(dǎo)汽車駛?cè)氲缆罚珱]有駕駛?cè)私槿氲娜詣?dòng)駕駛車輛可能很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)。”

“新技術(shù)是為了輔助而不是取代駕駛?cè)?rdquo;，愛荷華市愛荷華大學(xué)公共政策中心人因研究項(xiàng)目組首席專家Daniel McGehee如是說。他提到給予汽車的自身控制權(quán)，將會(huì)引發(fā)一系列復(fù)雜程度類似于“誰應(yīng)該對(duì)一起交通事故負(fù)責(zé)，是駕駛?cè)诉€是汽車制造商”的法律糾紛問題。

其余一些不愿透露姓名的汽車傳感和人因研究領(lǐng)域的專家們則強(qiáng)調(diào)智能汽車系統(tǒng)的制造商和經(jīng)銷商可能需要面臨承擔(dān)嚴(yán)重賠償責(zé)任的潛在危險(xiǎn)。

這種潛在的危險(xiǎn)還使得那些曾出現(xiàn)在電影電視中的汽車只需要詢問駕駛?cè)四康牡鼐涂傻竭_(dá)的場(chǎng)景也僅可能局限在電影鏡頭之中。

他們的論斷不無道理，由于各種各樣的原因，全自動(dòng)駕駛的商業(yè)車輛在短期內(nèi)很難出現(xiàn)在城市道路中。但智能汽車絕不僅是智能商業(yè)汽車。盡管全自動(dòng)駕駛的車輛很難進(jìn)入一般領(lǐng)域，但其在特殊領(lǐng)域的制造與應(yīng)用則越來越多。一個(gè)典型的案例就是為了響應(yīng)美國國會(huì)和國防部有關(guān)加強(qiáng)智能汽車的研發(fā)用以在戰(zhàn)場(chǎng)上挽救美國士兵生命的呼吁，DARPA智能車輛挑戰(zhàn)賽應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)十組來自全世界各地的高校和企業(yè)的代表隊(duì)積極參與其中。圖12所示為在2004年DARPA挑戰(zhàn)賽上由奧本大學(xué)隊(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛汽車。2005年，也有一些全自動(dòng)駕駛汽車成功通過整個(gè)挑戰(zhàn)測(cè)試賽。

車輛控制系統(tǒng)主要依賴于放置在各錨點(diǎn)的差分GPS(Starfire)和慣導(dǎo)傳感器來導(dǎo)航路徑，

它利用紅外傳感器(LIDAR)的超聲波傳感器提供路徑跟蹤和障礙避讓功能

全自動(dòng)汽車在采礦場(chǎng)和駕駛測(cè)試場(chǎng)等場(chǎng)合也得到設(shè)計(jì)與應(yīng)用。圖1.3所示是由布倫瑞克技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一次有趣的商業(yè)嘗試。這個(gè)駕駛機(jī)器人Klaus是由德國汽車制造商大眾(Volkswagen)公司研發(fā)的，正在駕駛一輛大眾多用途客貨車進(jìn)行測(cè)試。精細(xì)的汽車控制系統(tǒng)和傳感技術(shù)可檢測(cè)周邊道路環(huán)境并計(jì)算出合理的駕駛行為。

智能汽車的概念及其引申內(nèi)容在過去十年間逐漸發(fā)生了變化。一方面從字面含義看，盡管IVI計(jì)劃中僅涉及地面交通運(yùn)輸系統(tǒng)，但絕不僅是地面智能汽車稱為智能汽車，其他水下運(yùn)輸工具或氣墊船、空中運(yùn)輸工具都可看作是智能汽車。而另一方面，智能汽車與智能移動(dòng)機(jī)器之間的概念界線越來越模糊，一些大型的移動(dòng)機(jī)器有時(shí)也被認(rèn)為是智能汽車。需要指出的是，嚴(yán)格意義上的智能汽車仍然尚待研發(fā)。本書僅考慮并討論目前被廣泛接受的地面智能汽車。然而毋庸置疑的是，由于移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用或獲得了認(rèn)可，智能汽車研究者們將會(huì)對(duì)該領(lǐng)域的成果擇善而從，繼承并擴(kuò)展許多實(shí)用的技術(shù)和方法并將其應(yīng)用到智能汽車領(lǐng)域。