劉興亮 | 極簡(jiǎn)「自動(dòng)駕駛」技術(shù)發(fā)展史

01

近日，馬斯克在X平臺(tái)上轉(zhuǎn)發(fā)了一段特斯拉無(wú)人駕駛汽車在太行山的掛壁公路上穿行的視頻，只見(jiàn)一輛車在懸崖峭壁間快速行駛，視覺(jué)中滿是山谷和斷崖配合的絕美風(fēng)景，令人眼前一亮震撼不已。

智能駕駛技術(shù)已經(jīng)比過(guò)去的老司機(jī)更能適應(yīng)復(fù)雜危險(xiǎn)的路面，這是人類交通史上值得銘記的一幕。人類的移動(dòng)方式正經(jīng)歷前所未有的變化。

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地球上跑得最快的動(dòng)物獵豹，時(shí)速可達(dá)70公里。人類奔跑的極限速度由牙買加短跑名將博爾特在2009年100米短跑競(jìng)賽中創(chuàng)造，在百米沖刺的最快階段，他的瞬時(shí)速度可達(dá)每秒10.44米，約合每小時(shí)37.58公里。但是人只能在極短的幾十秒內(nèi)保持這種速度，馬拉松的42公里需要職業(yè)高手兩個(gè)小時(shí)才能跑完。

人類在大地上「移動(dòng)」是一種需要，也是夢(mèng)想。動(dòng)物與植物的區(qū)別就在于移動(dòng)能力。人類的活力就在于移動(dòng)能力。單憑雙腿移動(dòng)很難走遠(yuǎn)，限制了與自然的接觸和擴(kuò)大生活半徑提高幸福指數(shù)的可能。

于是，人們馴服野馬，在馬背上大大提升自己的移動(dòng)速度，制造車輛運(yùn)載更多人與物。交通工具就這么誕生了。隨著工業(yè)革命帶來(lái)蒸汽機(jī)，火車和汽車顛覆了人類的移動(dòng)能力，過(guò)去出門去趟縣城都難，如今許多地球人繞世界轉(zhuǎn)悠，天涯咫尺。

過(guò)去說(shuō)美國(guó)是汽車輪子上的國(guó)家，如今全世界大概都在輪胎上生活。汽車的形態(tài)五花八門，大大小小。廠商為滿足顧客需求，將汽車的功能和舒適度提到了前所未有的高度。

但所有提升都不及人工智能給汽車帶來(lái)的革新更徹底。自動(dòng)駕駛技術(shù)正不斷修正整個(gè)產(chǎn)業(yè)的形態(tài)，塑造新的未來(lái)。

03

目前的智能駕駛已全面跨入「端到端（End-to-End）大模型」與「AI智駕2.0」的全新時(shí)代。行業(yè)主流方案正從以往的「感知-決策-執(zhí)行」分模塊規(guī)則系統(tǒng)，邁向輸入視覺(jué)語(yǔ)言數(shù)據(jù)、直接輸出車輛控制信號(hào)的類人駕駛階段。

從輸入端（眼睛+耳朵）直接連到輸出端（方向盤+油門），中間不再有那么多「翻譯」和「規(guī)則」環(huán)節(jié)，更像人、更聰明、更靈活。

傳統(tǒng)的自動(dòng)駕駛就好比像一個(gè)非常聽(tīng)話但死板的實(shí)習(xí)生，開(kāi)車時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況不斷匯報(bào)，查規(guī)則，請(qǐng)示，執(zhí)行。遇到下雨施工什么的還可能卡住，不知如何是好。

這個(gè)2.0時(shí)代的智能駕駛則儼然老司機(jī)在場(chǎng)，你直接把眼睛看到的所有畫面和語(yǔ)音指令（比如我要左轉(zhuǎn)去吃早點(diǎn)）一股腦塞給他。他一眼看完、瞬間領(lǐng)會(huì)，直接把手伸到方向盤和油門上，完全領(lǐng)會(huì)，堅(jiān)決執(zhí)行，不會(huì)出錯(cuò)。

這才是人類夢(mèng)想的交通工具啊。雖然它的出現(xiàn)讓領(lǐng)導(dǎo)和老板們不再需要一個(gè)真的司機(jī)（有時(shí)兼保鏢保姆），無(wú)法體現(xiàn)自身的財(cái)富地位，但它將會(huì)比真司機(jī)更安全更快捷。

04

科技改變生活，智能駕駛改變出行方式，我們來(lái)談?wù)勊陌l(fā)展簡(jiǎn)史。

• 原始模式

在農(nóng)村養(yǎng)過(guò)牲口的人明白，老馬識(shí)途并非妄言。牛馬記得工作場(chǎng)所和居所之間的路線，能自己回家，它們的空間記憶能力比人類想象的強(qiáng)很多。

宋朝思想家兼文人邵雍在洛陽(yáng)居住，喜歡坐著羊車出去游蕩，羊自己溜達(dá)，他老人家坐在小車?yán)锖染疲Ⅴ钢凶匀会溽啵近c(diǎn)了羊就自動(dòng)拉著主人回家了，就如「不系之舟」般與閑散自然。

這應(yīng)該是原始的自動(dòng)駕駛模式。類似的情況不少，據(jù)說(shuō)歐洲古代的酒鬼們喝醉了就被自己的座駕拖回家。

• 早期探索

讓交通工具自己行動(dòng)是人類強(qiáng)烈的愿望。自動(dòng)駕駛技術(shù)并非近十年來(lái)爆發(fā)的科學(xué)奇跡，而是一場(chǎng)跨越百年的漫長(zhǎng)演進(jìn)。無(wú)線電技術(shù)出現(xiàn)后，遙感駕駛就成為追求。

二十世紀(jì)初，西班牙工程師萊昂納多·托雷斯·奎維多開(kāi)發(fā)出了世界上第一套無(wú)線電遙控系統(tǒng)，1904年，他在一輛三輪載具上成功進(jìn)行了近30米的遙控測(cè)試，這是人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)車輛無(wú)線電導(dǎo)引。

1921年，美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)上尉R·E·沃恩在俄亥俄州代頓市操縱一輛裝有無(wú)線電設(shè)備的三輪車駛上車水馬龍的街頭。一個(gè)人站在車后十幾米處發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，完成了第一次無(wú)人駕駛車輛的公開(kāi)路測(cè)。

1925年，前美國(guó)陸軍電氣工程師弗朗西斯·P·胡迪納在紐約大街上操縱一輛無(wú)線電設(shè)備控制的汽車，能控制轉(zhuǎn)向、離合、制動(dòng)、喇叭和油門。

1928年，美國(guó)的無(wú)線電工程師在辛辛那提通過(guò)無(wú)線電設(shè)備控制一輛福特汽車平穩(wěn)行駛。

1939年，通用汽車工業(yè)設(shè)計(jì)師諾曼·貝爾·蓋茨描繪了一個(gè)極富前瞻性的未來(lái)愿景：通過(guò)在公路中嵌入電磁線圈，產(chǎn)生電磁場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)無(wú)線電控制的電動(dòng)汽車——這很可能是磁懸浮列車的原型設(shè)想，他極力主張將人類從駕駛過(guò)程中完全剝離，預(yù)言這一自動(dòng)化高速公路網(wǎng)將在1960年成為現(xiàn)實(shí)——盡管沒(méi)有實(shí)現(xiàn)但卻是科學(xué)中需要的大膽設(shè)想。

1948年，定速巡航控制系統(tǒng)的發(fā)明標(biāo)志著現(xiàn)代高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的誕生，這與后來(lái)的前向碰撞預(yù)警（FCW）和車道偏離預(yù)警（LDW）等技術(shù)一起，構(gòu)成了無(wú)人駕駛車載系統(tǒng)的控制基礎(chǔ)。

• 自動(dòng)駕駛萌芽

1953年，美國(guó)無(wú)線電公司的實(shí)驗(yàn)室成功在地板上通過(guò)鋪設(shè)導(dǎo)線，引導(dǎo)一輛玩具尺寸的微型小車行駛。這種兒童玩具現(xiàn)在還大量銷售，廣受歡迎。

隨后的1957年，美國(guó)的工程師們?cè)诹挚鲜懈浇ǔ闪艘粭l很短的但真正鋪設(shè)了探測(cè)線圈和引導(dǎo)電纜的公路，能向配備接收器的汽車發(fā)射電磁信號(hào)引導(dǎo)轉(zhuǎn)向，能感知金屬車輛的通過(guò)并自動(dòng)調(diào)節(jié)沿途路燈及后方車輛的安全間距。這已經(jīng)很接近自動(dòng)駕駛的狀態(tài)了。這種技術(shù)很快就被搭載到了通用汽車和福特汽車上，用于避障和緊急制動(dòng)。

1960年代，英國(guó)運(yùn)輸與道路研究實(shí)驗(yàn)室改裝了一輛雪鐵龍，該車通過(guò)與測(cè)試軌道中嵌入的磁性電纜進(jìn)行交互，在各種惡劣氣候條件下以130公里/小時(shí)的速度安全行駛，控制精確。同期的美國(guó)人也在繼續(xù)完善路面嵌入式電子器件激活的無(wú)人駕駛車輛研究。

但是這時(shí)候的自動(dòng)駕駛設(shè)想都對(duì)環(huán)境和路面有技術(shù)依賴，需要汽車與路面鋪設(shè)的設(shè)備相互配合來(lái)完成工作。總不能在世界上所有道路上植入感應(yīng)設(shè)備吧！到1970年代，汽車開(kāi)始長(zhǎng)眼睛了。

• 車載視覺(jué)時(shí)代

1977年，日本人研制出世界上第一輛真正意義上的視覺(jué)引導(dǎo)半自動(dòng)駕駛汽車。該車不依賴任何路面電磁設(shè)備，是通過(guò)車頭搭載的兩個(gè)黑白電視攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲取前方路面圖像，通過(guò)早期圖像處理技術(shù)識(shí)別道路標(biāo)識(shí)線，在受控封閉賽道上實(shí)現(xiàn)了20英里/小時(shí)的自主行駛。這一歷史性的突破標(biāo)志著自動(dòng)駕駛正式步入「車載視覺(jué)與算法決策」的時(shí)代。這是了不起的成就！

1980年代，美國(guó)軍方發(fā)起了自主陸地載具（ALV）項(xiàng)目，在一輛8輪大型軍用運(yùn)兵車上實(shí)現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、三維激光雷達(dá)（LIDAR）以及自主控制算法的道路跟隨演示，車輛能識(shí)別道路邊緣并繞過(guò)障礙物，而且跑得很快，為軍用車輛越野自動(dòng)化積累了首批核心技術(shù)，在后來(lái)的伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中，這類車輛都成功參與了營(yíng)救被困美軍人員的行動(dòng)。

• 自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)

1986年，歐洲多國(guó)政府與大眾、奔馳等汽車巨頭聯(lián)合啟動(dòng)了「尤里卡普羅米修斯計(jì)劃」，這個(gè)項(xiàng)目的結(jié)果是一輛改裝的奔馳大客車在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)控制下，在無(wú)交通干擾的封閉路段上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。

還是上述以德國(guó)人為主的團(tuán)隊(duì)在1990年代針對(duì)極其匱乏的車載計(jì)算力，采用了多項(xiàng)極富遠(yuǎn)見(jiàn)的硬件與算法創(chuàng)新。

首先是主動(dòng)注意力機(jī)制與眼球掃視模擬，攝像機(jī)承載平臺(tái)進(jìn)行人工掃視運(yùn)動(dòng)，優(yōu)先將有限的計(jì)算資源聚焦于視場(chǎng)中最關(guān)鍵的局部細(xì)節(jié)。

其次是雙焦攝像機(jī)布局，平行的四臺(tái)攝像機(jī)分別配備兩種不同的焦距，同時(shí)兼顧寬幅全景和遠(yuǎn)距離細(xì)節(jié)捕捉。然后是擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF），通過(guò)卡爾曼濾波處理透視投影圖像序列，在噪聲和不確定性極高的道路環(huán)境下維持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

還Transputer并行架構(gòu)技術(shù)，車載系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行多達(dá)60臺(tái)Transputer微處理器，以每秒25赫茲的高頻進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理與狀態(tài)估計(jì)，以便做出預(yù)判。

1994年10月，這些技術(shù)讓一輛車在密集的三車道車流中，自主行駛了超過(guò)1000公里，時(shí)速高達(dá)130公里，成功實(shí)現(xiàn)了自主變道與自主超車。

理論上，德國(guó)人在三十年前就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛。

與此同時(shí)，美國(guó)人獨(dú)立發(fā)展了「Navlab」系列自主載具。著名的「ALVINN」（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自主地面載具）軟件出現(xiàn)，這是自動(dòng)駕駛史上首次利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行端到端車道線跟蹤與轉(zhuǎn)向控制的嘗試。

1995年7月23日至30日，波默洛與博士生托德·約亨駕駛搭載RALPH系統(tǒng)、計(jì)算設(shè)備僅相當(dāng)于兩張鞋盒大小的「Navlab 5」，展開(kāi)了震驚世界的「無(wú)手橫跨美國(guó)」壯舉。這場(chǎng)從匹茲堡到圣地亞哥全長(zhǎng)2850英里的旅程中，車輛僅由電腦控制轉(zhuǎn)向，人類僅操作油門和剎車。

1996年，意大利帕爾馬大學(xué)在普羅米修斯項(xiàng)目的技術(shù)積累下啟動(dòng)了「ARGO項(xiàng)目」旨在使用低成本的非主動(dòng)式傳感器，拜托對(duì)特定的道路基礎(chǔ)設(shè)施的依賴。兩年后，ARGO完成了名為「MilleMiglia自動(dòng)巡航」的2000公里公路實(shí)測(cè)，在復(fù)雜的意大利高速公路、高架橋和隧道中，以平均90公里/小時(shí)的速度實(shí)現(xiàn)了約94%的自主行駛比例，單次最長(zhǎng)無(wú)干預(yù)續(xù)航達(dá)54公里。

21世紀(jì)初，美國(guó)軍方和政府主導(dǎo)了旨在提高無(wú)人駕駛軍用載具的DARPA挑戰(zhàn)賽。高額獎(jiǎng)金吸引了諸多參與者。挑戰(zhàn)賽成為當(dāng)今自動(dòng)駕駛的重要推動(dòng)力量。幾年的比賽證明了自動(dòng)駕駛技術(shù)在惡劣環(huán)境下的可行性，確立了現(xiàn)代自動(dòng)駕駛的多傳感器融合硬件范式。激光雷達(dá)在比賽中大放異彩，成為空間建模和障礙物識(shí)別的絕對(duì)核心，配合厘米級(jí)高精雷達(dá)，奠定了之后自主系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)感知硬件架構(gòu)。挑戰(zhàn)賽中涌現(xiàn)的領(lǐng)軍人物迅速被科技巨頭吸納，開(kāi)啟了全球高階無(wú)人駕駛的商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)。

• 智能駕駛時(shí)代

21世紀(jì)第二個(gè)十年，深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的突破，徹底終結(jié)了早期依賴人工設(shè)計(jì)幾何特征的算法時(shí)代。車輛開(kāi)始具備極高精度的像素級(jí)目標(biāo)檢測(cè)和語(yǔ)義分割能力。

2014年1月，SAE International發(fā)布了J3016推薦實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)，正式將自動(dòng)駕駛劃分為六個(gè)層級(jí)。這一標(biāo)準(zhǔn)隨后與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）合作進(jìn)行了多次修訂（如發(fā)布為ISO PAS 22736），成為全球政府監(jiān)管、保險(xiǎn)定責(zé)以及主機(jī)廠技術(shù)研發(fā)的最核心參考坐標(biāo)。

隨后，中美等國(guó)隨著新能源汽車的革新時(shí)代到來(lái)，均加大力度研發(fā)智能駕駛技術(shù)。不僅技術(shù)不斷更新，實(shí)際上跑在路上的無(wú)人車已經(jīng)成了常見(jiàn)的風(fēng)景。它們或許遇到特殊情況還不夠靈活，但在安全行駛的趨勢(shì)上正日益成熟。

在美國(guó)，Alphabet旗下的Waymo在2025至2026年間奠定了其無(wú)人駕駛出行的絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位。特斯拉也積極布局。在德州的L4自我認(rèn)證引發(fā)了極大監(jiān)管爭(zhēng)議，因?yàn)樵摴疽恢睂⑵銯ull Self-Driving（FSD）歸類為L(zhǎng)2級(jí)系統(tǒng)，至今未對(duì)其L4級(jí)自我認(rèn)證提供任何底層方法學(xué)論證。

在中國(guó)，百度旗下的「蘿卜快跑」（Apollo Go）走出了高密度、低單價(jià)的大規(guī)模鋪路路線。截至2026年5月，蘿卜快跑累計(jì)訂單量已突破2200萬(wàn)單，運(yùn)營(yíng)覆蓋全國(guó)27個(gè)城市。百度也加大無(wú)人駕駛的技術(shù)投入。各方力量的投入仍方興未艾。

05

如今，自動(dòng)駕駛技術(shù)正在由單純的「技術(shù)性能軍備競(jìng)賽」走向「系統(tǒng)安全韌性與精細(xì)化監(jiān)管規(guī)范」的深水區(qū)。各國(guó)加大立法并不斷順應(yīng)新的趨勢(shì)。

行業(yè)普遍預(yù)期，隨著智能技術(shù)的發(fā)展和車載模型的成熟，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)終將在未來(lái)五到十年真正融入人類社會(huì)的每一個(gè)交通毛細(xì)血管中，徹底重塑人類的空間移動(dòng)范式。大家都會(huì)在這種交融中繼續(xù)生活。