走进CMU：无人驾驶技术诞生的地方

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雷锋网新知驾驶出版社:梦想是梦想，因为它总是比现实跑得更快更远。在火箭发明的几千年前，历史已经记录了飞行的探索。无人驾驶汽车也是如此。

1984年，在全球定位系统发明之前，卡内基梅隆大学的团队在一个废弃的停车场测试了他们的第一辆自动驾驶汽车。今天，那个时候的标准不值得一提。然而，自20世纪80年代以来，在美国国防高级研究计划局(darpa)和其他机构的支持和推动下，一系列研究团队并没有走上从零开始探索无人驾驶技术的坦途。这也造就了包括卡内基梅隆大学在内的许多学院和实验室，它也是无人技术和人才诞生的摇篮。

如今，无人驾驶比以往任何时候都更贴近人们的生活。卡内基梅隆大学诞生了这种原型技术，他们经历了什么样的故事？雷锋。(公开号码:雷锋。辛志佳为读者编辑了这份来自匹兹堡商业时报的报道。

在美国匹兹堡一个废弃的停车场，一辆无人驾驶汽车在场地周围缓慢行驶。它有一个名字，terregator，它的创造者说，“它就像一个滚动的桌子，可以独立识别和驾驶。”

“自我识别和驾驶”是今天经常用来描述自动驾驶汽车的属性，这使得这个“滚动表”几乎创造了历史。

那一年，1984年，距离全球定位系统的发明还有很长一段时间。因此，为了跟踪汽车的行驶轨迹，车队在汽车后部绑了一个底部有洞的油漆罐。当汽车行驶时，泄漏的油漆在汽车后部划出了一条路。

当这一事件被提及时，卡内基梅隆大学(cmu)的机器人学教授red whittaker仍然记得这件事。当时，原型是cmu多年来研究和开发terrestrian avigator(“terre gator”)的结晶。与此同时，研究小组花了几个月的时间设计车辆的外观和结构。

被cmu R&D团队命名为“陆地鳄鱼”的这辆车有六个轮子，每秒钟能行驶几厘米。一系列传感器，包括声纳环、照相机和单线激光雷达测距仪，将负责感应障碍物和环境。

惠特克激动地说:“我不想宣传这是无人驾驶飞行器历史上的第一次，但对于当时开发这种飞行器的团队来说，terregator在他们心中的地位是如此重要。”“我第一次在那里看到它时，虽然它只是围绕着停车场转了一圈，但那种惊喜和奇妙的感觉很难说。”

此后，由于terregator的诞生，cmu成为自主驾驶技术的发源地，这也是CMU 30多年来在此基础上开展技术研究的开端。多年来，terregator的创始人惠特克一直支持其他汽车相关技术的研发。

今天，如果一辆自动驾驶汽车出现在城市的街道上，它将不再那么令人惊讶。然而，由于地球鳄鱼的故事，cmu和它所在的匹兹堡已经成为培育无人驾驶技术的最古老的地方。

实际上，cmu自主驾驶技术的研究和开发始于20世纪80年代中期的一个机会。

当时，美国国防部高级研究计划局(darpa)实施了一项战略计算计划(scp)，该计划持续了10年。darpa希望从计算机架构、软件和芯片设计的快速发展中获益，并将人工智能技术提升到一个新的高度。

1983年，美国国防部将自主陆地车辆列为战略计算计划的研究项目之一，并制定了年度计划。

1985年:道路跟踪测试，车辆以10公里/小时的速度在铺好的道路上行驶，没有障碍物。

1986年:避障测试，当车辆以20公里/小时的速度行驶时，它能识别并避开固定的障碍物。

1987年:越野路线规划实验，规划车辆路线，以15公里/小时的速度穿过开阔的沙漠

1988年:公路网路线规划和避障测试，规划车辆路线，借助路标以20公里/小时的速度在公路网上行驶，完成地图校正并绕过路边障碍物。

在此期间，美国国防高级研究计划局资助了一些学院和制造商，作为其中的一员，cmu负责解决alv系统复杂的感知和集成问题。为了克服这一技术，cmu的研究人员在1984年建立了一个名为“navlab”的导航实验室，主要研究复杂环境中的视觉感知难题。

“那时，一切都从零开始。从规划自主车辆的路径，到跟踪路径，到避开障碍物，再到找到合适的软件系统来实现自动化。这台机器如何看世界？机器如何理解世界？今天一切都太初级了，因此，当时的成果可以称为真正的发明。”惠特克这么说。

机器人如何看待世界？惠特克永远不会忘记1984年的一天，当时该团队决定首次在现实世界中测试terregator的避障性能。

他说:“当时是匹兹堡的晚春，所有的大学都没有放假，很多学生出去散步晒太阳。”“所以，当他们都聚集在公园里的时候，我们测试了terregator，它在这些学生旁边慢慢地行驶，一些人躺在公园的草坪上，它也绕过了他们。学生们第一次见到特勒盖特，就像特勒盖特第一次见到他们一样。此时此刻，感觉真的很酷。”

然而，自主驾驶面临的挑战不仅仅是障碍本身，这意味着车辆需要感知这些障碍，更重要的是，决定下一步如何驾驶。

“无人驾驶汽车的驾驶决策有太多的工作要做。换句话说，一旦视觉数据被解读，车辆就必须对如何驾驶和如何转弯做出判断。”“我认为这种联系是创新技术产生的地方。”

Hebert回忆说，当cmu第一次开始开发自动驾驶汽车技术时，他们的汽车只被“观察”了两天。当时，该团队使用类似照相机的传感器，结合图像分析技术，并使用激光雷达直接获取三维传感信息。这两种环境意识的方法仍然被采用，但是它们已经变得比20世纪80年代更加复杂。

cmu开发的最新自动驾驶汽车是凯迪拉克srx，于2013年发布。这辆车成功地和时任宾夕法尼亚州议员的比尔·舒斯特一起到达了机场。

从技术上讲，该车通过图像分析和车道线等路标的测量来辅助，同时，该车已经能够达到高速公路上的平均行驶速度。它与陆地鳄鱼的真正区别不仅在于速度和外观，还在于对环境中动态事物的感知，无论是人、汽车还是自行车。

*自动驾驶仪改装的卡迪拉克srx

hebert说:“当你需要处理无人驾驶车辆和交通环境中的其他参与者(如行人)之间的关系时，事情就会变得非常复杂。”"车辆必须在完全动态的交通环境中做出驾驶决策."

在现代研究中，车辆驾驶决策将变得更加详细。Hebert回忆说，继1986年的terregator之后，cmu还开发了一款基于雪佛兰货车的自动驾驶汽车，名为navlab 1，其速度可达每小时20英里(约32公里/小时)。

*自动驾驶改装汽车navlab 1

在navlab 1之后，cmu开始关注自主车辆的更详细的行为决策，也就是说，使车辆“表现得更像人类驾驶员”。这意味着自主车辆需要结合更多的场景和分析来做出判断，而不是简单地考虑“避障和行驶”。

hebert说:“因此，当时的下一步是允许车辆推测其他车辆的运动，例如一辆经过的汽车。”“这是一个非常关键的进步，因为它可以在简单的环境中制造出自动车辆。感知和跟踪发展成为对周围车辆的动态响应。”

所有这些研究结果都显示在cmu开发的navlab 5上，这是一款由Pontiac跑车改装而成的自动驾驶汽车。1995年，这辆车在美国国家海洋与大气管理局(noaa)的帮助下，从宾夕法尼亚州的匹兹堡行驶到加利福尼亚州的圣地亚哥，行程4587公里，其中98.2%是自动驾驶的。

*自动驾驶改装汽车navlab 5

cmu博士生、navlab研发成员之一托德约切姆(Todd jochem)回忆说，他们花了4个月时间完成车辆改装和软件调试，总成本不超过2万美元。所有设备包括一台电脑，一台彩色照相机，全球定位系统和一个光纤陀螺仪。

有趣的是，他们的gps不是用来定位的，而是用来测量速度的。todd jochem说，当时gps没有开启高精度定位功能，这意味着如果使用这项服务，价格会非常高。同时，即使gps被用于高精度定位，他们也没有匹配的地图。

在那之后，2005年，cmu带着h1ghlander参加了darpa挑战赛，这是一辆改装的通用悍马，在路上成功超越了一辆人力驱动的汽车。

“我还记得当时的兴奋。一辆自动驾驶汽车超过了一辆人类驾驶的汽车。”“今天，每个人都知道这是如何实现的，但我不想忽视它。当时所取得成果的巨大价值。”

在2007年的darpa urban挑战赛上，在100多个参赛团队中，有11辆自动驾驶汽车因其出色的表现而脱颖而出，其中包括基于雪佛兰tahoe的boss—CMU自动驾驶改装汽车。最终，它以22.53公里/小时的平均速度赢得了当年的冠军。

darpa City Challenge的前身是“darpa grand challenge”，相当于无人驾驶的奥运会。2007年，挑战赛在离洛杉矶两小时路程的美国退休的空军事基地举行,“darpa grand challenge”也被称为“urbanchallenge”。当时，赛道长55英里(约89公里)，参与者必须在此过程中完成三项驾驶任务，并在6小时内完成比赛。

参加挑战的cmu电子计算机工程教授raj rajkumar回忆说:“当无人驾驶汽车开始三项驾驶任务中的第一项时，boss突然停下来，当时每个人的心跳似乎都停止了。”

“我们应该先开始。结果，当我们准备启动系统时，老板没有动！”拉杰库马尔说，“当时，团队中的每个人都在疯狂地跳动，并在想，‘这里发生了什么！’"

经过简单的调查，小组发现了问题。与其他参赛汽车不同，boss非常靠近一个巨大的显示屏，在赛道的起始位置显示比赛情况，这干扰了boss的全球定位系统。之后，boss继续参加比赛，并在20分钟内以第二名的成绩获得冠军。

Cmu在darpa Challenge中的出色表现直接促使美国通用汽车公司捐赠500万美元建立第二个实验室，这是一个合作的R&D自主驾驶技术实验室，由rajkumar担任联合主任。

Rajkumar还有一个身份，他是自动驾驶技术初创公司ottomatika的创始人。2013年，ottomatika成立，致力于cmu开发的自动驾驶仪协会成果的商业转型。随后，该公司与德尔福公司合作开发了一些在城市或高速公路上行驶的汽车主动安全平台。

奥托玛蒂卡于2015年被德尔福收购。同年，德尔福用奥托玛蒂卡的技术改装了一辆奥迪q5自动驾驶汽车，从旧金山行驶到纽约，自动驾驶时间达到99%。

到目前为止，cmu已经发表了140篇关于自主驾驶技术的研究成果，其中凯迪拉克srx也成为了一个亮点，这不仅是因为它创造性地完成了许多前沿技术的深度集成，还因为许多传感器和套件已经嵌入到车辆中。

“boss的机身上有很多设备，车顶上有激光雷达，后面有很多摄像头和电子设备。”车内有两个巨大的显示屏，司机需要不断监控这些信息。与此同时，即使是有30或40年驾驶经验的老司机也必须通过培训知道如何操作这种自动驾驶汽车。”“2011年，我们与通用汽车合作对凯迪拉克进行了改装。当时的主要目标是让这辆车看起来更正常。”

Rajkumar认为，在sae定义的0-5级自动驾驶水平中，spx已经达到了3.3级。拉杰库马尔认为，要达到真正的5级，至少需要10年甚至更长时间。

拉杰库马尔说:“接下来，我们仍然需要面对复杂的问题，如天气环境，隧道和桥梁。”“在隧道和桥梁环境中，gps失效，目前我们可以实现85%的自动驾驶，但剩下的15%必须始终彻底解决。”

“现在，我们正在为下一代自动驾驶做准备。这不再仅仅是自动驾驶本身的问题，还涉及许多车辆级部件的开发。为了真正实现产品化，我们还必须考虑各种城市道路。复杂的问题，天气问题，当然，也最终控制成本。”

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