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去哪儿?自动驾驶汽车的历史

通过马克韦伯| 2014年5月8日

飞毯,维克多·m·瓦涅佐夫,1880年。公元前130年,据说帕提亚国王法拉提斯二世乘坐魔毯参加了战斗。从俄罗斯到伊拉克,飞毯为民间传说增添了光彩。它们结合了两个曾经幻想的梦想:自动驾驶汽车和飞行。来源:维基共享

当罗伯特·怀特黑德(Robert Whitehead)在19世纪60年代发明自行鱼雷时,早期用于保持深度的制导系统是如此新颖和重要,他称之为“秘密”(the Secret)。飞机在莱特兄弟发明后仅仅十年就有了自动驾驶系统。如今,你的早餐麦片可能是由无人驾驶的收割机收集的。帆船auto-tillers。半自动军用无人机从空中杀人,机器人真空吸尘器迷惑我们的宠物。

然而,自我们祖父母的年轻时代以来,有一个看似不起眼的梦想很少出现在科幻小说之外:家庭自动驾驶汽车。与火星探测器或帆船不同,汽车需要在复杂的城市街道世界中穿行,离脆弱、爱打官司的人类只有几英寸远。本文探讨了自动驾驶汽车的总体历史,以及自动驾驶汽车这一难以实现的目标。一些组织表示,他们现在正接近实现这一目标。如果他们成功了,他们将如何改变我们的世界?自动驾驶汽车能取代公共交通吗?它们会让我们的城市变得更适合步行,还是以难以想象的无序扩张让城市变得超大?

未来的无人驾驶汽车,“美国电灯和电力公司”的广告,周六晚邮报,20世纪50年代。资料来源:埃弗雷特系列。

“我们现在所看到的世界是一种视觉,一种意境,随着它发展成为明天的伟大现实,它可能会经历许多变化。”——纽约世界博览会,《飞出个未来:高速公路和地平线》,1939年。信贷:通用汽车(General Motors)

开始

我们穿过小河,穿过树林,去外婆家。这匹马知道如何载着雪橇穿过白色的积雪。

——传统的歌词

列奥纳多·达·芬奇的预编程时钟车草图,大约1478年如果这辆车建成了,它将由大型螺旋发条驱动,推动它超过130英尺。巧妙的控制机制可以使车辆通过预定的路线。资料来源:意大利米兰Ambrosiana图书馆/ De Agostini图库/ Metis e Mida Informatica / Veneranda Ambrosiana图书馆/ Bridgeman艺术图书馆

牵引动物和走神的行人通常可以自己走一条路。但是随着第一个自行推进的飞行器的出现,需要有一个警觉的人类随时指导飞行器,否则就会有灾难的危险。现代的驾驶体验诞生了——焦虑、警觉和厌倦的奇特组合。

帆船可能是第一个自行推进的车辆,也可能是第一个有某种形式的自动转向,自动舵柄。这个装置用绳子将风向标之类的东西连接到船的舵柄上,这亚博足球app下载样即使风向改变,船也能保持航向。

最早广泛使用的机动车辆是汽船和火车。后者采用它们的引导轨道更多地是为了支撑其巨大的重量,而不是用于方向控制,但轨道服务于两端。在飞机发明大约十年后,它得到了第一个自动驾驶仪。

1933年,威利·波斯特成为单人环球飞行的第一人。如果没有这个斯佩里陀螺仪自动驾驶仪,这可能是不可能的,因为它可以让他同时飞行和导航。图片来源:埃里克·朗,史密森学会国家航空航天博物馆(NASM 2012-01350)

这种携带鱼雷攻击目标的自动制导系统被改用到了另一种媒介——空中。到20世纪40年代初,德国V-1无人机炸弹在短短的机翼上嗡嗡作响地飞向伦敦。它的继任者,V-2火箭,触及了太空本身的边缘。

索普威斯布谷鸟轰炸机(有人驾驶)发射了一枚鱼雷,大约1918年。19世纪60年代由罗伯特·怀特黑德(Robert Whitehead)开发的自行鱼雷最初只有简单的制导系统,以保持恒定的航向和深度。到二战时,它们可以用声纳锁定目标。资料来源:IWM (q69295)

德国Vergeltungswaffe(“复仇武器”)2火箭,又名V2,大约1945年。作为一种开拓性的弹道导弹,V2是第一个进入外太空的人类制品。陀螺仪使它从纳粹占领的法国一直行驶到伦敦和安特卫普。发明家沃纳·冯·布劳恩后来开发了阿波罗登月火箭。资料来源:IWM (BU 11149)

梦想

老年人开始驾驶自己的汽车横穿欧洲大陆。年轻人对无人驾驶汽车的爱抚感到钦佩。盲人第一次安全了。父母发现他们可以更安全的送他们的孩子在新的汽车比在旧的汽车有司机。

——大卫·h·凯勒的《活的机器》,Wonder Stories, 1935

1961年关于自动公路的通俗力学文章插图。来源:《大众机械》

自1935年以来,无人驾驶汽车和出租车一直在科幻小说中改善着数百万人的生活。1939年,通用汽车(GM)在其开创性的“未来之旅”(Futurama)中推出了自动公路计划,在随后的几十年里,基本的无人驾驶梦想几乎没有改变。除了减少交通事故和交通拥堵,这种汽车还可以减少大部分停车的需求,从而解放城市中心。

当然,在20世纪30年代计算机出现之前的日子里,给汽车赋予有意义的智能简直是科幻小说里的东西。但也可能有其他的方法....

早期驾驶的大部分危险不在于汽车,而在于那个时代狭窄、不清晰的道路,主要是为当地旅行而设计的。铁路仍然是高速公路。到了20世纪20年代,一些人开始梦想把公路改造成更像现代高速公路系统的东西,在那里控制通行可以同时提高速度和减少事故。

意大利的高速公路和德国著名的高速公路都停在这里。但美国设计师和未来学家诺曼·贝尔·格迪斯(Norman Bel Geddes)将高速公路的愿景与铁路常见的电子速度和碰撞控制系统结合起来。他在1939年的世界博览会上为通用汽车公司设计了壮观的“未来之旅”,还设想了壕沟般的车道,让汽车在自己的“轨道”中保持距离。我们的想法是正常行驶到高速公路,然后启动自动系统,直到你离开。相关的设想包括在路面上的磁道,物理的槽或槽,或者像火车一样的轨道与每个轮胎内部隐藏的钢轮啮合。

通用汽车Futurama展览,“高速公路和地平线”展馆,纽约世界博览会,1939年。游客们坐在配有音响的椅子上骑行三分之一英里,穿过这个35738平方英尺大小的想象世界模型,它是1960年的一个世界,还配有自动化高速公路。区域包括城市、农村和工业区。信贷:通用汽车(General Motors)

80年来,智能汽车和智能道路这两个基本概念几乎没有改变。主要目标仍然是安全、速度、通道、更多汽车共享道路、智能十字路口和减少拥堵。

智能高速公路

自动公路系统测试,20世纪50年代,通用汽车和RCA开发了具有无线电控制速度和转向的自动公路原型。汽车上的磁铁跟踪着嵌入在道路中的钢缆;控制塔管理整体交通流量。资料来源:美国无线电公司(RCA)

如果你见过蟑螂,你就知道即使是昆虫的神经系统也能在复杂的环境中以相当快的相对速度导航。一只汽车大小的蟑螂会以超过200英里每小时的速度奔跑、转弯、躲闪。给汽车提供这些导航能力的一小部分已经花了50年。

自动驾驶最先出现在其他车辆上并非偶然。无论多么遥远或奇异,海洋、空气,甚至火星表面对自动导航飞行器来说都是相对宽容的环境。路上没有孩子冲出来;没有红绿灯,也没有让人分心的广告牌。大多数情况下,只是有很多不那么精致的东西在附近匆匆而过——其他车辆、行人、户外餐馆、脆弱的木制建筑。

因为制造智能汽车是如此的困难,早期的自动驾驶计划专注于特殊的高速公路,以引导装备合适的汽车安全地行驶,这更多的是铁路而不是机器人。该技术被投影在1939年的Futurama,并在20世纪50年代展示。但获得建设公共基础设施所需的广泛共识从未发生。

数字革命:空气、陆地和海洋

苏联火星Prop-M漫游者,大约1971年。火星2号和火星3号任务都携带了带有类似于雪橇的Prop-M自动漫游器的着陆器,这些着陆器通过脐带绕着陆器进行短距离漫游。不幸的是,两个登陆器都失败了。资料来源:美国宇航局苏联火星Prop-M漫游者号,大约1971年。火星2号和火星3号任务都携带了带有类似于雪橇的Prop-M自动漫游器的着陆器,这些着陆器通过脐带绕着陆器进行短距离漫游。不幸的是,两个登陆器都失败了。来源:美国国家航空航天局

数字计算机有望使汽车以小说之外很少能想象到的方式变得智能。最初的用途之一是用于核导弹的制导计算机。冷战时期膨胀的预算让设计师们可以用仍然处于前沿的半导体而不是脆弱的真空管来制造这些产品。

北极星导弹制导系统Mark 2,外部外壳,雷神公司,1962年。装备核武器的弹道导弹是第一批由数字计算机制导的自动驾驶车辆。这个潜艇发射的北极星导弹的早期例子是由麻省理工学院仪器实验室设计的,该实验室后来开发了登陆月球的阿波罗制导计算机。查尔斯·斯塔克·德雷柏实验室的礼物,X89.82

到20世纪60年代末,实验性机器人在SRI和斯坦福大学(Stanford)的新环境中穿梭,(测试仍然是新的人工智能技术)。到1971年,半自主的太空探测器开始在其他星球着陆。如果不是降落伞没打开,苏联的火星2号漫游者那一年可能已经在火星表面独自爬行了。如今,自动水下航行器可以一次在海洋中漫游数年。1977年发射的旅行者号太空探测器最近成为了第一个在太阳系外旅行的人类物体。

像这样的AUV可以自己在海洋深处漫游,使用强大的声纳来绘制海底地图,甚至是海底的地质情况。类似的模型也被用于在2万英尺深的地方搜寻失踪的马来西亚航空(Malaysia Airlines) 370航班。信贷:他

通用原子MQ-1捕食者无人驾驶飞机。美国空军和中央情报局臭名昭著的“捕食者”自1995年起就被用于监视,自2001年起就被用于远程杀戮。“捕食者”是半自动的,但它的“地狱火”导弹只能由人类操作员发射。资料来源:美国空军照片/莱斯利·普拉特中校

数字革命:智能汽车?

98%的驾驶只是沿着虚线行驶。重要的是另外2%。

——伯克哈德·比尔格(Burkhard Bilger),《纽约客》(The New Yorker)《自动纠正》(Auto Correct)

斯坦福人工智能实验室推车,1964-71。与邻近的斯坦福研究所(SRI)的机器人Shakey一起,斯坦福推车(Stanford Cart)开创了利用人工智能和机器视觉在陌生环境中导航的技术。众所周知,这辆大车撞到了附近的一条路上,但毫发无损。来源:马克·理查兹

到20世纪60年代,电脑上的人工智能(AI)爱好者开始梦想拥有智能到可以自己驾驶普通街道的汽车。挑战是艰巨的——本质上是对像蟑螂这样的移动动物的相关系统进行逆向工程:

1)传感2)处理(模拟外部世界,做出决策)3)反应,有适当的动作第一步和最后一步在已知技术下是可行的。未知的部分是处理过程,这中间需要机器智能。

很多挑战都是关于解读的。如果一辆车的“心理”模型把行人当成了她在水坑里的倒影,这的确是一件危险的事情。

早期的人工智能先驱们曾梦想在千年前实现类似人类的机器人的突破。但真正的进步更多的是渐进式的,而不是革命性的。上世纪80年代,德国先驱恩斯特•迪克曼斯(Ernst dickmann)让一辆奔驰(Mercedes)货车自动行驶了数百英里,在那个时代的计算能力下,这是一项了不起的成就。在世界各地,许多其他的拓荒者也有自己的改进。

恩斯特·迪克曼斯的VaMoRs奔驰面包车,德国联邦国防军大学,1986-2003。迪克曼斯的实验室在很大程度上开创了实用的自动驾驶技术;这辆面包车测试了三代系统。迪克曼斯1993年推出的VaMP奔驰轿车将以每小时110英里的速度行驶数千英里,作为尤里卡普罗米修斯项目的一部分。资料来源:恩斯特·迪克曼斯。保留所有权利。更多信息请访问www.dyna-vision.de

筑波机械工程实验室,日本,1977
。通过机器视觉跟踪白色街道标志,这款开创性的电脑无人驾驶汽车的时速可达20英里。

ARGO项目,帕尔马大学和帕维亚大学
欧洲普罗米修斯项目的一个分支,ARGO团队在1996年驾驶他们的蓝旗亚Thema试验车在意大利周围1200英里,94%的时间是自动模式。

沙漠中的审判

DARPA Grand Challenge冠军Stanley(左),亚军Sandstorm®和H1ghlander(中)。获胜的斯坦利·大众途锐车队由斯坦福大学人工智能实验室教授塞巴斯蒂安·特龙领导。卡内基梅隆大学的沙暴和姊妹悍马H1ghlander紧随其后。所有这些都采用了类似的技术,从不太成功的2004年奥运会上改进而来。资料来源:卡内基梅隆大学

2004年,美国国防高级研究计划局(DARPA)向数十个当时从事自动驾驶汽车研究的团队发起挑战,以争夺100万美元的奖金。人们希望,到2015年,三分之一的军用车辆能够自动驾驶。

塞巴斯蒂安·特龙,斯坦利的领队,2005年大挑战赛冠军。特龙年轻时的一个朋友在一场车祸中丧生,这促使他研究自动驾驶。当他领导斯坦利团队时,他是斯坦福大学人工智能实验室的主任。后来,他共同创立了谷歌的自动驾驶项目和谷歌[x]

第一年的参赛选手惨遭失败,仅仅行驶了几英里就坠毁了。但第二年,一队无人驾驶汽车和卡车在穿越加州莫哈韦沙漠时却毫发无伤。到2007年,城市挑战赛已经将这些成功延伸到模拟城市环境中。在欧洲研究人员为自动驾驶奠定基础的同时,美国现在是一个有力的竞争者。有几个因素起到了作用:更好的道路跟踪和避碰软件,改进的雷达和激光传感器。好的映射也有帮助。虽然机器在解释环境方面落后于动物,但一辆总是“知道”周围是什么的汽车可以将其解释技能集中在变化的变量上。

今天无人驾驶汽车

Navia可能是第一辆商用自动驾驶汽车。它的设计初衷是在一个封闭的校园内运送乘客,它的最低时速为每小时12英里,可以让它在遇到意外障碍时完全停下来。信贷:引进技术

现在你可以买一辆自动驾驶汽车。它叫做Navia,有一些限制。它只适用于封闭的环境,比如度假胜地,它的最高时速为每小时12英里,相当于1895年的汽油动力汽车。如果你还没准备好购买自己的机器人汽车——Navia售价25万美元——你还可以在伦敦希思罗机场乘坐另一辆机器人汽车。

与许多新兴技术一样,自动驾驶技术在普及之前就已经在专业领域得到了应用。在澳大利亚北部的矿井里,一间宽敞的房子大小的卡车在没有人接触的砾石路上隆隆作响。联合收割机和其他农业车辆越来越多地配备了自动驾驶功能,仓库、工厂和其他工业环境中的专用车辆也是如此。

别忘了,高端传统汽车也有越来越多的自动驾驶功能可供选择,比如宝马(bmw)和沃尔沃(volvo),它们可以保持车道、自动泊车和紧急情况下的刹车。虽然它们的制造商急于指出,这类汽车增强了你的技术驾驶能力,而不是取代它,但一些系统变得如此强大,以至于区分变得模糊。

当然,谷歌是著名的自动驾驶系统的开放道路,完全自主作为一个明确的目标。但从丰田(Toyota)到日产(Nissan),其他几家公司也在悄悄地追逐着类似的梦想。现在有三个州允许自动驾驶汽车。自主化的未来会不会不是轰轰烈烈地到来,而是慢慢地让我们几乎察觉不到?

Ultra,伦敦希思罗机场的机器人出租车。一些未来学家认为,自动驾驶出租车“豆荚”有一天可能会取代公共交通。今天,你可以从希思罗机场的5号航站楼乘坐限量版飞机去停车场或公共运输站。来源:Ultra Global PRT

作为首辆获准在日本上路的无人驾驶汽车,日产的自动驾驶测试车已经搭载了包括首相安倍晋三在内的显要人物。它是基于电动尼桑Leaf。资料来源:©2014日产汽车

双模式自动或自动驾驶叉车,西门子Off公共道路,无人驾驶车辆收割小麦为您的早餐谷物,在工厂运输货物,以及更多。像房子那么大的自动驾驶卡车甚至从露天矿上装载矿石。来源:维基共享

Velodyne激光测距系统(LiDAR)
。LiDAR使用无害的激光束创建汽车环境的3D地图。扩音器制造商Velodyne设计的系统被DARPA城市挑战赛的大多数获胜者使用,谷歌和其他今天

内华达州自动驾驶汽车牌照,2012年。2012年,内华达州为第一辆注册自动驾驶汽车谷歌颁发了这个特殊牌照,标记着无限符号。图片来源:韦恩·韦克菲尔德,美国国家历史博物馆,史密森学会

自动驾驶计算机缩小

这些年来,让自动驾驶汽车工作的计算机系统变得越来越小,从巨大的装置变成了安装在后备箱里的隐蔽单元。它们处理的功能大致相同:从传感器获取原始数据,将其与已知车型匹配,并通过向汽车的转向、油门、刹车、转向信号和其他控制装置发送信号来执行适当的动作。

斯坦利汽车中的计算机(DARPA), 2005年。为斯坦利提供动力的计算机和电子设备完全填满了汽车的货舱。

电脑在谷歌自动驾驶普锐斯,2010年(上)和雷克萨斯,2012年(下)

谷歌上路

如果你在旧金山湾区呆了很长时间,你可能已经有几十次与实验自动驾驶汽车共用道路了,但你可能没有意识到这一点。

到2000年代末,谷歌已经超越了其核心的搜索业务,向多个雄心勃勃的方向发展,从扫描全球图书到智能手机。创始人佩奇和布林特别喜欢解决关键问题,他们称之为“登月”。

谷歌联合创始人拉里·佩奇和谢尔盖·布林以及前ceo埃里克·施密特展示了谷歌的自动驾驶汽车。亚博排列5

一个早期的例子是谷歌地图的街景,它是由无人驾驶大挑战冠军塞巴斯蒂安·特龙(Sebastian Thrun)联合开发的。2008年,他在一个名为Pribot的副项目中鼓励了团队中另一位自动驾驶经验丰富的人安东尼·莱万多夫斯基(Anthony Levandowski)。Pribot是一款经过改装的普锐斯,其目标是自己取披萨。

Pribot的成功让谷歌的创始人相信,自动驾驶也可能是一项尖端技术。他们指派了Pribot[和它的继任者?还有一系列的挑战,比如在公共道路上驾驶10万英里,甚至从旧金山弯弯曲曲的朗伯德街下坡。它通过了,他们让特龙成为一个新项目谷歌x的联合负责人,该项目旨在发射“探月”项目。

Thrun招募了Levandowski和该领域的许多其他顶尖研究人员,包括城市挑战明星克里斯·厄姆森。该团队开始了一项艰巨的工作,将在《沙漠挑战》中展示的原始功能转化为消费者系统;它足够精致,可以在现实世界的交通、通勤和家庭度假中安全地搭载活着的乘客。

谷歌的系统已经引导一批普锐斯和雷克萨斯汽车行驶了50多万英里而没有造成任何事故,该公司是全自动驾驶汽车的主要倡导者。但至于该公司可能如何部署这项技术,谷歌仍不排除其他选择。

2008年,普锐斯(Prius)自动驾驶汽车Pribot通过了旧金山海湾大桥(San Francisco Bay Bridge)的街道试验。它是无人驾驶摩托车先驱安东尼·莱万多夫斯基(Anthony Levandowski)的创意,启发了谷歌的自动驾驶汽车项目。信贷:安东尼Levandowski

来源:谷歌(goog . o:行情)。

前方的道路

在自动驾驶的未来,不仅交通堵塞将成为过去,每个信号灯也将是绿色的。

——Adam Fisher, Popular Mechanics

我们对未来的看法是,驾驶员仍然控制着车辆。他是这艘船的船长。

——福特汽车公司Alan Hall

插图由哈里坎贝尔为纽约客

如果从现在到明天早上,世界上大约十亿辆汽车神奇地学会了开车,会发生什么改变呢?我们马上就有了更多的自由时间,也为那些不会开车的人提供了流动性。但更深层次的变革需要新的商业模式、法律和对交通的思考方式;也许甚至是新的基础设施。

如果我们的汽车有自己的轮子,我们就可以发短信,发推特,甚至玩驾驶游戏,因为我们的生活方式只有今天的少数专职司机才能负担得起。但除此之外,我们还必须改变我们对驾驶和交通的看法。

Rinspeed概念草图。资料来源:©2014 Rinspeed AG

尤其是美国人和德国人,会愿意放弃他们百年的驾驶文化吗?我们是派车去取披萨,还是让我们的孩子坐着车去参加足球训练?我们会舒适地与陌生人共用一辆无人驾驶汽车吗?当自动驾驶汽车首次与无人驾驶汽车混合使用时,我们将如何实现这一转变?

自上世纪30年代以来,今天的自动驾驶愿望清单几乎没有改变。我们想要安全、快速、无摩擦的交通,没有拥堵,公共空间的新平衡;也许甚至是公路列车和智能路线来增加或取代公共交通。

Matternet飞行员#1同轴八轴无人机,2012年初创公司Matternet。美国希望通过这种四轴飞行器的原型机来革新小型包裹运输,它可以为海地的地震受害者运送药物。这架直升机可携带5磅重的物品。信贷:Matternet

但这并不意味着要制作Bel Geddes的《Futurama》。值得记住的是,30年代的大部分梦想在今天看来都是一场噩梦。多层高速公路贯穿城市;巨大的道路吞噬了距离和景观。

虽然我们从未有过自动驾驶的经历,但我们经历过高速公路和Futurama愿景中许多丑陋的方面,我们的品味也在改变。是的,我们想要这些好处,但形式要适应我们的时代。自动驾驶可能是一种革命性的工具,因此,明智地使用它至关重要。也许是时候展望一个新的未来了。

路火车/车队。几十年来,科幻小说和未来主义者们一直在描绘将汽车“排成一列”,组成紧凑的虚拟列车的好处,因为紧跟其后的汽车会减少风的阻力,从而节省空间和燃料。信贷:©SARTRE-Consortium

你觉得呢?

乘客们可以在林斯比德设计的这个无人驾驶概念模型中享受电子设备带来的放松。目前的汽车已经高度电脑化,科技公司和汽车公司都认识到,让司机腾出更多时间上网可以带来潜在的利润。资料来源:©2014 Rinspeed AG

如果今天有一辆自动驾驶汽车等在你的门外,你会去哪里?是去乡村游玩,还是去做下一个家务?如果你有一段距离要走,也许你会想让你的车加入高速公路列车,这样可以节省汽油和道路空间,因为它会以超过100英里的时速把你送到目的地。

当你开车的时候,你会怎样打发你的几分钟或几小时呢?也许你会一边喝冷饮一边在平板电视上看电影,或者上网或视频聊天,或者伸展四肢打个盹。几年后,你或许可以用语音命令点一份美味的小吃,然后用无人机将其热腾腾地送到,无人机的速度可以与你的汽车相匹配,来转移你的订单。

你可以在这个博客的评论区添加你的想法。

关于作者

Marc是CHM互联网历史项目的策展主任,他开发了该博物馆永久展览的网亚博排列5络、网络和移动画廊。在万维网的主要发明者蒂姆·伯纳斯·李爵士(Sir Tim Berners Lee)和其他先驱的关键帮助下,他从1995年开始将万维网历史作为一个主题。他是该领域最早的两个组织的联合创始人。他向公司、记者、电影制作人、专利公司和博物馆介绍和咨询网络世界的历史。

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