汽车也能自己开？——走进自动驾驶的神奇世界
汽车也能自己开？——走进自动驾驶的神奇世界
一、小动物们的森林野餐记
阳光透过树叶的缝隙洒在草地上，森林里迎来了一个美好的周末。小松鼠蹦蹦一大早就从树洞里钻出来，兴奋得蓬松的大尾巴一甩一甩的。今天是森林小动物们约好一起去野餐的日子，蹦蹦早就准备好了自己最爱吃的橡果松饼和一杯热腾腾的栗子茶。
“蹦蹦，快点，我们要迟到了！”松鼠妈妈的声音从楼下传来。蹦蹦赶紧抓起自己的小背包，从高高的松树上一溜烟跳到地面上。咦？今天妈妈怎么没有自己开车，而是站在一辆圆滚滚的绿色小汽车旁边呢？
“妈妈，这是什么车呀？看起来好可爱！”蹦蹦好奇地围着汽车转了一圈。这辆汽车和森林里其他车都不一样，车身上画着漂亮的树叶图案，车顶上有几个像小耳朵一样的圆形装置。最神奇的是，车门自动打开了，就像在欢迎蹦蹦上车一样！
蹦蹦一蹦一跳地钻进车里，发现好朋友小兔子跳跳和小熊壮壮已经在后座等着了。跳跳的长耳朵上还别着一朵小野花，看起来漂亮极了。壮壮呢，正捧着一大罐蜂蜜，小心翼翼地放在座位旁边，生怕洒出来。
“大家都到齐了吗？”松鼠妈妈笑着问。
“到齐啦！到齐啦！”小动物们齐声回答。
“那我们出发咯！”松鼠妈妈轻轻说了一句“出发”，然后——神奇的事情发生了！汽车缓缓启动，方向盘自己转动起来，车轮平稳地向前滚动。松鼠妈妈既没有踩油门，也没有握方向盘，她只是轻松地靠在座椅上，甚至还转过头来和小动物们聊天！
“妈妈妈妈！你怎么不自己开车呀？”蹦蹦惊讶地问，它的眼睛瞪得圆圆的，蓬松的尾巴都竖了起来。
“因为我今天开的是自动驾驶汽车呀！”松鼠妈妈笑着说，“这种汽车很聪明，它会自己看路、自己转弯、自己躲避障碍物，根本不需要我来操作呢！”
蹦蹦更惊讶了，趴在车窗上往外看。果然，汽车稳稳地行驶在森林公路上，遇到了一个弯道，方向盘自己轻轻转动，汽车优雅地转过弯道。前面有一只小乌龟过马路，汽车提前就慢了下来，等小乌龟安全通过后又重新加速。
“太神奇了！”小兔子跳跳兴奋地跳了起来，“这辆车是不是有一个看不见的司机呀？”
“不是看不见的司机，”松鼠妈妈解释道，“是汽车里住着一个特别聪明的‘电子大脑’。这个大脑有很多很多只‘眼睛’，能看清路上的一切东西——行人、其他汽车、交通标志、红绿灯……它看到这些信息后，会像你们玩游戏时动脑筋一样，快速思考应该怎么做，然后发出指令让汽车前进、后退、转弯或者停下。”
小熊壮壮若有所思地点点头：“就像我在幼儿园学的机器人一样！老师说过，机器人会自己做很多事情，不需要我们一直按按钮！”
“对对对！”松鼠妈妈夸奖道，“壮壮真聪明。自动驾驶汽车就是一个会自己开的超级机器人汽车！”
一路上，小动物们看到了更多神奇的景象。有自动驾驶的清扫车在路边扫地，还有一个圆圆的小家伙在帮助花园里的熊猫爷爷送快递呢！最让大家惊叹的是，当他们到达野餐地点——一片开满野花的草地时，汽车竟然自己找到了一个停车位，稳稳地停好了！
蹦蹦跳跳地第一个冲下车，张开双臂深深吸了一口气：“哇——野花的香味好浓啊！”跳跳也蹦了下来，耳朵上的小花一颤一颤的。壮壮小心翼翼地抱着蜂蜜罐子，跟在大家后面。
“今天的野餐真是太棒了！”蹦蹦开心地说，“而且坐自动驾驶汽车来也好玩极了！我以后也想开这样的汽车！”
松鼠妈妈笑着摸了摸蹦蹦的小脑袋：“那你要好好学知识，长大后说不定能发明出更厉害的新汽车呢！这本书就会告诉你很多关于自动驾驶的神奇秘密哦！”
小动物们铺开野餐布，把好吃的食物一样一样摆好。阳光温暖地照着，微风吹来野花的香气，自动驾驶汽车安静地停在不远处的草地上。蹦蹦一边吃着橡果松饼，一边想着刚才那辆神奇的汽车，心里暗暗下定决心：一定要好好学习，了解更多关于自动驾驶的知识！
亲爱的小读者，刚才小动物们的野餐故事是不是很有趣呢？自动驾驶汽车真的像故事里说的那么神奇吗？接下来，就让我们一起踏上探索自动驾驶奇妙世界的旅程吧！
二、什么是自动驾驶汽车
通过小动物们的故事，我们已经见识到了自动驾驶汽车的神奇之处。但是，自动驾驶汽车到底是怎么工作的呢？它为什么会自己开呢？让我们一起来揭开这个秘密吧！
2.1 像扫地机器人一样自己工作的汽车
小朋友们，你们家里有没有扫地机器人呢？如果有的话，你一定观察过它是怎么工作的吧？当你按下开关，扫地机器人就会自己在房间里跑来跑去，它会用小刷子把灰尘扫进肚子里，遇到墙壁会转弯，遇到家具会躲开。你看，它不需要别人一直推着走，自己就能把房间打扫干净，是不是很神奇呢？
自动驾驶汽车其实和扫地机器人有点像。扫地机器人会自己“看”房间里的情况，自己决定往哪里走，自己完成打扫的任务。自动驾驶汽车也会自己“看”马路上的情况，自己决定怎么开，自己安全地把乘客送到目的地。只不过，扫地机器人在家里工作，而自动驾驶汽车要在更复杂的世界里工作——马路上有各种各样的汽车、有过马路的行人、有红绿灯、有交通标志，还有很多很多意想不到的情况。
扫地机器人的“眼睛”是一些小小的传感器，它能感觉到前面有没有东西、有没有灰尘。自动驾驶汽车的“眼睛”更加厉害，它有很多很多种传感器，就像一个超级英雄有好多种超能力一样。有的传感器能“看”到很远的地方，有的能在晚上或者大雾天“看”得清楚，有的能“听到”周围的声音。这些传感器一起工作，就能让汽车知道周围发生的一切事情。
扫地机器人有一个小小的电脑来控制它的工作，自动驾驶汽车也有一个非常非常聪明的电脑，这个电脑里装着特别的程序，就像汽车的“大脑”一样。这个大脑会接收传感器传来的各种信息，然后像你做数学题一样快速地思考——前面有人，应该减速；现在是绿灯，可以继续前进；前面的车停下来了，我也应该停下来……思考完之后，大脑会发出指令，让汽车的“手”和“脚”——也就是方向盘、油门、刹车——做出相应的动作。这样，汽车就能自己开动了！
2.2 自动驾驶汽车的“眼睛”和“大脑”
我们已经知道，自动驾驶汽车有很多“眼睛”——也就是各种各样的传感器。让我来给大家介绍一下这些神奇的“眼睛”吧！
第一种“眼睛”叫做摄像头。摄像头就像我们人的眼睛一样，能拍下周围环境的照片和视频。自动驾驶汽车上会装很多摄像头，有的朝向前方，看前面的路；有的朝向后方，看后面有没有车；有的朝向侧面，看左右两边的情况。通过这些摄像头，汽车能看到红绿灯的颜色、路上的标志牌、行人的动作等等。不过，摄像头也有一个小小的缺点，就是在天气不好的时候，比如下大雨、下大雪或者起大雾，看东西就没那么清楚了。
第二种“眼睛”叫做雷达。雷达可厉害了，它能发射出一种看不见的“波”，这种波遇到东西就会弹回来，就像你对着大山喊话会听到回声一样。通过计算波来回的时间，雷达就能知道前面有多少距离、有什么东西。有一种叫激光雷达的特别神奇，它发射的是激光，能画出周围环境的三维地图，就像给你的房间拍了一个立体的照片一样。激光雷达在晚上也能看得很清楚，不受光线的影响。
第三种“眼睛”叫做超声波传感器。超声波是一种特殊的声波，我们人的耳朵听不到，但是小动物们可能可以哦！蝙蝠就是用超声波来“看”东西的。超声波传感器可以测量很近的距离，通常用来检测汽车周围近距离的情况，比如倒车的时候看看后面有没有东西。
除了这些“眼睛”，自动驾驶汽车还有一个特别重要的部分——高精度地图。普通的地图我们用手机导航的时候就能看到，它会告诉我们大概的路怎么走。但是自动驾驶汽车需要的是精度更高的地图，这种地图能精确到厘米，也就是说，地图上标的每一个位置，和真实的位置只差不到一根手指头的距离！高精度地图还会标注出每个车道的具体位置、哪里有红绿灯、哪里有转弯、哪里有上下坡等等。有了高精度地图，汽车就能知道自己现在在哪里，应该往哪里开。
现在我们来说说自动驾驶汽车的“大脑”——也就是它的核心计算系统。这个“大脑”可不得了，它要处理来自所有传感器的信息，要识别出行人、车辆、交通标志、红绿灯等等，还要规划出最安全、最快速、最省油的路线，最后还要发出指令控制汽车。这个“大脑”里面装着很多很多复杂的程序，这些程序是用一种叫做人工智能的技术来实现的。人工智能就是让计算机像人一样会学习、会思考、会判断。现在的人工智能已经非常非常聪明了，它看过几百万张猫的照片后，就能认出任何一只猫；它听过很多很多首歌曲后，就能自己创作新的歌曲。自动驾驶汽车的人工智能也是这样，它学习过无数的驾驶场景后，就能像一个经验丰富的老司机一样，安全地驾驶汽车了。
三、自动驾驶汽车的等级
小朋友们，你们知道吗？自动驾驶汽车可不是只有一种哦！根据它们“聪明”的程度，可以分成不同的等级。就像你们在学校里，一年级、二年级、三年级……年级越高，学的东西越难、越复杂。自动驾驶汽车也有等级，等级越高，汽车就越“聪明”，需要人类帮助的地方就越少。
现在国际上通用的是美国汽车工程师协会制定的等级标准，一共分为0到5级。让我来给大家一个一个介绍吧！
3.1 0级：完全没有自动驾驶功能
0级就是最普通的汽车，和我们以前看到的传统汽车一样，所有的驾驶操作都需要人类来完成。方向盘、油门、刹车……一切都靠司机来控制。汽车能告诉我们一些信息，比如车速是多少、油还有多少，但是它自己不会开。这种汽车需要司机时刻保持注意力，随时准备接管驾驶。
3.2 1级：辅助驾驶
1级自动驾驶就像是给司机请了一个小助手。这个小助手能帮助司机做一些简单的事情，比如帮你看着两边后视镜、帮你保持车道、帮你与前车保持距离。但是这个助手的能力有限，方向盘还是需要你来转，主要的驾驶工作还是由司机来完成。很多现在的汽车都有这个级别的功能，比如自适应巡航系统，能自动调整车速保持与前车的距离；车道偏离预警系统，能在你不小心压线的时候提醒你。
3.3 2级：部分自动驾驶
2级自动驾驶比1级更厉害了，它的小助手能做更多的事情。在这个级别，汽车可以同时帮你控制方向和速度，比如在高速公路上，汽车可以自己保持车道、自己跟车行驶、自动刹车躲避危险。但是，小朋友要注意了！这个级别虽然汽车能做很多事情，但是司机还是不能放松哦！司机必须时刻关注路况，随时准备接管汽车。因为汽车虽然聪明，但遇到一些特殊情况可能还是处理不了，司机就是它的“安全员”。
3.4 3级：有条件的自动驾驶
到了3级，汽车就更聪明了！在某些特定的环境下，比如在高速公路上、或者在固定的路线上，汽车可以完全自己开，不需要司机一直盯着。这时候，司机可以看看书、听听音乐、甚至休息一下。但是，当汽车遇到自己处理不了的情况时，它会提前告诉司机：“我需要你来帮忙了！”司机要在规定的时间内接管汽车。这个级别就像是一个能独立完成作业的小学生，但是在遇到难题的时候会举手问老师。
3.5 4级：高度自动驾驶
4级自动驾驶汽车就更厉害了！在它能工作的范围内，比如在一个城市的某个区域，或者在规定的高速公路上，汽车可以完全自己开，不需要任何人来帮忙。就算遇到了紧急情况，汽车也能自己安全地停下来或者躲避，不需要司机介入。当然，如果超出了它能工作的范围，汽车可能就不能开了。
3.6 5级：完全自动驾驶
5级是自动驾驶的最高境界！到了这个级别，汽车就像一个完美司机，可以在任何情况下、任何地方自己开。城市道路、乡村小路、白天、夜晚、下雨、下雪……无论什么情况，汽车都能应对自如。方向盘、油门、刹车这些装置甚至都不需要了，就像一个没有马夫的四轮马车——不对，是不需要人的马车，汽车自己能去任何地方！不过，要达到5级自动驾驶非常非常困难，需要非常非常先进的技术，所以现在我们还没有看到真正的5级自动驾驶汽车。但是，科学家和工程师们正在努力研究，也许在你们长大的时候，5级自动驾驶汽车就会变得很普遍了！
下面这张表格可以更清楚地展示各个等级的区别：
| 自动驾驶等级 | 名称 | 特点 | 需要人类介入程度 | |:---:|:---:|:---|:---:| | 0级 | 无自动化 | 完全由人类驾驶 | 全部需要 | | 1级 | 驾驶辅助 | 帮助司机做一两件事 | 大部分需要 | | 2级 | 部分自动化 | 能同时控制方向和速度 | 持续监控 | | 3级 | 有条件自动化 | 在特定环境下可自动驾驶 | 必要时接管 | | 4级 | 高度自动化 | 在工作范围内无需人类 | 超出范围时需要 | | 5级 | 完全自动化 | 任何情况下都能自动驾驶 | 完全不需要 |
四、自动驾驶汽车在我们身边的应用
虽然完全自动驾驶的汽车还没有普及，但是在我们的日常生活中，已经有很多自动驾驶技术的应用了。让我来给大家介绍一些吧！
4.1 公园里的自动驾驶游览车
现在很多大型公园和景区都有一种可爱的小车子——自动驾驶游览车。这种车子通常是圆圆的、矮矮的，像一个大大的面包。车身颜色很漂亮，有的是绿色像树叶，有的是蓝色像天空，有的是黄色像太阳。车子没有方向盘，也没有油门刹车踏板，只有一排舒适的座位。
当你站在游览车前面的时候，它会停下来让你上车；坐好后，你说一声“开始”，它就缓缓启动了。游览车会在公园的小路上慢慢行驶，遇到弯道会自己转弯，遇到行人会自己停下。公园里的老爷爷老奶奶、小朋友们都很喜欢坐这种游览车，因为它既方便又安全。
这种自动驾驶游览车的工作范围通常比较小，行驶速度也比较慢，一般每小时只开10到20公里，比我们走路快不了多少。这样的设计是为了确保安全，万一发生什么情况，也能及时停下来。虽然它看起来简简单单的，但是里面装满了传感器和电脑，是一辆真正的自动驾驶汽车呢！
4.2 机场里的自动驾驶行李车
你有没有注意到，在飞机场的后台，有很多小车在跑来跑去搬运行李？这些小车可不是普通的车辆，它们也是自动驾驶的！
当你坐飞机去旅游的时候，你的行李会被装进飞机的货舱里。在大机场，每天有成千上万个行李需要搬运。如果全靠人工来操作，既费时又费力。于是，聪明的工程师们发明了自动驾驶行李车。
这种行李车看起来方方正正的，像一个移动的箱子。它没有驾驶座，也没有方向盘，完全靠自己来工作。工作人员只需要在电脑上输入指令，行李车就会自己开到行李传送带旁边，装上行李，然后自己开到对应的飞机下面，卸下行李。整个过程行云流水，井井有条。
为了避免撞到人或者其他东西，这些行李车都装了很多传感器，能“看”到周围的障碍物。它们还会在专用的道路上行驶，和普通的汽车分开，这样就更安全了。
4.3 矿区里的自动驾驶运输车
在遥远的矿区里，有一种特别特别大的自动驾驶运输车。这些车比我们平时见到的大卡车还要大好几倍，轮胎就有两个人那么高！这些巨型车辆负责把矿区开采出来的矿石运输到加工工厂。
矿区的环境非常艰苦，对人类驾驶员来说很危险。而且矿区通常在偏僻的地方，很难招到愿意来工作的司机。于是，自动驾驶运输车就派上大用场了！
这些大家伙完全不需要人驾驶，它们会按照设定好的路线，从采矿区开到卸货区，装满矿石后又开回来。它们能24小时不间断地工作，不会累，也不会偷懒。而且因为它们行驶的路线相对固定，环境也比较简单，所以特别适合用自动驾驶技术。
4.4 校园里的自动驾驶配送车
在一些大学校园和社区里，你可能见过一种萌萌的小车——自动驾驶配送车。这种小车个头不大，通常是四四方方的，上面有个圆圆的“脑袋”——那是它的激光雷达。车身上有一个个的小格子，可以装外卖、快递、文件等等东西。
当你用手机下单买东西后，小车会自己开到你下单的地方，然后你只需要在小车身上输入取货码，对应的小格子就会打开，你就可以取走自己的东西了。这种小车能自己上电梯、自己避开行人、自己在路上行驶，非常方便！
在疫情期间，这种自动驾驶配送车发挥了很大的作用。因为它不需要人接触，所以可以减少病毒的传播。人们只需要在手机上操作，就能安全地收到生活必需品。
4.5 港口里的自动驾驶搬运车
在海边的港口里，有大量的集装箱需要搬运。集装箱里装着各种各样的货物，从衣服、玩具到电脑、汽车，应有尽有。以前，这些集装箱都是靠人工驾驶的巨大的龙门吊和集装箱卡车来搬运的。工人叔叔们要在很高的位置上工作很长时间，非常辛苦，也比较危险。
现在，很多先进的港口都引入了自动驾驶技术。自动驾驶的集装箱搬运车可以在港口里自由穿梭，自己装卸集装箱、自己规划路线、自己停放到指定位置。因为港口的道路比较简单，变化也比较少，所以特别适合自动驾驶。这些自动驾驶车辆可以全年无休地工作，大大提高了港口的效率，也减少了人工成本。
五、自动驾驶汽车是怎么“看”世界的
我们已经知道，自动驾驶汽车有很多“眼睛”——也就是各种传感器。那么，这些“眼睛”是怎样帮助汽车看清周围世界的呢？让我们一起来了解一下吧！
5.1 摄像头：汽车的眼睛
摄像头是自动驾驶汽车最基础的传感器之一。就像我们用手机拍照一样，车载摄像头能拍下周围的画面。但是，自动驾驶汽车上的摄像头可不是普通的摄像头，它们更先进，能做很多厉害的事情。
摄像头能做的事情很多。它能识别交通标志，比如限速标志、禁止通行标志、转弯标志等等；它能识别红绿灯，知道现在是红灯应该停下、绿灯可以通行；它能识别车道线，帮助汽车保持在正确的车道里行驶；它还能识别人和动物，帮助汽车判断前方是否有行人过马路。
现在有一种特别厉害的摄像头，叫做立体摄像头。这种摄像头就像我们人有两只眼睛一样，有两个镜头。两个镜头同时拍照，通过对比两张照片的细微差别，电脑就能计算出每个物体离汽车有多远。这样，汽车就不只能看到有什么东西，还能知道它们在哪里、有多远。
不过，摄像头也有缺点。最大的问题就是它依赖光线。在光线很暗的夜晚、遇到强光照射、或者在大雾、大雨中，摄像头的效果就会变差。就像我们晚上看不清东西一样，摄像头在这种情况下也需要其他传感器来帮忙。
5.2 激光雷达：精确测量距离的高手
如果说摄像头是汽车的“眼睛”，那激光雷达就是汽车的“超级测量尺”。激光雷达能发射出看不见的激光脉冲，然后测量激光反射回来的时间。通过计算这个时间，激光雷达就能精确地知道前方物体的距离。
激光雷达最厉害的地方是它能生成周围环境的三维图像。这种图像叫做“点云”，就像是用无数个点组成的立体画。通过分析这个点云，汽车能知道周围有什么东西、它们有多大、它们在哪里。你可以把点云想象成乐高积木搭出来的模型，虽然看起来只是一堆小小的积木块，但是拼在一起就能看出是一座房子、一辆车或者一个人。
激光雷达的测量精度非常高，能精确到厘米级别。而且它不受光线影响，晚上也能正常工作。不过，激光雷达也有弱点：它在大雨、大雪、大雾等天气里，效果会变差；而且现在的激光雷达设备还很贵，一台可能要几十万甚至上百万元人民币。但是，随着技术的发展，激光雷达的价格正在不断下降，未来会越来越普及。
5.3 毫米波雷达：全天候工作的能手
毫米波雷达是一种很特别的传感器。它发射的是一种叫做毫米波的无线电波。这种波能穿透雨、雾、灰尘等，所以在恶劣天气下也能正常工作。
毫米波雷达最适合测量运动物体的速度和距离。它能告诉汽车，前方的车辆正在以多快的速度行驶、离我们有多远、两辆车之间的距离在变大还是变小。这些信息对于保持安全车距、避免碰撞非常重要。
在现在的很多汽车上，毫米波雷达已经被广泛使用了。它是自适应巡航系统和自动紧急刹车系统的重要传感器。当它检测到前方