谷歌的自动驾驶汽车：寻求认可

每天早上 8 点左右，安东尼·莱万多夫斯基 (Anthony Levandowski) 就会走出伯克利的家，将身高 6 英尺 6 英寸的他塞进白色雷克萨斯的驾驶座。莱万多夫斯基开始每天上下班。这是最普通、最熟悉的时刻。我们大多数人每周都会进行五次这样的例行公事，一年 50 周。然而，莱万多夫斯基的通勤方式却截然不同。他有司机，而且是个机器人。

莱万多夫斯基像往常一样倒车驶出郊区车道。当他将谷歌无人驾驶汽车驶向街道时，汽车已经利用 GPS 和其他传感器确定了它在世界上的位置。仪表盘上，挡风玻璃正前方，是一个低调的抬头显示器。上面用朴素的无衬线字体写着“手册”，黑底白字。但当莱万多夫斯基驶入他家附近的高速公路匝道时，一幅彩色图形出现了。这是道路的示意图：两条白色实线垂直标记着高速公路的边界，三条虚线将其分成四条车道。现在的信息是进入自动驾驶车道；高速公路的另一边有两条车道，在示意图上以绿色显示。莱万多夫斯基的车和他周围的人用小白方块表示。这些图形让人想起了 Pong。但游戏玩法呢？纯粹的 Frogger。

莱万多夫斯基的方向盘上有两个按钮，关闭和打开，在驶入自动驾驶车道后，他用拇指按下“打开”按钮。一个悦耳的女声以教科书般的精确度发音“自动驾驶”一词，标志着这一时刻的到来。说完，莱万多夫斯基将汽车的控制权交给了名为 Google Chauffeur 的软件。他把脚从踏板上拿开，把手放在膝盖上。汽车的计算机现在正开车送他去上班。自 20 世纪 70 年代以来，无人驾驶汽车就以各种形式出现，但 2004 年、2005 年和 2007 年的三届 DARPA 大挑战赛才推动了这一领域的发展。大挑战赛的参赛选手如今遍布全球的无人驾驶实验室。不仅谷歌在开发这项技术，大多数主要汽车制造商也在开发这项技术：奥迪、大众、丰田、通用、沃尔沃、宝马、日产。可以说，DARPA 实地试验最重要的成果是开发出了一种坚固可靠的激光测距仪。它是安装在 Levandowski 汽车顶部的全视之眼，几乎所有其他实验性自动驾驶系统都使用它。

今年将是自动驾驶技术的另一个重要里程碑。人们普遍预计，美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 将公布车载信标的标准和规定，这些信标将向道路上的其他车辆广播位置信息。当碰撞迫在眉睫时，信标将向驾驶员发出警告——例如，当前方车辆猛踩刹车，或者另一辆车突然转向车流。然后，汽车制造商可能会利用这些信息采取下一步行动：编写自动响应程序。

自动驾驶与亲自驾驶是完全不同的体验。当我到达工作地点时，我已经准备好了。莱万多夫斯基驾驶谷歌自动驾驶汽车的通勤路程为 45 英里，如果 Chauffeur 是完美的，他可能会利用这段时间在后座上打个盹。事实上，莱万多夫斯基必须保持清醒并坐在方向盘后面，因为当 Chauffeur 遇到稍微不确定的情况时，它会要求他重新控制。按照谷歌的政策，莱万多夫斯基自己开车穿过住宅区道路和地面街道，而 Chauffeur 则在高速公路上行驶。尽管如此，这还是比全程开车要好得多。在长达一小时的通勤过程中，莱万多夫斯基只有 14 分钟的时间把手放在方向盘上：在开始、结束以及圣马特奥大桥上棘手的高速公路交汇处。其余时间，他可以放松一下。 “自动驾驶与我亲自驾驶有着根本的不同，”他在 2012 年 SAE 国际大会上对参加会议的汽车工程师们说。“当我到达工作地点时，我已经做好准备。我只是精神饱满而已。”

Levandowski 在谷歌位于加州山景城的总部工作。他是谷歌无人驾驶汽车项目的业务负责人，该项目是该公司近十年来一直在开发的一项计划。谷歌目前拥有一支小型无人驾驶汽车车队，正在公共道路上行驶。它们是测试车辆，但它们也只是在做它们的工作：接送谷歌员工上下班。硅谷的通勤者表示，他们平均每小时会看到一辆这样的汽车，车顶上安装的旋转炮塔很容易辨认。谷歌自己也报告说，这些汽车总共行驶了 50 多万英里，从未发生过撞车事故。去年，在谷歌总部举行的仪式上，州长杰里·布朗签署了加州无人驾驶汽车法案，谷歌联合创始人谢尔盖·布林说：“普通人要体验这种汽车还需要几年的时间，一只手就能数得过来。”换句话说，到 2018 年，一辆无人驾驶汽车将停在你家附近的街道上。然而，发布一辆汽车需要的不仅仅是一个网站和一个“点击此处下载”按钮。要让 Chauffeur 进入你的车道，它必须经历一场考验：Chauffeur 必须穿越充满怀疑的底特律、一个诉讼频发的社会和一系列技术难题。

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目前，Chauffeur 正在接受硅谷所谓的封闭测试。用谷歌的话说，研究人员正在“测试”这款汽车——每天早上像莱万多夫斯基一样开车上班。与其说这是一项福利，不如说是一次产品测试。谷歌需要将汽车交到普通司机手中，以测试用户体验。该公司还想从统计和精算的角度证明自动驾驶功能是安全的：虽然不是完美无缺的，也不是防撞的，但比有能力的人类司机更安全。“我们谷歌有一句话，”莱万多夫斯基说。“我们信仰上帝——其他人必须提供数据。”

目前，数据显示，所谓的发布版 Chauffeur 平均行驶 36,000 英里才会出现严重到需要驾驶员干预的错误。错误并不意味着撞车，它只是意味着 Chauffeur 误解了它所看到的东西。例如，它可能会把停着的卡车误认为是小建筑，或者把邮箱误认为是站在路边的孩子。这很可怕，但与事故不同。

该软件每秒还会执行数百次诊断检查。大约每行驶 300 英里就会出现一次故障。今年春天，谷歌无人驾驶汽车项目主管克里斯·厄姆森 (Chris Urmson) 在华盛顿特区向政府听众表示，绝大多数故障都无需担心。“我们将标准设定得非常低，”他说。对于那些需要人手重新握住方向盘的严重错误，谷歌的年轻测试人员已经接受了极限驾驶技术的培训，包括紧急制动、高速变道以及防止和操纵不受控制的滑行，以防万一。

机器人与人类之间交接的最佳执行方式仍是一个悬而未决的问题。Chauffeur 在交还控制权之前应该提供多少秒的警告？司机需要一点时间来收集情景意识，放下咖啡或电话，重新集中注意力。“可能是 20 秒；也可能是 10 秒，”Levandowski 建议道。他说，实际时间将“基于用户研究和事实，而不是‘我们无法让它工作，因此决定将 [交接] 时间定为 1 秒’？”

到目前为止，Chauffeur 的驾驶记录非常干净。只有一起事故报告可以归咎于谷歌。一辆自动驾驶汽车在谷歌总部附近追尾了另一辆普锐斯，其撞击力足以将其推向前方并像多米诺骨牌一样撞击另外两辆汽车。这起事故发生在两年前——软件开发时间线缩短的石器时代——据谷歌发言人称，当时汽车没有处于自动驾驶模式，所以事故不是 Chauffeur 的错。这是由于普通的人为失误造成的。

在美国，人类驾驶员平均每行驶 50 万英里就会发生一次事故。造成人员受伤的事故则更为罕见，大约每 130 万英里发生一次。而导致人员死亡的事故则每 9 千万英里发生一次。考虑到谷歌无人驾驶汽车计划已经行驶了 50 万英里，可以说 Google Chauffeur 已经和普通人类驾驶员一样安全了。但谷歌不会向公众这么说，因为 Levandowski 表示该系统在现实世界的通勤中还没有遇到足够多的挑战性情况。“我们可以推测，我们有模型，[但]我们实际上并不知道这项技术对社会的价值，”他说——“目前还不知道。”

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谷歌对其自动驾驶汽车项目一直讳莫如深。尽管该项目始于 2009 年，但该公司一年后才在一篇博客文章中首次宣布该项目。底特律对此并不高兴。

这次攻击来自克莱斯勒，底特律三大汽车制造商中最小的一家，以新款道奇 Charger 的电视广告形式发起。在广告中，Charger 正在穿过一条长长的阴暗隧道，摄像机跟着它。一个男中音说道：“解放双手的驾驶，自动泊车的汽车，由搜索引擎公司驾驶的无人驾驶汽车。”画外音单调、毫无生气、不祥。“我们看过那部电影，”声音说道。“它的结局是机器人从我们的身体中获取能量。”

谷歌仍然没有向记者（包括本文作者）透露太多有关其计划的信息，但自从被指控为现实版《黑客帝国》中的反派角色以来，该公司一直在努力接触潜在合作伙伴。谷歌的游说者已经与华盛顿的立法者进行了多次接触。谷歌的工程师们已经前往底特律和国外。谷歌的数据专家一直在与一些大型保险公司进行谈判。他们正在大举推进，明确行动方向。

道奇广告播出一年后，莱万多夫斯基作为 SAE 年度盛会的主讲人出现在底特律。他带着橄榄枝来到汽车城：这是他们数年深入研究的成果，供他们品尝，甚至亲自享用。他说，谷歌希望“让汽车行业的其他企业能够使用我们自己使用的所有基础模块”，然后列举了一些好东西——“Android 操作系统、搜索、语音、社交、地图、导航，甚至 Chauffeur”。他说，汽车制造商不应该从头开始重建整个操作系统，而应该专注于打造自己的用户体验。

没有人谈论交易的具体条款——与各个汽车公司的谈判都是闭门进行的——但如果谷歌打算免费提供软件，任何人都不会感到惊讶。对于汽车公司来说，实施这项技术的真正成本在于运行 Chauffeur 所需的专用外围设备：激光雷达。这个缩写代表光检测和测距，它的工作原理与雷达和声纳相同——但当今最先进的激光雷达要精确得多，每秒可产生多达 130 万人素。（体素就像一个像素，但代表的是空间中的点，而不是二维屏幕上的点。）将一百万左右的体素组合在一起，你就会得到一个点云：一个以 1:1 比例映射的 3D 模型，精确到厘米。但谷歌的激光雷达每台售价 7.5 万至 8.5 万美元，比自动驾驶汽车中所有其他部件（包括汽车本身）的总和还要贵。

谷歌使用的激光雷达是由一位名叫戴维·霍尔 (David Hall) 的工程师设计的。他的公司 Velodyne 制造了一种装置，该装置在一个通常以 600 rpm 转速旋转的炮塔中装有 64 根激光器，可以用 64 束独立的光束连续扫射地面。“对于自动驾驶汽车来说，我是唯一能用的东西，”霍尔说。

业内有传言称，福特正在认真考虑谷歌。霍尔证实，一家大型汽车制造商最近将他叫到总部，询问他能否制造下一代激光雷达——一种坚固耐用的标准化汽车部件。该公司想要一种可以隐藏的设计（可能在挡风玻璃后面），批发价不超过 1,000 美元，并且希望立即获得原型。如果福特喜欢它所看到的设计，它承诺在四年内购买一千台。

霍尔拒绝了这一提议。“如果你从风险投资的角度来看待这个问题，”他说，“这几乎是有史以来最愚蠢的想法。”霍尔相信，只要有足够的时间和资源，他就能设计出一款价值 1,000 美元的激光雷达装置，但何必费心呢？自动驾驶汽车还需要很多年才能上市，届时激光雷达的订单将达到数十万个。工程投资的回报在未来几十年可能都是负数。

这是一个典型的“先有鸡还是先有蛋”的难题：哪个会先来，是汽车公司 1 亿美元的激光雷达订单？还是 Velodyne 或其他供应商 1 亿美元的激光雷达工厂？一亿美元是一个随意的数字。关键是某个地方的某家公司需要进行大规模投资。但是谁呢？

值得赞扬的是，谷歌没有表现出任何让底特律放慢脚步的迹象。即使在结束了与制造商令人沮丧的谈判后，谷歌也没有偏离计划：自动驾驶汽车应该在五年内实现。从头开始设计一辆新车需要五年以上的时间。如果底特律现在开始围绕实际存在的零部件设计自动驾驶汽车，那么这项技术不可能在 2017 年之前进入展厅。莱万多夫斯基说，谷歌不是汽车制造商。它也不打算成为汽车制造商。那么计划是什么呢？

“我认为我们不需要等待 10 年才能推出下一款车型或车身样式，才能打造这项技术，”他告诉 SAE 的观众。“我期待售后市场能够播下种子，并开始被客户采用。”换句话说，谷歌认为新一代机器人驾驶者可能会开启这一进程。

谷歌没有再说什么，但由于最重要的激光雷达只有一个地方可以买到，我问大卫·霍尔他怎么想。霍尔考虑发布一款附加式自动驾驶系统；他甚至给出了价格：10 万美元。“这套系统适合像我爸爸这样的人，”他说。“他们现在开车技术不太好，但可以负担得起。”然而，如果不重新设计 Chauffeur 和与之配套的超高分辨率谷歌地图，霍尔认为这毫无意义。他想象着与潜在客户交谈。“你会怎么说，”他问道。“‘几乎和谷歌的一样好？’”

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另一场斗争是法律斗争。它也充满了两难境地。霍尔介绍了一份 PowerPoint 演示文稿，其中包含该汽车制造商对自动驾驶汽车技术的分析。“它大约有 20 页长，”他说，“最后 10 页是‘如果我们被起诉会发生什么？’？”在没有法律明确性的情况下，底特律不想开始制造自动驾驶汽车。而只有自动驾驶汽车测试法律后，法律才会明确。

土木工程师、律师、斯坦福法学院研究员布莱恩特·沃克·史密斯 (Bryant Walker Smith) 是现有法律如何适用于自动驾驶汽车的顶尖专家。他的书本长度的法律分析有超过 650 个脚注，但标题概括了这一情况：“自动驾驶汽车在美国可能是合法的。”很可能。

在史密斯的分析中，“司机”的法律概念可以追溯到 1950 年由美国国会批准的《日内瓦道路交通公约》的国际协议。当时，世界上许多司机仍然使用缰绳和鞭子，而不是车轮和踏板。他们驾驶着马队、山羊群、羊群。史密斯认为，动物是自主的。因此，在法律眼中，自动驾驶汽车可以说与马车相似。根据《日内瓦公约》，对司机（无论是动物还是汽车）的基本法律要求是相同的。司机必须拥有控制权。那么，谁来控制无人驾驶汽车呢？

对于现在载着莱万多夫斯基上班的自动驾驶汽车来说，答案（根据史密斯的说法）是合乎逻辑的：坐在驾驶座上的人。谷歌汽车如果没有驾驶座就无法工作，因为司机需要能够在 10 秒、20 秒甚至 30 秒内交还控制权。根据史密斯的分析，方向盘后面的人满足了控制权的法律要求——但这一理论尚未在法庭上得到检验。

即使无人驾驶汽车不违反国际条约，无数州法律也暗示驾驶员必须是人类。例如，纽约州的车辆法规规定，“任何人在机动车行驶时，必须至少有一只手，或对于肢体残疾的人，必须至少有一个假肢或转向装置辅助装置，否则不得操作机动车。”计算机没有手。这是个问题。在谷歌游说者的推动下，一些州希望走在时代的前列，已明确将无人驾驶汽车合法化。该原则将驾驶员身份分配给驾驶员座位上的人或激活无人驾驶功能的人。内华达州是第一个将这一原则纳入州法律的州：该州的车辆管理处甚至为无人驾驶汽车设计了特殊的车牌（车牌上有无穷大符号）。加利福尼亚州、佛罗里达州以及最近的哥伦比亚特区也纷纷效仿。

“不管法律怎么说，人们都会被起诉，”谷歌无人驾驶汽车项目主管厄姆森承认。但这并不意味着应该停止开发可能挽救生命的技术。“莱特兄弟制造第一架飞机时没有法律保护，”他说。“他们制造了飞机，然后走出去，社会最终意识到了它的价值。”

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汽车界最古老的笑话是关于油门踏板和方向盘之间的螺母松动。但在拉尔夫·纳德的《任何速度都不安全》引发安全工程革命 50 年后，人们终于开始认真对待这个笑话。现代汽车还有最后一个危险需要设计：人为失误，根据 NHTSA 的说法，这是 81% 的车祸“肯定”的原因。

在美国，汽车每年造成约 32,000 人死亡，2010 年，莱万多夫斯基的伴侣斯蒂芬妮·奥尔森是每年 220 万受伤者之一。当时她已怀孕 9 个月。“我儿子叫亚历克斯，亚历克斯差点就出生了，”莱万多夫斯基说。他认为是普锐斯汽车的安全功能挽救了亚历克斯的生命。但他沉思道，“那场车祸本不应该发生。”他说，技术应该可以防止粗心的司机造成伤害。

自动驾驶汽车的支持者们谈到，当人手离开方向盘时，就会开始形成一个良性循环。这不仅仅提高了安全性。计算机控制使汽车能够并排行驶，因此它们可以作为一个虚拟单元行驶。沃尔沃已经完善了一种简单的自动驾驶系统，称为“车队行驶”，该系统中的汽车可以自动跟随专业驾驶员。它使用的技术已经内置在如今销售的每一辆高端沃尔沃汽车中，再加上一个通信系统。NHSTA 即将宣布的车辆对车辆通信标准至少在理论上将使所有品牌和型号的汽车能够进行车队行驶。而激光雷达甚至可以消除对领头驾驶员的需求。

在我们自动驾驶的未来，不仅交通堵塞将成为过去，每个红绿灯也将变成绿色。2012 年的一项 IEEE 研究估计，广泛采用自动驾驶技术可以使高速公路的容量增加五倍，只需将交通挤得更紧密即可。德克萨斯大学奥斯汀分校的人工智能专家彼得·斯通 (Peter Stone) 认为，交叉的自动交通流将基本上相互流动，由一种新的道路基础设施——计算机化的交叉路口管理器控制。典型城市的平均行程时间将大大减少。“一旦你拥有了这些能力，”斯通说，“各种事情都成为可能：动态车道逆转、微收费以减少拥堵、自动软件代理随时与其他代理协商旅行路线以优化整个网络。”在我们自动驾驶的未来，不仅交通堵塞将成为过去，每个红绿灯也将变成绿色。

在沃尔沃的真实车队测试中，跟车行驶平均可节省 10% 到 15% 的燃油——但这也只是冰山一角。超级燃油效率之父 Wayne Gerdes 可以使用可融入自动驾驶软件的节油技术将汽车的额定效率提高近一倍。如果排除人为错误，效率还可以再次翻倍。沃尔沃的目标是在 2020 年后生产的车型中消除死亡率，其最新款汽车如果感觉到危险迫在眉睫，就会开始自动驾驶，要么转向回车道，要么预计会发生碰撞而刹车。随着时间的推移，虚拟保险杠可以逐渐取代橡胶和钢制保险杠，汽车制造商可以取消防滚架，从而通过减轻重量来提高燃油效率。美国环保署对汽车制造商提出了新的燃油效率要求：到 2025 年，全车队的平均燃油效率必须达到 54.5 英里/加仑；自主技术可以帮助他们更快地到达目的地。

NHTSA 定义了五个级别的自动驾驶汽车技术，其中零级没有任何功能。一级汽车包括标准安全功能，例如 ABS 制动、电子稳定控制和自适应巡航控制 (ACC)。二级汽车将车道居中和 ACC 等一级功能结合在一起，汽车开始自动驾驶。三级汽车拥有谷歌式的自动驾驶仪。四级汽车是终极目标 — — 可以在您醉酒时将您送回家，然后再去买一箱啤酒。NHTSA 已经要求每辆新车都配备一级技术。多家汽车制造商已经在测试跑道上拥有接近二级的系统，而梅赛德斯似乎是第一个将该系统推向市场的汽车。

梅赛德斯为 2014 款 S 级豪华轿车提供带转向辅助的 Distronic Plus 选配系统。通用汽车预计其超级巡航系统将于本世纪末推出。这两款车都使用雷达和计算机视觉相结合的方式，使车辆居中行驶并与前方车辆保持安全距离。但真正的工程挑战是确保驾驶员保持警惕。“在实际测试中会出现各种各样的问题，”自动驾驶顾问布拉德·坦普尔顿 (Brad Templeton) 表示，他曾与谷歌合作开展自动驾驶汽车项目两年。“人们开始做各种不该做的事情——比如在后座上翻找东西。这让每个人都很害怕。”

二级系统需要人类不断保持警惕和监督，以防鹿撞到路上等情况发生；汽车必须能够在没有任何警告的情况下交还控制权。但司机很容易走神。因此，工程师们开始设计对策。例如，梅赛德斯要求司机双手始终放在方向盘上。通用汽车发言人丹·弗洛雷斯说：“每个人都在寻找让司机保持专注的方法。随着汽车性能越来越强大，我们希望司机能够保持驾驶专业。”

支持者喜欢说，新款梅赛德斯需要双手握住方向盘才能转弯，这没有任何技术原因。问题在于，即使是最好的基于雷达和视觉的行人避让系统，也有 1% 或 2% 的时间无法发现孩子撞到马路上的情况。“显然，99% 还不够好；我们需要 99.99999，”邓普顿说。“人们似乎没有意识到，这两个数字之间的差异是巨大的。这不是百分之一的差异——而是数量级的差异。”

谷歌认为，老牌汽车制造商使用低成本雷达和摄像头组件永远无法充分弥补这一差距。它选择了一条不同的技术路径，即使用激光雷达完全超越二级。它相信，其三级系统将使汽车足够安全，让人们在开车上班时可以尽情享受。而且它不会止步于此。美国国家公路交通安全管理局前副局长罗恩·梅德福刚刚签约担任谷歌自动驾驶汽车项目安全总监。梅德福说：“谷歌的主要关注点和愿景是四级汽车。”

亚当·费舍尔在硅谷长大，现居湾区，他在那里撰写有关科技和旅游的文章。本文最初发表于 2013 年 10 月的《大众科学》杂志。