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潜精研思 前沿求索 打造智能网联汽车的中国方案

——记中国工程院新当选院士、清华大学车辆与运载学院教授李克强

●记者 田姬熔 学生记者 黄思南 摄影 李派

李克强院士

“您好!自动驾驶出租车为您服务!”曾经这是在科幻片中才会出现的场景,如今在北京亦庄,动动手指便可以通过手机轻松叫到一辆无需司机操作的自动驾驶出租车。

在亦庄北京经济技术开发区60平方公里的范围内,国内首个自动驾驶出行服务的商业化试点已正式开放,未来,人们将可以在超过700个站点打到自动驾驶功能的智能网联汽车。

从技术体系革新到开放道路示范,再到产业化落地应用,智能网联汽车中国方案发展的背后,凝聚着李克强和他的团队20多年来的探索与坚持。

他求真务实、勇于创新,投身汽车智能驾驶新型系统的研究与开发,让汽车智能化电动化融合重构成为可能;

他直面挑战、突破瓶颈,推动汽车高新技术的应用落地,使智能网联汽车产业转型升级不断前行;

他创新方法、凝聚共识,助力汽车强国“中国梦”早日实现,向世界贡献“中国方案”;

行胜于言的清华精神滋养着他,跨界协同,技术链不断延伸,教书育人,桃李满天下,佼佼者层出不穷。

从“第一志愿”到毕生事业,从清华学子到行业战略科学家,他始终追寻在筑梦的路上,沉潜刚克,奋发自强。

【对话李克强】

智能网联创新机遇,中国方案立足前沿

李克强院士在实验室

记者:您提出了“智能网联汽车”这一术语,请问“智能网联汽车”的具体定义是什么,它与“智能汽车”“自动驾驶汽车”“车联网”等概念有何联系与区别?

李克强:“智能网联汽车”,是“智能汽车”发展到新阶段的完整表达,是汽车与移动通信、人工智能、云计算等新一代电子信息技术相互结合、融合创新的重要载体。

对于各种概念间的关系,大家可以这样理解:自动驾驶汽车与智能汽车定义相同,是指在汽车上安装相关装置,可以部分或完全地替代人来完成汽车的驾驶操作——比如,摄像头、雷达替代了人的眼睛和耳朵去感知环境,中央控制器替代了人的大脑去进行思考决策,线控执行机构代替人的手和脚去控制加减速和转弯,从而实现汽车各种级别的自动驾驶;车联网,顾名思义就是在汽车行驶的过程中,实现车和车的联网、车和基础设施的联网、车和云平台的联网、车和其他移动端的联网,同时加上车内部本身的通信“网”,最终形成一张层层嵌套、环环相扣的动态移动通信系统网。某种意义上,智能网联汽车即是自动驾驶汽车(智能汽车)发展的新阶段,也是车联网的重要部分。当然,对于这类交叉领域相关的新技术和名词,不同的理解也有很多,以上是我们团队从专业技术角度的解读。

记者:您曾多次强调发展智能网联汽车的“本地化属性”,并积极推动智能网联汽车的“中国方案”,这一方案的中国特色具体体现在哪些方面?

李克强:是的,我们对智能网联汽车提出了一个“中国方案”,它具有两大特征。一是技术特征:智能网联汽车“车、路、云、网、图”融为一体,并能够实现协同感知决策控制技术功能,这是由我们在国际上首先提出来的。二是本地和社会属性特征:智能网联汽车是具有强社会属性和本地属性的产品,在中国落地时,必须要满足和适应我国的交通基础设施和信息与通信基础设施使用和管理要求,包括交通法规、信息通信标准、信息安全与数据管理、相关产品标准等。

记者:在您看来,智能网联汽车对于汽车行业是否具有变革性的意义?我国智能网联汽车发展的总体目标是什么?

李克强:正如前面讲的,智能网联汽车是汽车与新一代电子信息技术结合所形成的全新产物,它是我国三个万亿元级产业(汽车、电子通信、信息)技术融合创新的载体。智能网联汽车使得汽车不再仅仅具有简单的运载功能,它还是一个“移动的智能空间”,是一个移动的信息载体和处理单元。

同时,智能网联汽车技术的应用,为从安全、高效、节能、环保等多个角度解决交通事故、道路拥堵、能源消耗、环境污染等社会问题提供了创新途径。此外,智能网联汽车带来的跨产业融合,将扩展汽车产业链生态,产生新的商业模式、盈利模式,形成新的技术链和价值链。

因此,对于汽车行业而言,智能网联汽车第一改变了汽车的产品形态,第二改变了汽车的产品属性和使用模式,第三能够解决目前面临的诸多社会问题和环境问题,第四能够带来新的产业机遇和产业生态。无论是从产业进步的角度,还是社会进步的角度来看,智能网联汽车都具有重要价值和积极意义。

2020年初,国家发改委联合工信部、科技部等共11个部委,共同印发了《智能汽车创新发展战略》,其中展望了2035到2050年,中国标准智能汽车体系全面建成、更加完善。从总体目标来看,围绕中国标准、中国方案的智能汽车,首先要建立自主可控的技术创新体系,其次实现智能汽车的产业应用,带来产业变革,最终解决社会重大问题,为我国从汽车大国向汽车强国迈进做重要支撑。

示范应用引领变革,技术攻关稳步向前

李克强院士谈智能网联汽车

记者:放眼世界,我国智能网联汽车的发展处于一个什么样的水平?

李克强:当前智能网联汽车已经在我国得到了极大的重视和快速的发展,形成了产业发展共识和总体发展战略,同时正在启动一些重要的技术攻关和示范工程,处于快速稳步推进阶段,但对于它的发展水平,我们还是应该有一个客观的判断。

一方面,在产业基础技术方面,想要真正把智能网联汽车做好,关键新型传感器、控制器(含芯片和操作系统)、机电液一体化的基础执行机构等技术至关重要,而实事求是地说,目前这些技术我国与国际先进水平相比仍然存在着距离。我们需要正视这一差距,从理论分析、技术突破到产业攻关、集成应用,各个环节投入力量,开展大量细致的工作。

另一方面,我们也看到,智能网联汽车带来很多创新的可能,任何国家的从业人员都可以在该新系统的构型、架构、方法、技术上进行突破。针对这个创新机遇,我们提出了智能网联汽车的中国方案——“车路云一体化融合系统控制”的技术路线,在系统定义、系统构型、核心算法、产品开发模式上都与国际上现有方案存在不同,从这个角度来看,我国智能网联汽车发展具有自身的特色和先进性。

我想,只要我们能够坚持发扬自身优势,同时扎扎实实地把关键基础技术补起来,我对我国智能网联汽车达到国际先进水平是充满信心的。

记者:去年,由您作为技术负责人的全球首个网联云控式高级别自动驾驶示范区在北京亦庄启动,今年10月,北京市智能网联汽车政策先行区正式开放无人化测试场景,自动驾驶路测开启“主驾无人”时代。结合目前示范区的建设运行,您认为在我国智能网联汽车未来的研发、示范和大规模推广应用的过程中,有哪些值得关注的要点?

李克强:智能网联汽车发展具有新颖性、复杂性、系统性,在这样一种新技术产业化的过程中,第一要形成共识、形成标准,第二要对关键技术进行突破、攻关,第三要通过示范应用的检验,验证产品技术的正确性、产品性能的可靠性、产品解决社会问题的能力和社会的接受程度。北京亦庄经济技术开发区建设高级别自动驾驶示范区,将在指定区域内推进“网联云控式高级别自动驾驶”的先验先试工作,并已经具备条件开展商业化试点。商业化试点是自动驾驶应用场景落地的最终环节,进而形成产业闭环。亦庄示范区所取得的成果将能够为中国方案的智能网联汽车产业化提供强有力的支撑。

记者:您认为我国智能网联汽车进一步发展所面临的最大挑战是什么?

李克强:对于这个问题,首先还是从技术的角度来谈。我认为,最大的挑战是仍有一些关键核心技术问题尚未被解决。想要实现高度自动驾驶,使智能网联汽车在任何复杂情况下都能准确判断周围环境、做出正确决策和控制,仍然存在不少的技术难题。这就要求我们研究机构、企业技术承担者去正确辨识哪些是亟待突破的关键核心技术,然后潜下心来,去研究、去探索、去攻关、去实践。

同时,智能网联汽车技术还具有很强的社会属性和本地属性,所以我们在谈技术的同时,还需要考虑产品技术的社会协同性。它涉及到交通系统、交通法规、交通伦理等一系列问题,这些都需要与技术的发展和应用相互适配、共同更新进步。

自强不息建设强国,水清木华传承育人

李克强院士与团队部分师生

记者:智能网联汽车是目前汽车行业非常热门的研究发展方向,哪些因素使您的团队在众多研究者中脱颖而出,提出并建立了智能网联汽车“中国方案”的技术体系?

李克强:我想,一方面在于我们清华大学车辆与运载学院智能网联汽车学科团队在汽车复杂系统动力学和控制领域长期开展研究,对于智能网联汽车系统架构、复杂系统建模、动态分析和运动控制方面有着很好的基础。

而另一个很重要的因素,是清华对于跨学科协同创新的支持。智能网联汽车是跨界融合的产物,涉及车辆、交通、信息、电子、软件、法学等各个领域,在学校的支持下,我们成立了清华大学智能网联汽车与交通研究中心,挂靠车辆与运载学院,共建院系包括自动化系、土水学院、计算机系、工业工程系、电子系、航院、精仪系、机械系和软件学院。从技术发展和产业需求出发,我们开展了一系列实质性跨领域学术研究和技术合作,取得了很好的成果,为我们提出并建立智能网联汽车“中国方案”的技术体系提供了强有力的支撑。

记者:请介绍一下您的科研经历,如果将您的科研经历分为不同的阶段,您会如何划分?

李克强:我是1980年考入清华的,当时为适应中国汽车工业的发展形势,学校在热能工程系的汽车和内燃机两个专业的基础上,组建了汽车工程系,我的第一志愿就是汽车专业,因此成为了清华汽车工程系的第一届本科生。在清华,我建立起了良好的学习习惯和扎实的数学、力学基础,本科阶段通过相关课程学习和毕业设计训练得到的知识及能力培养,为我后来从事智能网联汽车系统动态设计与控制方向科研打下了坚实的基础。在“三观”塑造上,清华“自强不息,厚德载物”的校训和“又红又专,全面发展”的理念,一直激励着我积极进取、克服困难,努力成为一个有益于国家社会发展的可造之才。我初入这一领域的时候,我国汽车工业还非常落后,一说起先进技术都是国外的,倍感压力。我亲身经历了这些年中国汽车工业由小变大、并正在由弱变强的过程,而在走向汽车强国的路上,那种从入学起便油然而生的责任感和使命感,我始终没有忘记。

1985年本科毕业后,我去了重庆大学完成硕士和博士阶段的学习,1992年前往日本,在那里断断续续待了五年多,从事汽车结构动态分析与主动控制技术研究,并开始涉足那时在国外汽车行业也才刚刚起步的自动驾驶汽车相关研究,这些经历使我在理论分析、实践应用以及汽车电控系统软硬件技术研发等方面都有了很好的历练。

2000年末,我重回母校就职,又开始了我在国内汽车领域的人才培养和智能网联汽车的科技研发。我带领团队主要完成了三项成果:首先研发出了多目标协同控制的汽车智能安全驾驶系统,可以同时实现安全、节能、舒适三个目标协同的单车单系统,打破了国外长期技术垄断,并在与国外零部件巨头的竞标中胜出,在汽车上的前装配套数量超过100万套;在此基础上,我们创新性地提出了面向单车多系统的结构共用架构,并研发出了基于结构共用的汽车智能集成驾驶系统,实现了汽车智能化和电动化的一体化构型,研发出的智能集成驾驶系统产品,具有综合性能高、成本低的优势,还实现了出口德、法、英等国家;最后,针对单车自动驾驶存在瓶颈问题,我们另辟蹊径,创建了车路云融合的智能网联驾驶系统,这是一套复杂的多车多系统,突破了其中的关键核心技术,并在国际上率先实现中国方案智能网联汽车的产业化应用。这三代智能驾驶系统的控制对象数量越来越多,控制范围越来越大,控制难度越来越高,系统结构也越来越复杂,但都始终围绕着一个目标:就是让汽车行驶得更安全、更节能、更舒适、更高效,这是我们汽车工业发展的永恒主题。

回顾我的科研经历,我想应该可以分成三个阶段。第一个阶段就是通过学习他人的方法和成果开展科研,第二个阶段是通过学习摸索、探寻创新方向,根据技术发展、产业亟需,主动思考、提炼问题、开展研究,第三个阶段是在积累了大量研究经验后,将国际前沿技术与国家产业重大需求相结合,提出新的研究对象和技术体系,并将研究成果应用于产业实际,引领产业发展。我想这是一个有志于从事科研的工作者的必然过程,对于实验室里的研究生同学,我也是按这个思路去培养的。

记者:对于想要进入汽车学科学习研究的学生或年轻学者,您是否有一些嘱托或者希望?

李克强:回到清华后,我曾担任过汽车系的系主任,在那段时间里,我常常思考一个问题“在中国从汽车大国到汽车强国的发展过程中,我们大学能够做什么?”,并深深感受到我们汽车工程系坚持“理论与实践、工程与科学、技术与管理”相结合的人才培养理念是很有必要的。车辆工程是一个交叉性和系统性极强的典型学科,兼具基础性、前沿性和挑战性,它既是传统的,也是现代的,既强调技术基础,也强调直接为社会的服务应用,是非常具有魅力的学科专业。

我们的汽车工业是国家重要的战略性、先导性支柱产业,正经历颠覆性技术创新和产业变革,在这样的情况下,年轻的学子和从业者既可以学习到先进的专业知识、得到综合能力的培养,又能够直接参与到这一充满机遇的变革中,为国家、社会做出自己的贡献。我相信我们的年轻人不会后悔选择这样一个有很强产业背景和发展机遇的专业领域。

人物档案:

李克强,清华大学车辆与运载学院教授,1963年生于四川省资阳市,1985年本科毕业于清华大学汽车工程系,1995年获重庆大学机械工程博士学位,曾在国外研究机构和企业工作近6年。现任汽车安全与节能国家重点实验室主任、国家智能网联汽车创新中心首席科学家。长期致力于汽车智能驾驶系统动态设计与控制的理论研究和技术开发,针对汽车智能化技术演进及其产业化发展的重大需求,攻克了“控制协同、结构共用、车云融合”三大核心关键技术,先后主持研制“智能安全驾驶”“智能集成驾驶”“智能网联驾驶”三代系统装置,并实现产业化应用,为我国智能汽车系统核心技术突破和产业化做出重要贡献。获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、中国汽车工业科学技术进步特等奖1项,授权国内外发明专利70余项,发表高水平论文200余篇,出版学术专著3部。2021年当选为中国工程院院士。

(清华新闻网12月24日电)

编辑:田姬熔 陈晓艳

审核:吕婷


2021年12月24日 14:18:26

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