李克強(qiáng)回清華從事智能汽車研發(fā)的經(jīng)歷
1985年我本科畢業(yè)后去了重慶大學(xué)，在何渝生、梁錫昌兩位老師指導(dǎo)下完成了碩士和博士生階段的學(xué)習(xí)。其中碩士論文工作是在國(guó)家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目支持下完成的“汽車微機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析系統(tǒng)”，我在通用微機(jī)上增加A/D轉(zhuǎn)換器和FFT處理器，并在模態(tài)理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上，開發(fā)完成了數(shù)據(jù)采集、頻譜分析、系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)辨識(shí)、靈敏度分析及動(dòng)畫顯示全套功能軟件，實(shí)現(xiàn)了汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。當(dāng)時(shí)的軟件編程是基于匯編語言和在DOS環(huán)境下的BASIC語言等，所開發(fā)的系統(tǒng)可替代昂貴的進(jìn)口模態(tài)分析專用計(jì)算機(jī)，我作為第二完成人所取得的成果曾在1988年中央電視臺(tái)的新聞節(jié)目中被報(bào)道。我的博士論文“汽車車內(nèi)噪聲特性研究”是基于我1992-1994年在日本五十鈴汽車公司車身技術(shù)中心兩年從事汽車結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析與控制工作而完成的，我提出了一種車身結(jié)構(gòu)振聲靈敏度實(shí)驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)新方法，可降低因車身結(jié)構(gòu)及車內(nèi)聲場(chǎng)耦合系統(tǒng)非線性帶來的誤差，使測(cè)試誤差從原方法的23%降低到7%。該成果被日本同行評(píng)價(jià)為“在日本汽車技術(shù)領(lǐng)域也屬最高水平”，并被日本汽車技術(shù)權(quán)威專著《自動(dòng)車振動(dòng)噪聲低減技術(shù)》收錄。1997年我第二次去日本，在那里又待了三年多，先后在東京農(nóng)工大學(xué)和運(yùn)輸省交通安全與環(huán)境研究所從事汽車結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制技術(shù)研究，并開始涉足那時(shí)在國(guó)外汽車行業(yè)剛剛起步的智能汽車相關(guān)研究，包括汽車的運(yùn)動(dòng)控制和自適應(yīng)巡航控制（ACC）性能分析和評(píng)價(jià)，相關(guān)成果被當(dāng)年的《日本自動(dòng)車技術(shù)》年鑒介紹。通過上述研究工作，我在汽車動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和控制領(lǐng)域，從理論分析到實(shí)踐應(yīng)用、計(jì)算機(jī)軟硬件應(yīng)用等方面，有了很好的歷練，為我此后回清華從事智能汽車研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2000年在連小珉和夏群生老師的推薦和幫助下，我申請(qǐng)獲得了清華大學(xué)“百人計(jì)劃特聘教授”資格，時(shí)隔15年又回到母校，開始了汽車領(lǐng)域人才培養(yǎng)和智能汽車科技研發(fā)的歷程。剛回來時(shí)，國(guó)內(nèi)汽車界對(duì)智能汽車的研究尚屬起步階段，不像今天已成為研究的熱點(diǎn)。我很幸運(yùn)，能利用學(xué)校百人計(jì)劃200萬元的資助（在2000年時(shí)是相當(dāng)大的一筆科研經(jīng)費(fèi)），很快搭建了包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、dSPACE控制系統(tǒng)及電控液壓裝置等在內(nèi)的智能汽車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)，聯(lián)合一汽、二汽等企業(yè)通過激烈競(jìng)爭(zhēng)，我牽頭申請(qǐng)到了“十五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“智能交通系統(tǒng)技術(shù)及示范應(yīng)用”中唯一與智能汽車相關(guān)的項(xiàng)目——“汽車安全輔助裝置開發(fā)”。這些使我在清華開展智能汽車領(lǐng)域的研究有了一個(gè)好的開端。我和我的團(tuán)隊(duì)聚焦在智能汽車“系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與控制”的研究方向，以提升汽車交通的安全與節(jié)能為研究應(yīng)用目標(biāo)，通過20年來持續(xù)承擔(dān)國(guó)家項(xiàng)目（863、973、重點(diǎn)科技計(jì)劃、國(guó)家自然基金等）及開展國(guó)際合作研究（與戴姆勒、豐田、通用、英特爾、斯坦福、東京大學(xué)等國(guó)際知名企業(yè)及高校），建立了“結(jié)構(gòu)共用、控制協(xié)同”的汽車智能安全與節(jié)能技術(shù)體系，并取得了三項(xiàng)主要成果。
（2）發(fā)明了汽車多目標(biāo)協(xié)同的智能安全控制方法及技術(shù)，研制出控制協(xié)同型汽車智能安全系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。汽車智能安全系統(tǒng)是現(xiàn)階段可實(shí)用化的智能汽車產(chǎn)品，然而我們研發(fā)該類系統(tǒng)面臨兩大難題：一方面，我國(guó)道路交通場(chǎng)景復(fù)雜，現(xiàn)有民用低成本感知技術(shù)難以適應(yīng)；另一方面，安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往忽略駕駛?cè)肆?xí)慣和節(jié)能需求，導(dǎo)致系統(tǒng)多性能目標(biāo)協(xié)調(diào)不足，用戶接受度低。針對(duì)汽車智能安全系統(tǒng)的協(xié)同控制，我們提出了適用于我國(guó)復(fù)雜道路交通工況的協(xié)同感知與控制方法，通過發(fā)明異構(gòu)多源傳感器（毫米波雷達(dá)＋攝像頭＋超聲波雷達(dá)）多特征分級(jí)融合的交通環(huán)境實(shí)時(shí)感知方法，突破了復(fù)雜交通環(huán)境下場(chǎng)景動(dòng)態(tài)多變的制約，使車輛和車道線的識(shí)別準(zhǔn)確率同時(shí)得到提升，行人和自行車的聯(lián)合識(shí)別率比現(xiàn)行國(guó)際主流方法有顯著改善。我們還提出了行車過程中安全、節(jié)能和舒適三目標(biāo)協(xié)同的滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化控制方法，通過自適應(yīng)駕駛?cè)诵袨樘匦裕朔Ｐ蛥?shù)固化和控制目標(biāo)單一的技術(shù)缺陷，在保障節(jié)能、舒適的同時(shí)提升了跟車安全裕度。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了汽車智能安全系統(tǒng)的集成匹配技術(shù)，包括：基于道路環(huán)境形態(tài)連續(xù)性的多傳感器動(dòng)態(tài)自校正技術(shù)，可解決因行駛過程中車身振動(dòng)扭曲而導(dǎo)致傳感器位置標(biāo)定失效的難題；依據(jù)駕駛?cè)瞬僮饕鈭D實(shí)現(xiàn)人工與自動(dòng)控制模式的柔性切換技術(shù)，開發(fā)出雙模式電子節(jié)氣門和電控輔助制動(dòng)裝置，可解決智能安全系統(tǒng)產(chǎn)品類型多、集成難且人機(jī)交互性差的問題。我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車智能安全輔助系統(tǒng)產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)了向高科技企業(yè)的轉(zhuǎn)移，在各類汽車上的前裝配套數(shù)量已超過100萬套，專利轉(zhuǎn)讓收益超2000萬元，獲得了2013年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
（3）開發(fā)出智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車云融合控制系統(tǒng)，突破了云控多車系統(tǒng)的分層重構(gòu)建模、分布式優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的云控示范應(yīng)用。在完成前面兩項(xiàng)智能汽車駕駛輔助技術(shù)的基礎(chǔ)上，我們還開展了基于多車協(xié)同的智能汽車技術(shù)的研究。由于多車系統(tǒng)存在著信息層／物理層動(dòng)態(tài)耦合、平面車群時(shí)空沖突等難題，因此多車系統(tǒng)建模、協(xié)同融合控制與融合優(yōu)化計(jì)算等核心技術(shù)亟待攻克。為此，提出了云控多車系統(tǒng)的分層重構(gòu)建模與融合控制方法，建立了集車輛動(dòng)力學(xué)、分布式控制器、通信拓?fù)浜途庩?duì)構(gòu)型于一體的“云—管—車”多元分層重構(gòu)模型，并實(shí)現(xiàn)了云控多車系統(tǒng)信息層與物理層不確定性的等效置換解耦。針對(duì)多車的融合控制，提出了分布式多目標(biāo)模型預(yù)測(cè)控制及多車隊(duì)列系統(tǒng)終端穩(wěn)定性技術(shù)，突破了大規(guī)模車群下行駛安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的協(xié)同局限。針對(duì)大規(guī)模互拓?fù)湎碌脑瓶叵到y(tǒng)算力不足的問題，提出了車群運(yùn)動(dòng)軌跡的時(shí)空重組并行優(yōu)化技術(shù)，將計(jì)算復(fù)雜度從平方級(jí)縮減為線性級(jí)，大幅提高了云控平臺(tái)的計(jì)算效率。所研制的包含路側(cè)單元、車載單元、融合感知與融合控制功能的云控平臺(tái)，已落地上海、長(zhǎng)沙等城市，實(shí)現(xiàn)了開放道路上云控協(xié)同感知與控制典型場(chǎng)景的示范應(yīng)用。
在從事智能汽車領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作過程中，我有以下幾點(diǎn)感悟和認(rèn)識(shí)。
１）要厘清概念，明確定位。汽車智能化是跨產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重大變革性技術(shù)，引發(fā)了世界各國(guó)激烈角逐，是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。由于其技術(shù)快速迭代且系統(tǒng)復(fù)雜交叉，對(duì)智能汽車涉及的許多概念尚未厘清，很多理解是過時(shí)的或片面的，諸如：自動(dòng)駕駛（automated driving）、自主式自動(dòng)駕駛（autonomous driving）、網(wǎng)聯(lián)汽車（connected vehicle）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車（C/ICV）等，它們可統(tǒng)稱智能汽車，但各自的定義是不同的。其中智能網(wǎng)聯(lián)汽車及其英文縮寫ICV（Intelligent & Connected Vehicles）是由我們團(tuán)隊(duì)提出的，與國(guó)外提出的C（Connected & Automated Vehicles）概念相同，它是基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)與自動(dòng)駕駛汽車相結(jié)合的新一代的智能汽車，是信息物理融合系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical Systems）在汽車交通系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，是一種不同于單車智能的新型產(chǎn)品形態(tài)。而智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)是由單項(xiàng)技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)組成的，單項(xiàng)技術(shù)包括感知、決策、通信、定位等。而以我們汽車工程為基礎(chǔ)的系統(tǒng)技術(shù)包括系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與控制、系統(tǒng)集成與評(píng)價(jià)，其中系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與控制，涉及：系統(tǒng)構(gòu)型、系統(tǒng)建模、動(dòng)態(tài)分析和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面，是實(shí)現(xiàn)汽車智能化的關(guān)鍵。因此，我們的科研定位應(yīng)在了解智能汽車相關(guān)單項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，聚焦于智能汽車系統(tǒng)技術(shù)。同樣，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)代，我們車輛工程人才培養(yǎng)應(yīng)有定力，車輛工程專業(yè)知識(shí)根本不可能被信息技術(shù)知識(shí)替代，我們既要增加一些相關(guān)的ICT新知識(shí)（移動(dòng)互聯(lián)、AI等），也要完善汽車系統(tǒng)技術(shù)的知識(shí)架構(gòu)，以適應(yīng)智能化網(wǎng)聯(lián)化的變革和社會(huì)的需求。
２）面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)，要勇于創(chuàng)新。智能網(wǎng)聯(lián)汽車是全球汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展方向和戰(zhàn)略制高點(diǎn)，它在我國(guó)的發(fā)展面臨重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，新一代信息通信技術(shù)與汽車相結(jié)合，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生革命，為中國(guó)自主汽車產(chǎn)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)以及發(fā)展適合國(guó)情的產(chǎn)業(yè)模式提供了重大機(jī)遇。另一方面，智能汽車涉及高新技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及社會(huì)發(fā)展的諸多方面，已形成國(guó)家間的競(jìng)爭(zhēng)，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心“卡脖子”技術(shù)環(huán)節(jié)存在缺失會(huì)威脅產(chǎn)業(yè)安全，因此相關(guān)重要技術(shù)亟待突破。由于智能網(wǎng)聯(lián)汽車是一典型的信息物理融合系統(tǒng)（CPS），可以至少?gòu)膬蓚€(gè)領(lǐng)域開展創(chuàng)新性的研究和突破：一是以智能汽車為基礎(chǔ)的信息物理系統(tǒng)（CPS）的構(gòu)型；二是在CPS架構(gòu)下智能汽車的系統(tǒng)重構(gòu)。在上述兩個(gè)領(lǐng)域，我們團(tuán)隊(duì)一直在努力探索，包括提出的“結(jié)構(gòu)共用智能汽車系統(tǒng)新架構(gòu)”“擬人化智能汽車多目標(biāo)協(xié)同控制”“車云融合智能網(wǎng)聯(lián)云控系統(tǒng)”，以及提出的“智能汽車網(wǎng)聯(lián)分級(jí)”、智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代汽車產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)——介于1級(jí)供應(yīng)商和2級(jí)供應(yīng)商之間的基礎(chǔ)平臺(tái)級(jí)供應(yīng)商等新概念。我提出了基礎(chǔ)平臺(tái)級(jí)的供應(yīng)商可稱之為1.5級(jí)供應(yīng)商，它們將生產(chǎn)出計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)、車載終端基礎(chǔ)平臺(tái)、云控基礎(chǔ)平臺(tái)、動(dòng)態(tài)高精度地圖基礎(chǔ)平臺(tái)和信息安全基礎(chǔ)平臺(tái)這五大新型零部件總成，提供給1級(jí)供應(yīng)商或主機(jī)廠由后者去完成最終的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品。
３）堅(jiān)持“理論創(chuàng)新?技術(shù)突破?成果轉(zhuǎn)化”“三位一體”的科研模式。在大學(xué)從事科研有不同的模式，美國(guó)的哈佛大學(xué)是以理論為特色的科研，麻省理工是做“理論?技術(shù)”相結(jié)合的科研，而斯坦福大學(xué)是“理論?技術(shù)?產(chǎn)品”“三位一體”的科研模式，我認(rèn)為，我們車輛工程學(xué)科的科研模式，特別是對(duì)智能汽車的研究，最宜采用“三位一體”模式。以色列希伯來大學(xué)的Amnon Shashua教授團(tuán)隊(duì)就是一個(gè)基于“理論—技術(shù)—產(chǎn)品”“三位一體”科技創(chuàng)新模式的成功案例。Shashua教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了Mobileye公司，經(jīng)過十余年理論研究、技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化工作，將科研成果迅速向高新技術(shù)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，其基于圖像技術(shù)的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品已占領(lǐng)了全球自動(dòng)駕駛相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)，超越Bosch等國(guó)際一流傳統(tǒng)汽車零部件供應(yīng)商的同類產(chǎn)品，獲得了產(chǎn)業(yè)界的高度認(rèn)可，2017年該公司以153億美金被美國(guó)英特爾公司收購(gòu)，證明了在智能汽車技術(shù)變革時(shí)期，基于“理論—技術(shù)—產(chǎn)品”的科技創(chuàng)新模式非常成功。我在擔(dān)任汽車工程系系主任期間，對(duì)于本系的科研工作定位就主張實(shí)行“三位一體”的發(fā)展模式。我積極推動(dòng)建立了聚焦科技成果轉(zhuǎn)化的清華大學(xué)蘇州汽車研究院，與校內(nèi)的汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室形成整體研究體系。我的課題組在智能汽車科研方面，也按此模式開展相關(guān)工作。課題組老師和研究生，主要開展智能汽車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與控制方面的理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，在復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、智能決策與控制方向的理論研究和技術(shù)突破方面取得了一系列成果；同時(shí)我們支持畢業(yè)的學(xué)生出去創(chuàng)業(yè)，他們已經(jīng)先后建立了蘇州智華、北京智行者、清智科技、啟迪云控等在行業(yè)里具有影響力的高科技公司，這些企業(yè)也反過來支持著我們課題組的人才培養(yǎng)和科研發(fā)展。
４）跨界融合，團(tuán)隊(duì)合作。智能網(wǎng)聯(lián)汽車由三大部分組成：新一代信息通信技術(shù)、汽車系統(tǒng)技術(shù)、將兩者融合于一體的集成技術(shù)，若要真正意義上實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)功能，三者缺一不可。而其中的兩者融合一體化系統(tǒng)，是智能汽車的核心關(guān)鍵，其技術(shù)的定義和研究開發(fā)模式也與現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)不同。需要實(shí)現(xiàn)跨界協(xié)同、融合創(chuàng)新，加強(qiáng)汽車、交通、信息通信、人工智能等領(lǐng)域骨干企業(yè)的相互合作，補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)，提升智能汽車創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈。我作為首席科學(xué)家參與組建的國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心，通過政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合、跨界協(xié)同的模式，堅(jiān)持“智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)亟需的前沿基礎(chǔ)、共叉技術(shù)提供、技術(shù)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散、首次商業(yè)化應(yīng)用支撐”的發(fā)展定位，聯(lián)合車企、ICT（信息通信技術(shù)）企業(yè)等不同產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的單位，建立行業(yè)亟需的“中國(guó)方案”的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)體系架構(gòu)、統(tǒng)一規(guī)范和協(xié)同機(jī)制下的自動(dòng)駕駛場(chǎng)景庫(kù)以及相關(guān)基礎(chǔ)平臺(tái)等，加強(qiáng)了技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新。由于智能汽車的系統(tǒng)復(fù)雜性，團(tuán)隊(duì)合作和年輕人才的培養(yǎng)也尤其重要。這些年來，我在帶團(tuán)隊(duì)時(shí)，重視團(tuán)隊(duì)合作承擔(dān)重大課題，同時(shí)也注重年輕人的進(jìn)步和成長(zhǎng)，先后培養(yǎng)博士后和博士生50余人，其中王建強(qiáng)獲長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、萬人計(jì)劃領(lǐng)軍人才等支持，羅禹貢獲中國(guó)汽車工業(yè)優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)和茅以升北京青年科技獎(jiǎng)，李升波獲青年長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、國(guó)家青年優(yōu)秀基金的支持，他們都已成為智能汽車研究領(lǐng)域的佼佼者。
我回到清華20年來，在我們團(tuán)隊(duì)各位老師和同學(xué)的共同努力下，獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)２項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)１項(xiàng)，授權(quán)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利80余項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI論文200余篇，獲國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議最佳論文獎(jiǎng)4項(xiàng)，出版專著1部、譯著2部。我還獲得了教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授稱號(hào)，以及首屆全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)先獎(jiǎng)。在為行業(yè)服務(wù)方面，我擔(dān)任了工信部車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)專家組組長(zhǎng)、中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟專家委員會(huì)主任和國(guó)家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心首席科學(xué)家，并主筆完成了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖》等重要報(bào)告。回顧這些年的工作經(jīng)歷，很感恩學(xué)校和汽車工程系對(duì)我的支持和幫助。清華“自強(qiáng)不息，厚德載物”“行勝于言”的文化，清華師生嚴(yán)謹(jǐn)勤奮、積極向上的作風(fēng)，深深地影響和鼓舞著我，使我在工作中努力做到追求卓越、不斷進(jìn)步。
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