“自動(dòng)駕駛的熱潮依然在進(jìn)行，科技永遠(yuǎn)向前。”
前言
此文主要是面向?qū)ψ詣?dòng)駕駛汽車領(lǐng)域感興趣的各位，本人作為汽車HMI從業(yè)人員，介紹并探討了當(dāng)前自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)及對(duì)本人對(duì)未來的暢想。
Part 1? 關(guān)于自動(dòng)駕駛
1> 技術(shù)的革新史
人類從18世紀(jì)50年代以機(jī)械化、蒸汽化為代表的機(jī)器時(shí)代過渡到19世紀(jì)70年代以大規(guī)模生產(chǎn)、電力為代表的電氣化時(shí)代，再到20世紀(jì)50年代至今以計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化為代表的數(shù)字化時(shí)代。從近代開始，人類每隔百年左右就會(huì)有新的技術(shù)引發(fā)時(shí)代變革，而全新的技術(shù)使得社會(huì)效率得到巨大提升。
如今，我們正在建立多維度的智能技術(shù)體系，以大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)和海量計(jì)算為依托，通過核心的智能感知、分析等將計(jì)算、通信、控制融合并協(xié)同起來，使得很多領(lǐng)域包括人工智能、IoT、5G等實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車成為了可能。
2>?何為自動(dòng)駕駛
在了解自動(dòng)駕駛技術(shù)之前，我們首先要知道自動(dòng)駕駛的定義：
SAE International（國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)）依據(jù)從駕駛輔助至完全自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)布的對(duì)自動(dòng)駕駛等級(jí)的定義，包含了L0-L5共六種等級(jí)。L0代表沒有自動(dòng)駕駛加入的傳統(tǒng)人類駕駛，L1-L5則隨自動(dòng)駕駛的技術(shù)配置和成熟程度進(jìn)行了分級(jí)。L1-L5分別為輔助駕駛、部分自動(dòng)駕駛、條件自動(dòng)駕駛、高度自動(dòng)駕駛、完全自動(dòng)駕駛。區(qū)分了駕駛的參與者：用戶、駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)以及其他車輛系統(tǒng)和組件。
SAE International定義的自動(dòng)駕駛等級(jí)主要依據(jù)Operational Design Domain(以下簡(jiǎn)稱ODD）和Dynamic Driving Task（以下簡(jiǎn)稱DDT），分別代表設(shè)計(jì)適用范圍和動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)。
ODD: 指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)被設(shè)計(jì)起作用的條件及適用范圍，把已知的天氣環(huán)境、道路情況（直路、彎路的半徑）、車速車流量等信息做出測(cè)定，以確保系統(tǒng)的能力在安全的環(huán)境之內(nèi)。
DDT：指汽車在道路上行駛所需的所有實(shí)時(shí)操作和策略上的功能（決策類的行為），不包括行程安排、目的地和途徑地的選擇等戰(zhàn)略上的功能
關(guān)于自動(dòng)駕駛安全的問題，如果根據(jù)SAE International的規(guī)定，自動(dòng)駕駛汽車只需要在限定的ODD內(nèi)實(shí)現(xiàn)DDT的任務(wù)就可以稱為狹義的自動(dòng)駕駛汽車，所以脫離車輛所規(guī)定的ODD講自動(dòng)駕駛汽車安全都是在“耍流氓”。
上面這張表格表述了自動(dòng)駕駛?cè)齻€(gè)階段的定義和限定要求，是由人類駕駛過渡到自動(dòng)駕駛的過程，主要圍繞三個(gè)關(guān)鍵詞“容忍度”“決策”“責(zé)任歸屬”進(jìn)行分級(jí)。
如今很多量產(chǎn)車都到達(dá)了L2階段，L3還寥寥無幾，雖然目前很多公司（Google、Waymo等）打算跨過L3直接進(jìn)入L4階段，但筆者認(rèn)為L(zhǎng)3是前往全自動(dòng)駕駛的一個(gè)必然經(jīng)歷的過渡階段，此階段的人機(jī)交互將為以后進(jìn)入全自動(dòng)駕駛階段提供重要的真實(shí)道路數(shù)據(jù)支撐（用戶信任機(jī)器的過程）。
下面兩個(gè)視頻闡述了L3級(jí)與L4級(jí)自動(dòng)駕駛的區(qū)別：
Part 2??自動(dòng)駕駛需要哪些技術(shù)
如果要實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛，我們需要哪些技術(shù)的支撐呢？
就像人類需要眼睛去看清道路一樣，汽車也需要看清前方道路才能做出判斷，這就涉及到了對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車很重要的“車輛感知”的部分，通過傳感器和ADAS的配合可以讓車輛“看清前方道路”，這也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的第一步。
-車輛感知-
1> Vehicle Sensor（車輛傳感器）
目前行業(yè)內(nèi)主要通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、視覺攝像頭四類設(shè)備搭配使用，使得車輛具有感知世界的功能。
? -激光雷達(dá)（laser scanner）：相對(duì)測(cè)量精度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)且成本偏高。
? -毫米波雷達(dá)（millimeter-wave radar ）：相對(duì)測(cè)量精度高，探測(cè)距離遠(yuǎn)，但是相對(duì)于激光雷達(dá)探測(cè)角度小。
? -超聲波雷達(dá)（ultra sensor）：低成本，但是探測(cè)距離近，精度低。
? -視覺攝像頭（camera）：低成本，可識(shí)別文字，顏色，圖案，但是容易遮擋，強(qiáng)光和黑夜無法有效觀測(cè)。
當(dāng)車輛有了感知的能力，就需要這些其強(qiáng)大的能力發(fā)揮他們的作用，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。
2> ADAS (高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng))
通過安裝在車輛上各種各樣的傳感器收集數(shù)據(jù)，并結(jié)合地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，預(yù)先為駕駛者判斷可能發(fā)生的危險(xiǎn)，保證行車的安全性。通過感知、判斷、執(zhí)行三個(gè)步驟達(dá)到輔助駕駛的功能。
-感知：各類傳感器檢測(cè)汽車狀態(tài)的變量，收集數(shù)據(jù)。
-判斷：算法依靠各類傳感器數(shù)據(jù)做出是否安全的決策。
-執(zhí)行：通過聲音、圖像、振動(dòng)等方式對(duì)駕駛者進(jìn)行警示，當(dāng)與電子控制功能結(jié)合后，車輛可自我修正。
當(dāng)車輛可以“看清”前方時(shí)，在規(guī)定的ODD內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，但是如果只是通過車輛傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，無法解決視距短的問題，想象一下十字路口遇到突然沖出來的車輛，車輛傳感器受到建筑物阻擋，無法及時(shí)判斷，很容易引起事故，此時(shí)就需要車輛互聯(lián)和數(shù)據(jù)互通的通信技術(shù)提前預(yù)知危險(xiǎn)，避免事故隱患。
-通信技術(shù)-
1>?V2X智聯(lián)網(wǎng)
V2X即Vehicle-to-Everything，車輛與一切可能影響車輛的實(shí)體實(shí)現(xiàn)信息交互，達(dá)到減少事故發(fā)生，減緩交通擁堵，降低環(huán)境污染并且可以提供其他相關(guān)的信息服務(wù)。
V2X的兩個(gè)發(fā)展階段：
從DSRC（Dedicated short range communication）到C-V2X（Cellular V2X）。
?- DSRC：即專用短距離通信技術(shù)，通過車輛的車載單元（OBU）和道路基礎(chǔ)設(shè)施的路邊單元（RSU）組成，聯(lián)網(wǎng)的汽車直接與接收器形成通信信道，更好的監(jiān)測(cè)交通。
?- C-V2X：即是用蜂窩通信技術(shù)的V2X，通過蜂窩電話基站技術(shù)鏈接生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的所有車輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施、行人和網(wǎng)絡(luò)。
從以前的DSRC技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在C-V2X技術(shù)，正在逐步往能力更強(qiáng)，范圍更大，應(yīng)用領(lǐng)域更廣的趨勢(shì)發(fā)展，目前主流蜂窩技術(shù)是4G LTE通信技術(shù)，速率低、網(wǎng)絡(luò)延遲依然是最大的問題，5G通信技術(shù)的到來將全面解決這個(gè)問題。
2>?5G通信
5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5thgeneration mobile networks）是目前（2019年）最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，是4G（LTE-A，WiMAX-A）、3G（UMTS）和2G（GSM）技術(shù)的延伸。
1G時(shí)代：模擬信號(hào)，小時(shí)候看到的港片里的大哥大就是模擬信號(hào)的產(chǎn)物；
2G時(shí)代：開始進(jìn)入數(shù)字化通信時(shí)代，此時(shí)手機(jī)可以上網(wǎng)，文字信息的傳輸開始了；
3G時(shí)代：移動(dòng)多媒體到來了，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣燃涌?，人們可以在手機(jī)上瀏覽網(wǎng)頁，進(jìn)行視頻通話等，此時(shí)第一代iphone誕生了；
4G時(shí)代：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)來臨，傳輸速度得到極大提升，可以在手機(jī)上觀看非常流暢的視頻，微博，微信，視頻等成為生活的必須；
5G時(shí)代：萬物互聯(lián)的時(shí)代，通信系統(tǒng)帶寬顯著增加，不同于前幾代移動(dòng)通信帶來的變革，5G將是一個(gè)多業(yè)務(wù)多技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，面向所有設(shè)備及用戶的智能網(wǎng)絡(luò)。
5G具有高數(shù)據(jù)速率（峰值速率大于20Gbit/s，4G的20倍）、低網(wǎng)絡(luò)延遲（從4G的50毫秒減少到1毫秒）、支持大規(guī)模設(shè)備連接（滿足1000億量級(jí)的連接）和低功耗（基站節(jié)能，終端省電）等。
ps.自動(dòng)駕駛汽車為什么需要5G通信呢？
汽車在民用級(jí)工業(yè)產(chǎn)品中屬于最復(fù)雜的產(chǎn)品之一，其動(dòng)態(tài)速度能到達(dá)120Km/h以上即每秒30m以上，在人們一眨眼的功夫，汽車已經(jīng)行駛了十幾米了，車輛與外界需要最短時(shí)間的信息互換，4G的50毫秒的網(wǎng)絡(luò)延遲顯示滿足不了這個(gè)需求，5G的低時(shí)延將使得信息互換達(dá)到1毫秒，將最大限度的使得自動(dòng)駕駛汽車作出最快的決定，保證行駛安全。
當(dāng)有了攝像頭、雷達(dá)組成的“視覺”系統(tǒng)，以及有了5G通信技術(shù)加持的V2X“聽覺”系統(tǒng)后，自動(dòng)駕駛汽車還需要高精度地圖和定位的位置感知系統(tǒng)，使得車輛系統(tǒng)做出更精準(zhǔn)的判斷。
-位置感知-
1>?高精度地圖
高精度地圖是精度更高、數(shù)據(jù)維度更多的電子地圖，可以為車輛提供車道厘米級(jí)的導(dǎo)航信息和更豐富的道路信息及周邊靜態(tài)信息，主要服務(wù)于車輛系統(tǒng)。
傳統(tǒng)導(dǎo)航地圖是以人對(duì)環(huán)境的理解能力為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要對(duì)駕駛行為起到參考作用，主要服務(wù)與人的視覺系統(tǒng)。
高精度地圖可以提供厘米級(jí)區(qū)域地圖，將既定路線沿線相關(guān)道路網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)信息發(fā)送到車輛，使車輛間達(dá)到通信共享，告知對(duì)方交通、道路標(biāo)志等方面的信息變化，并且“看清”道路，配合車載傳感器達(dá)到精準(zhǔn)感知。
2>?全球定位系統(tǒng)
即我們所熟知的GPS（Global Positioning System），目前大家講的GPS是1950s由美國(guó)研發(fā)的一套基于人造衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，由空中的24顆衛(wèi)星組成。
定位系統(tǒng)，是重要的戰(zhàn)略資源，擁有自身定位系統(tǒng)也是自動(dòng)駕駛普及的大前提之一。
所以各個(gè)地區(qū)也都在建立自己定位系統(tǒng)，歐盟的GALILEO、俄羅斯的GLONASS以及中國(guó)自己的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。
對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來講，前期的各種數(shù)據(jù)，需要找到強(qiáng)大的計(jì)算中樞去處理相關(guān)數(shù)據(jù)，軟硬件計(jì)算平臺(tái)便是它的“心臟”與“大腦”。
- 軟硬件計(jì)算平臺(tái) -
當(dāng)硬件傳感器接收到環(huán)境信息后，數(shù)據(jù)會(huì)被導(dǎo)入到計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)而由不同芯片進(jìn)行運(yùn)算，自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)是由多種技術(shù)、多個(gè)模塊的集成，其包含了傳感器平臺(tái)，算力平臺(tái)以及控制平臺(tái)。
計(jì)算平臺(tái)需要具備強(qiáng)計(jì)算能力、可靠性、最低延遲和高度的擴(kuò)展性，是自動(dòng)駕駛汽車的“心臟”，匯集所有的車輛數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，為車輛的安全行駛提供必要的算力支持。
結(jié)語
自動(dòng)駕駛作為當(dāng)今熱門話題及趨勢(shì)，必然會(huì)成為下一個(gè)時(shí)代的“代言技術(shù)”之一，自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)需要多方技術(shù)共同合作，一起推動(dòng)，每一環(huán)節(jié)都不可或缺；想象一下，當(dāng)人在一個(gè)速度為100km/h的盒子里移動(dòng)時(shí)，任何一個(gè)微小的細(xì)節(jié)都可能釀成不可挽回的結(jié)果，所以自動(dòng)駕駛汽車必然要經(jīng)歷不斷的驗(yàn)證與改進(jìn)。
在當(dāng)今各大車企不斷公布全面自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)時(shí)，筆者認(rèn)為L(zhǎng)3級(jí)自動(dòng)駕駛將在很長(zhǎng)一段時(shí)間持續(xù)，需要經(jīng)過多年的道路驗(yàn)證與測(cè)試，人們才能信任這項(xiàng)技術(shù)，而這需要相關(guān)從業(yè)者共同的努力。
