導(dǎo)讀：汽車自動駕駛路線之爭將是一個長期的過程。電動汽車的發(fā)展對自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)是有幫助的。
汽車自動駕駛目前存在兩種主流的技術(shù)路線，一是以攝像頭為主導(dǎo)純視覺方案；二是以多種傳感器融合方案。下面予以分析。
一、自動駕駛技術(shù)三大核心環(huán)節(jié)
駕駛技術(shù)可以拿人類駕車作類比，自動駕駛技術(shù)分為感知決策和執(zhí)行三大核心環(huán)節(jié)。
1.1、感知環(huán)節(jié)
感知指對于環(huán)境的場景理解能力。基本做法有2種：一是把所有傳感器的數(shù)據(jù)作為整體進行識別；二是將不同傳感器識別后的結(jié)果進行整合。如障礙物的類型、道路標(biāo)志及標(biāo)線、行車車輛的檢測、交通信息等數(shù)據(jù)的分類。
1.2、決策環(huán)節(jié)
決策是依據(jù)駕駛場景、駕駛需求進行任務(wù)決策，規(guī)劃出車輛的路徑和對應(yīng)的車身控制信號。分為任務(wù)決策、軌跡規(guī)劃、跟蹤控制和執(zhí)行控制器四個階段。在決策的過程中需要綜合考慮安全性、舒適性和到達速度。
1.3、執(zhí)行環(huán)節(jié)
執(zhí)行指的是將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器，執(zhí)行器執(zhí)行的過程。 是將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器，執(zhí)行器執(zhí)行的過程。執(zhí)行器有轉(zhuǎn)向、油門、 剎車、燈光檔位等。由于電動汽車執(zhí)行器執(zhí)行較線性，便于控制。目前的技術(shù)有控轉(zhuǎn)向、線控剎車、線控油門等。
二、自動駕駛等級分級
GB/40429-2021 和 SAEJ3016 明確定義了汽車自動駕駛分級，將駕駛自動化分為 0 級至 5 級。其中：國標(biāo)規(guī)定 L1 和 L2 級為“駕駛輔助系統(tǒng)”、L3-L5 命名為“自動駕駛系統(tǒng)”。
L0 應(yīng)急輔助（Emergency Assistance）：可以感知環(huán)境、并提供信息或者短暫介入車輛運動控制，但是不能持續(xù)執(zhí)行車輛控制。
L1 部分駕駛輔助（Partial driver assistance)：可以持續(xù)提供橫向或縱向運動控制。但駕駛員仍要對道路狀況和車輛駕駛情況保持監(jiān)管。（注意：僅一個方向的控制）
L2 組合駕駛輔助（Combined Driver Assistance）：可以持續(xù)提供橫向和縱向運動控制。在該級別駕駛系統(tǒng)運行過程中，駕駛員和自動駕駛系統(tǒng)溝通執(zhí)行全部駕駛?cè)蝿?wù)，允許用戶短暫地將雙手脫離方向盤， 也叫 Hands off。（注意：有兩個方向控制）
L3 有條件自動駕駛（Conditionally automated driving）： 該系統(tǒng)在設(shè)計條件下持續(xù)執(zhí)行全部駕駛?cè)蝿?wù)。在正常運行過程中，車輛控制、目標(biāo)探測與事件響應(yīng)由自動駕駛系統(tǒng)負責(zé)；若出現(xiàn)即將不滿足運行范圍時請求駕駛員接管。在運行過程中，允許用戶短暫地將視線轉(zhuǎn)移到駕駛之外，也叫 Eyes off。（注意：有兩個方向控制，但有條件限制）
L4 高度自動駕駛（Highly Automated Driving）：可以持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)并自動執(zhí)行最小風(fēng)險策略。當(dāng)系統(tǒng)脫離運行范圍時向駕駛員發(fā)出介入請求，駕駛員可不響應(yīng)請求。駕駛過程中用戶注意力可以完全不在駕駛中，被稱為 Mind off。（注意：有兩個方向的運動控制功能，無人工介入）
L5 完全自動駕駛（Fully Automated Driving）：可在任何可行駛條件下持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)并執(zhí)行最小化風(fēng)險策略。（注意：有兩個方向的運動控制功能，無條件限制限制）
三、輔助駕駛和自動駕駛劃分關(guān)鍵點
根據(jù) SAE 的定義出現(xiàn)事故以后， L2責(zé)任在于乘客，L3責(zé)任在于車輛。也就是說，輔助駕駛?cè)绻霈F(xiàn)事故后，責(zé)任是人；自動駕駛?cè)绻霈F(xiàn)事故后，責(zé)任是車。目前國內(nèi)自動駕駛的立法尚未健全，整車廠還是停留在對自動駕駛的宣傳上。也就是說，必須對自動駕駛等級分級予以細化，才能對車廠工程設(shè)計有指導(dǎo)意義。高等級自動駕駛汽車，沒有駕駛員，出現(xiàn)事故，后面負責(zé)的責(zé)任就是車輛生產(chǎn)廠家。
中國 2020年有 6.2 萬人死于交通事故，平均每 8 分鐘就有 1 人死于車禍。說明駕駛目前依然是一件很危險的事，于是自動駕駛承載了大家對駕駛非常安全的美好愿望。如何實現(xiàn)這個愿望？也就有了路線之爭。
四、以攝像頭為主導(dǎo)的純視覺方案
盲人不能開車是基本常識。攝像頭類似人眼功能。也就是說，如果攝像頭能替代駕駛員的眼睛，自動駕駛系統(tǒng)就不能沒有攝像頭。這一點已經(jīng)是基本公式。人類依賴自身視覺來識別周圍環(huán)境，那么攝像頭也同樣能實現(xiàn)人眼功能。攝像頭攝取的環(huán)境數(shù)據(jù)在經(jīng)過視覺算法處理后，系統(tǒng)將通過深度學(xué)習(xí)模型進行自我培訓(xùn)，從而達到全范圍認知路況。
以攝像頭為主導(dǎo)純視覺方案的力推者是特斯拉。特斯拉裝配“8顆攝像頭+1顆毫米波雷達”環(huán)繞車身共配有 8 個攝像頭，其中包含一個三目前置攝像頭， 組合視野范圍達360 度，對周圍環(huán)境的監(jiān)測距離最遠可達250米。
特斯拉所配置的一顆前置毫米波雷達可視范圍達160m。以攝像頭為主導(dǎo)純視覺方案的力推者是特斯拉。特斯拉裝配“8顆攝像頭+1顆毫米波雷達”環(huán)繞車身共配有 8 個攝像頭，其中包含一個三目前置攝像頭， 組合視野范圍達360 度，對周圍環(huán)境的監(jiān)測距離最遠可達250米。特斯拉所配置的一顆前置毫米波雷達可視范圍達160m。
以攝像頭為主導(dǎo)純視覺方案的力推者是特斯拉。特斯拉裝配“8顆攝像頭+1顆毫米波雷達”環(huán)繞車身共配有 8 個攝像頭，其中包含一個三目前置攝像頭， 組合視野范圍達360 度，對周圍環(huán)境的監(jiān)測距離最遠可達250米。特斯拉所配置的一顆前置毫米波雷達可視范圍達160m。其優(yōu)點是：
以攝像頭為傳感器，處理對象就是圖像，比較單一，目前360度環(huán)繞構(gòu)圖處理比較成熟，其難點是汽車速度比較快（最高速度120公里），要求系統(tǒng)對圖像的算力特高。
五、以多種傳感器融合方案
多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理是將各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，最終產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋。
根據(jù)對原始數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要有三種：集中式、分布式和混合式。
①集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進行融合處理，可以實現(xiàn)實時融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點是數(shù)據(jù)量大，對處理器要求高，可靠性較低，故難于實現(xiàn)。
②分布式：每個傳感器對獲得的原始數(shù)據(jù)先進行局部處理，包括對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理、分類及提取特征信息，并通過各自的決策準(zhǔn)則分別作出決策，然后將結(jié)果送入融合中心進行融合以獲得最終的決策。分布式對通信帶寬需求低、計算速度快、可靠性和延續(xù)性好，但跟蹤精度沒有集中式高。
③混合式：大多情況是把上述二者進行不同的組合，形成一種混合式結(jié)構(gòu)。它保留了上述兩類系統(tǒng)的優(yōu)點，但在通信和計算上要付出較昂貴的代價。但是，此類系統(tǒng)也有上述兩類系統(tǒng)難以比擬的優(yōu)勢，在實際場合往往采用此類結(jié)構(gòu)。
谷歌和百度的自動駕駛系統(tǒng)偏向于.以多種傳感器融合方案。
六、汽車自動駕駛路線之爭的原因
目前路線之爭主要是在傳感器環(huán)節(jié)的路線不同。主要原因是傳感器技術(shù)和計算機的性能指標(biāo)，還是不能滿足車規(guī)級要求，離商業(yè)化還有相當(dāng)?shù)木嚯x。汽車自動駕駛路線之爭，無高低水平的說法。有一點是可以肯定的，可以促進傳感器和計算機技術(shù)的發(fā)展。
七、自動駕駛的基礎(chǔ)在汽車底盤
汽車底盤的動力系統(tǒng)，也就是說，自動駕駛的執(zhí)行在于汽車底盤。如果汽車底盤技術(shù)不能滿足自動駕駛汽車的要求，自動駕駛的感知環(huán)節(jié)和決策環(huán)節(jié)水平再高，也是無法落地的。
自動駕駛系統(tǒng)必須要求更多電能支持。自動駕駛級別越高，越來越要的電動汽車。自動駕駛越來越要求是線控底盤，線控底盤要求更多電能支持。
結(jié)論：自動駕駛技術(shù)三大核心環(huán)節(jié)之間彼此匹配，才能發(fā)展起來。
實際上，自動駕駛汽車的發(fā)展除了汽車自己技術(shù)外，還得道路設(shè)施技術(shù)水平提高，即車路協(xié)調(diào)與智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施。
整體系統(tǒng)在統(tǒng)一自動駕駛操作系統(tǒng)的統(tǒng)一管理適配下，協(xié)同實現(xiàn)自動駕駛功能，通過變更硬件驅(qū)動、通訊服務(wù)等進行不同芯片的適配。
八、自動駕駛域控制器的技術(shù)核心是芯片
隨著自動駕駛等級提升，系統(tǒng)對于算力、接口等需求都會與日俱增。
異構(gòu)分布硬件架構(gòu)主要由三部分組成：AI單元、計算單元和控制單元。
8.1、AI單元
采用并行計算架構(gòu) AI 芯片，使用多核 CPU 配置AI 芯片和必要處理器。 AI 芯片主要用于多傳感器數(shù)據(jù)高效融合與處理，輸出用于執(zhí)行層執(zhí)行的關(guān)鍵信息。AI芯片可選用 GPU、FPGA、ASIC（專用集成電路）等。
8.2、計算單元
計算單元由多個CPU 組成。具有單核主頻高，計算能力強等特點，滿足相應(yīng)功能安全要求。裝載 Hypervisor, Linux 的內(nèi)核管理系統(tǒng)，管理軟件資源，完成任務(wù)調(diào)度，用于執(zhí)行自動駕駛相關(guān)大部分核心算法，并將多元數(shù)據(jù)整合起來， 實現(xiàn)路徑規(guī)劃與決策的控制。
8.3、控制單元
主要基于傳統(tǒng)車輛控制器（MCU）。控制單元加載 Classic AUTOSAR 平臺基礎(chǔ)軟件，MCU 通過通信接口與 ECU 相連，實現(xiàn)車輛動力學(xué)橫縱向控制， 并滿足功能安全 ASIL-D 等級要求。
九、總結(jié)
汽車自動駕駛路線之爭將是一個長期的過程。電動汽車的發(fā)展對自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)是有幫助的。自動駕駛系統(tǒng)對電動汽車的發(fā)展要求也是越來越高的，主要是線控底盤。
來源：電車資源 作者：雷洪鈞
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