本文來(lái)自微信公眾號(hào)中國(guó)電子報(bào)，作者/張依依
“圣城”耶路撒冷的駕駛文化以野性奔放而聞名。當(dāng)白天城市的喧囂漸漸湮沒(méi)于夜間的燈火闌珊，耶路撒冷的道路迎來(lái)了一輛自信又果決的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。這輛不需要駕駛員的車(chē)輛自主完成了網(wǎng)約出租車(chē)服務(wù)的全過(guò)程，不僅行駛到多個(gè)目的地，還在需要接送乘客的地方自動(dòng)停下。
日前，英特爾子公司Mobileye發(fā)布最新自動(dòng)駕駛視頻，這輛搭載了“真正冗余傳感系統(tǒng)”的“聰明”汽車(chē)正是主角。正是因?yàn)榇钶d了該系統(tǒng)，這輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)才能夠順利完成網(wǎng)約車(chē)接駁服務(wù)。無(wú)獨(dú)有偶，就在Mobileye發(fā)布視頻后，集度智能駕駛技術(shù)方案首度曝光，將純視覺(jué)和雙激光雷達(dá)方案融合上車(chē)，預(yù)計(jì)在量產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)“真正冗余”。此前，新納傳感推出新型三重冗余傳感器，用精確感知為自動(dòng)駕駛安全保駕護(hù)航。在特斯拉“純視覺(jué)”自動(dòng)駕駛技術(shù)路線(xiàn)飽受詬病之時(shí)，冗余傳感會(huì)是自動(dòng)駕駛的未來(lái)嗎？
自動(dòng)駕駛車(chē)輛的“眼睛”
安全、成功地繞過(guò)亂穿馬路的行人，并且在有多個(gè)交通信號(hào)燈的十字路口完成掉頭……在Mobileye發(fā)布的未剪輯視頻里，盡管夜間道路照明不佳、道路標(biāo)志設(shè)計(jì)復(fù)雜，但Mobileye自動(dòng)駕駛汽車(chē)依然成功完成了復(fù)雜的駕駛操作。
賦予Mobileye自動(dòng)駕駛汽車(chē)“感知超能力”的系統(tǒng)，是其搭載的真正冗余傳感系統(tǒng)。據(jù)Mobileye介紹，該系統(tǒng)包含兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，其中一個(gè)采用攝像頭，另一個(gè)則采用激光雷達(dá)和雷達(dá)的結(jié)合。
車(chē)輛在搭載一個(gè)正常工作傳感器的同時(shí)，還擁有一個(gè)備份傳感器系統(tǒng)。Mobileye所說(shuō)的冗余傳感系統(tǒng)，其實(shí)就像是人們的兩只眼睛。在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)，西安中星測(cè)控有限公司總經(jīng)理谷榮祥如此生動(dòng)形象地比喻：人們的左眼和右眼可以假設(shè)為兩個(gè)圖像傳感器。當(dāng)一只眼睛被遮擋住，另一只眼睛仍然可以正常地分辨物體，不影響正常生活。
新納傳感主管算法工程師董博以三重冗余IMU（慣性測(cè)量單元）模塊為例，進(jìn)一步向《中國(guó)電子報(bào)》記者說(shuō)明，冗余傳感系統(tǒng)是如何在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域發(fā)揮作用的。他表示，傳統(tǒng)上，一個(gè)IMU模塊包含一個(gè)三軸加速度計(jì)和一個(gè)三軸陀螺儀。當(dāng)加速度計(jì)的任何一軸，或者陀螺儀的任何一軸發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)IMU模塊就會(huì)失效。新納傳感的三重冗余IMU模塊集成了三個(gè)三軸加速度計(jì)和三個(gè)三軸陀螺儀，只有當(dāng)超過(guò)一個(gè)三軸加速度計(jì)或者三軸陀螺儀故障時(shí)，整個(gè)IMU模塊才會(huì)失效。
為了大幅提升高階自動(dòng)駕駛的安全性，冗余傳感系統(tǒng)必不可少。賽迪顧問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)分析師徐田雨向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，在自動(dòng)駕駛的環(huán)境感知領(lǐng)域，超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)會(huì)形成至少雙重360°的感知能力，即至少保證擁有兩套傳感器系統(tǒng)，每套均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自車(chē)四周360°無(wú)死角探測(cè)。在一套系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，另一套設(shè)備能夠自動(dòng)切換并立即發(fā)揮作用，確保行車(chē)安全。
總體來(lái)說(shuō)，基于安全性考量，自動(dòng)駕駛車(chē)輛的視頻傳感器和毫米波雷達(dá)傳感器必須做到冗余設(shè)計(jì)，而且要考慮多種傳感器方案。谷榮祥解釋道，這是因?yàn)槁访婧托旭偔h(huán)境具有復(fù)雜多變的特點(diǎn)，汽車(chē)本身的行駛狀態(tài)也容易突然發(fā)生改變，因此自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的前端需要“眼觀六路，耳聽(tīng)八方”。
繞不過(guò)的“推廣考驗(yàn)”
目前，Mobileye搭載“真正冗余傳感系統(tǒng)”的自動(dòng)駕駛出租車(chē)計(jì)劃在今年晚些時(shí)候投入小規(guī)模商用；集度汽車(chē)機(jī)器人通過(guò)加持冗余雙系統(tǒng)與雙激光雷達(dá)，在高階自動(dòng)駕駛之路上不斷前行；此前，新納傳感推出新型三重冗余傳感器，為自動(dòng)駕駛安全保駕護(hù)航。
冗余傳感系統(tǒng)紛紛“上車(chē)”，但在自動(dòng)駕駛車(chē)輛安裝冗余傳感器之前，幫冗余傳感器“找位”和“定位”并不是一件容易的事。谷榮祥表示，在安裝冗余視頻傳感器時(shí)，首先要綜合考量方向、清晰度、夜間行駛和刮風(fēng)下雨沙塵暴等多種因素，再來(lái)確定該傳感器的安裝位置；在安裝冗余毫米波雷達(dá)傳感器時(shí)，則要考慮方向、雷達(dá)的感知距離和分辨率等多重因素。
冗余傳感系統(tǒng)在車(chē)輛上的成功安裝并不是自動(dòng)駕駛事業(yè)的“終點(diǎn)”。要想實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛，冗余傳感系統(tǒng)還必須走向市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣和應(yīng)用。但需要看到的是，由于技術(shù)復(fù)雜和成本較高的原因，冗余傳感系統(tǒng)正面臨繞不過(guò)的“推廣考驗(yàn)”。
首先是來(lái)自技術(shù)的考驗(yàn)。徐田雨談道，在傳感器微型化方面，只有傳感器尺寸減小，才能保證冗余傳感器系統(tǒng)的安裝。針對(duì)傳感器微縮，目前可以采用MEMS技術(shù)，將微傳感器、微執(zhí)行器、微機(jī)械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、接口等集成在一塊芯片上，極大減小傳感器的外形尺寸。
在冗余系統(tǒng)切換方面，需要考慮如何進(jìn)行故障判斷，如何實(shí)現(xiàn)切換過(guò)程中無(wú)需人為干預(yù)、主備切換無(wú)中斷、切換過(guò)程無(wú)用戶(hù)感知等問(wèn)題。徐田雨說(shuō)，這就需要采用邊緣計(jì)算、邊緣控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
其次是來(lái)自成本的考驗(yàn)。激光雷達(dá)每臺(tái)近1000美元價(jià)格，考慮冗余設(shè)計(jì)后車(chē)輛成本將顯著增加。對(duì)此，徐田雨表示，如果出于降低車(chē)輛成本考慮，也可以采用半導(dǎo)體制造方法(MEMS等)，批量制造以降低單個(gè)傳感器成本。
在谷榮祥看來(lái)，傳感器關(guān)系到駕駛安全，因此必須將精度等要素考慮在內(nèi)；傳感器必須擁有非常高的安全等級(jí)，更需要綜合、全面地考量外部環(huán)境因素、路面環(huán)境因素和車(chē)輛自身的狀況，在復(fù)雜多變的內(nèi)外部環(huán)境中進(jìn)行精確感知。這對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是非常大的技術(shù)挑戰(zhàn)。而除了要提升精準(zhǔn)、智能等性能方面的參數(shù)之外，傳感系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性也是非常重要的。
傳感器系統(tǒng)朝車(chē)路協(xié)同方向發(fā)展
展望未來(lái)，冗余傳感是否是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的必由之路？董博向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，多傳感器融合是必要條件，但冗余傳感是否必須，則取決于單顆（無(wú)冗余）IMU能否滿(mǎn)足可靠性的要求以及整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
多傳感器融合和冗余傳感存在差異。董博向記者解釋道，多傳感器融合通常是為了實(shí)現(xiàn)單個(gè)傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，或者克服單個(gè)傳感器內(nèi)在的不足；冗余傳感則意味著，當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常工作，且性能指標(biāo)不受影響。
無(wú)論如何，要想實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)駕駛，“聰明”的車(chē)還需要與“智慧”的路協(xié)同發(fā)展。當(dāng)前，日益提升的自動(dòng)駕駛安全性要求，促使傳感器系統(tǒng)朝著車(chē)路協(xié)同方向不斷發(fā)展。
為什么車(chē)路協(xié)同會(huì)成為傳感器系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)？事實(shí)上，這是因?yàn)檐?chē)載傳感器無(wú)法對(duì)道路情況進(jìn)行全面準(zhǔn)確的感知，而在道路兩側(cè)安裝感知傳感器，可以為自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供“上帝視角”，與車(chē)載傳感器信息形成互補(bǔ)。
徐田雨向《中國(guó)電子報(bào)》記者進(jìn)一步解釋道，車(chē)載傳感器的感知范圍其實(shí)較為有限。以毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)為例，前者的最大探測(cè)距離為200米，后者的最大探測(cè)距離為150米。而在多個(gè)路基傳感器聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，它們的探測(cè)距離在理論上可以達(dá)到無(wú)限遠(yuǎn)，能夠有效擴(kuò)大自動(dòng)駕駛汽車(chē)的感知范圍。
此外，車(chē)載傳感器僅能探測(cè)環(huán)境而無(wú)法探測(cè)自身，而路基傳感器的應(yīng)用可以對(duì)車(chē)載傳感器信息進(jìn)行有效補(bǔ)充。
環(huán)境傳感器、路面?zhèn)鞲衅骱蛙?chē)載傳感器的有機(jī)協(xié)同，可以為自動(dòng)駕駛車(chē)輛提供更可靠的連接和準(zhǔn)確的判斷。谷榮祥向記者表示，在道路兩旁安裝相應(yīng)的傳感器能夠更好地解決自動(dòng)駕駛感知的部分問(wèn)題，但這只是解決車(chē)與環(huán)境協(xié)同的一個(gè)方面，并不能徹底地解決自動(dòng)駕駛安全及可靠性的問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)安全又可靠的自動(dòng)駕駛并不能僅僅依靠冗余傳感器，還必須在系統(tǒng)和算法上做精準(zhǔn)而科學(xué)的規(guī)劃。
在谷榮祥看來(lái)，真正解決自動(dòng)駕駛問(wèn)題需要做到以下四點(diǎn)：第一，具備全面、真實(shí)、可靠的感知，這包括車(chē)本身的感知、對(duì)路面狀況的感知、對(duì)周?chē)h(huán)境的感知；第二，在全域范圍擁有毫秒級(jí)的信息傳輸；第三，具備類(lèi)似于人腦級(jí)別的智能計(jì)算；第四，毫秒級(jí)別的準(zhǔn)確度以及果斷的執(zhí)行控制力。
