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终于有人把自动驾驶讲明白了
张问骅
>《科技,教育》
2021.09.02
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导读:
自动驾驶,任重而道远。
作者:小灰
来源:程序员小灰(ID:chengxuyuanxiaohui)
01 什么是自动驾驶
自动驾驶,也被称为无人驾驶,顾名思义,是指交通工具在没有人类操作的情况下,也能够完成环境的感知与导航,顺利到达目的地。
从传统的手动驾驶到智能的自动驾驶,并不是非黑即白的关系。有一个国际权威的机动车工程组织
SAE
(Society of Automotive Engineers),把汽车的自动驾驶技术分成了六个等级:
L0. 无自动驾驶
这个等级不用多说,就是传统的手动挡汽车,一切都需要完全由驾驶员来操作。
L1. 辅助驾驶
到了这一级,汽车上安装的少量装置可以在特定时刻自动发挥作用,比如电子稳定程式(ESP)、防抱死系统(ABS)。市面上许多“自动档”的汽车,就达到了这个级别。
L2. 部分自动驾驶
在这一等级,仍然以人类驾驶操作为主,车辆进行某些自动化的协调,减轻人类驾驶员的负担。比如自动式巡航定速(ACC)、自动紧急刹车系统(AEB)。
L3. 条件自动驾驶
到了这一级别,就是以车辆的自动驾驶为主了,但人类驾驶员仍然不能掉以轻心,需要保持注意力,一旦遇到特殊情况随时回归手动驾驶操作。
L4. 高度自动驾驶
这一级别更加厉害,人类驾驶员可以在周围环境并不复杂的情况下(没有混乱的道路、没有极端的天气、没有突然冲出来的野生动物),把操作权完全交给车辆的自动驾驶系统。
L5. 完全自动驾驶
这是自动驾驶技术的最高级别,就如同字面的意思,此时汽车不必有驾驶员,任何时候都不必操作车辆,在任何复杂的路面和环境下,车辆都可以顺利完成自动驾驶。
02 自动驾驶所需的技术
1. 如何获得地图与位置?
要获得完整准确的地图信息,需要通过网络共享到一定范围内的
高精度地图
,这份地图不止包括建筑和道路的布局,也包括道路拥堵情况、也包括车辆及行人的位置。
最新的通信技术
V2X
(Vehicle To Everything),保证了车辆与外界网络信息的高效交换。
此外,要获得自己当前的位置,需要用到
全球定位系统
(GPS),这项技术相信大家都很熟悉。另外一项技术,知道的人可能不多,叫做
惯性测量单元
(IMU),这项技术可以弥补GPS的误差,并且根据加速度来判断自身的运动方向。
2. 如何感知周围情况?
有了宏观的地图还远远不够,更重要的是感知汽车周围的状况。这时候,各种
传感器
就要上场了,它们就相当于人的眼睛和耳朵。
传感器包含哪几种呢?最常用的是
视觉传感器
,也就是摄像头。
视觉传感器成本低,但是精确性差一些,故意造成误导。相比之下,
激光传感器
具有很高的速度和精确性,但成本不低。
此外,
雷达传感器
在防止车辆碰撞方面,也有很大的作用。
3. 如何进行决策?
有了地图,有了自身位置,有了周围环境的感知,接下来就轮到做决策了。人类驾驶做决策依靠的是大脑,自动驾驶做决策依靠的是
人工智能(AI)
。
通过海量数据与深度学习网络训练出来的算法,可以为汽车的各种行动作出有效决策,比如什么时候加速、什么时候转弯、什么时候刹车等等。
4. 如何把决策转化为行动?
人类把想法转化为行动,依靠的是神经系统把大脑信号传递到肌肉,再通过方向盘、油门、刹车装置来进行操控。而自动驾驶系统要把算法做出的决策传递给汽车的各个零件,需要通过
控制器
。
目前,车载控制器领域比较成熟的解决方案是
域控制器
(DCU)。该解决方案根据汽车电子部件功能,将整车划分为动力总成、车辆安全、车身电子、智能座舱、智能驾驶等几个域,利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中的去控制每个域,从而提升控制效率。
03 自动驾驶的难题
对于自动驾驶技术的研究,尽管已经有了许多不错的成果,但也存在着一些难题。比如:
1. 道路的不确定性
世界各地的道路多种多样,并非每一条道路都是标准化的。有的道路过于狭窄,有的道路红绿灯坏掉了,有的道路指示牌被脏东西遮挡......太多的不确定性,都会干扰到算法的判断。
2. 传感器的准确度
虽然目前已经有了许多种传感器来帮助检测周围环境,但传感器并非万能的,会出现种种误判。如果传感器设计得不够敏感,可能会把前方一个小孩子忽略掉;如果设计得太过敏感,又有可能因为一只蝙蝠而刻意躲避,从而带来新的危险。
3. 算法的局限性
算法的设计,会遇到种种矛盾。比如,汽车遇到危险情况,算法应该优先维护车主的安全,还是优先维护路人的安全?如果信息显示,A道路当前拥堵,B道路当前顺畅,那么众多采用相同算法的自动驾驶汽车,会不会一窝蜂选择B道路,从而造成更大的拥堵?当两辆相邻的汽车采用不同公司设计的算法,会不会做出相冲突的决策而导致事故?
4. 网络安全
如果自动驾驶普及开来,这些车辆势必会接入到庞大的智能交通网络当中,听由算法的调度。如果这个智能交通网络遭到黑客入侵,恶意控制这些车辆,很可能会造成非常可怕的灾难。
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