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| 本文作者： 新智駕 | 2017-05-25 11:45 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者奧迪中國研發(fā)中心測試工程師薛遲。原文首發(fā)奧迪知乎賬號。雷鋒網(wǎng)已獲授權(quán)編輯與發(fā)布（本文略有刪減）。
薛遲是中國第一批接觸自動駕駛的工程人員，也是第一批量產(chǎn)自動駕駛技術(shù)的研發(fā)工程師。目前負責(zé)奧迪自動駕駛項目在中國的開發(fā)。
據(jù)薛遲介紹，他負責(zé)過的自動駕駛相關(guān)項目包括：2014年負責(zé)在中國搭建擁堵自動駕駛A7概念車；2015年5月CES ASIA和11月分別在上海內(nèi)環(huán)和北京三環(huán)進行了自動駕駛概念車的媒體試駕。
奧迪全球的自動駕駛研發(fā)自2009年便已開始，從鹽湖城畫出四環(huán)到派克峰爬山賽，從霍根海姆賽道的賽車自動駕駛到舊金山到拉斯維加斯的高速自動駕駛。
*奧迪自動駕駛技術(shù)發(fā)展過程中的重要里程碑
本文主要討論的是自動駕駛的量產(chǎn)技術(shù)。在薛遲看來，在研發(fā)概念期間 ，很多前沿科技都是可以試驗的。而推向客戶的量產(chǎn)汽車，對技術(shù)成熟度的要求則是另一標準（比如上下游供應(yīng)鏈的供給，量產(chǎn)成本的控制等等）。
自動駕駛的發(fā)展并非一蹴而就的，它歷經(jīng)幾十年的演進，從無到有，從量變到質(zhì)變。
以下為美國的NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)國家公路交通安全管理局和SAE (Society of Automotive Engineers)汽車工程師協(xié)會對此對自動駕駛的分級。
自動駕駛主要分成五級。
階段0：無自動化，由人類駕駛者全權(quán)操作汽車，在行駛過程中可以得到警告和保護系統(tǒng)的輔助。比如市面上的大多數(shù)汽車都屬于此類。此處不多加討論。
階段1： 單一功能的駕駛輔助，在這一階段，汽車轉(zhuǎn)向或制動可由車輛完成。比如應(yīng)用最為廣泛的ACC自適應(yīng)巡航控制，和LKA主動車道保持。
ACC（Adaptive Cruise Control）自適應(yīng)巡航控制：定速巡航大家一定都不陌生，但當(dāng)前車減速時，就需要通過踩剎車或操作桿取消定速巡航。
ACC自適應(yīng)巡航控制可以在前車減速時自動減速，前車加速后自動跟上去，比定速巡航方便太多太多，可謂高速小能手。
ACC自適應(yīng)巡航控制已經(jīng)有將近二十年的歷史。其使用的傳感器主要包括毫米波雷達和攝像頭。毫米波雷達和軍用雷達其實差不多，它們會發(fā)射和接收調(diào)制過的77GHz的無線電波，再通過回波的時間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率移動來測量目標的相對距離和相對速度。
在不同廠家的產(chǎn)品中，有長距離雷達和中短距離雷達之分。長距離雷達能夠探測250米距離，實現(xiàn)最高到260km/h的ACC功能。中短距離雷達探測距離稍近，100多米，能夠支持的ACC速度在160km/h左右。
LKA（Lane Keep Assist）主動車道保持通過攝像頭采集前方車道線，并控制轉(zhuǎn)向把車輛保持在車道中心。它是車道偏離報警的高級版本。
階段2：部分自動化（組合功能的輔助駕駛），比如2015年上市的奧迪新Q7和去年上市的新A4L所搭載的擁堵駕駛輔助系統(tǒng)，它實現(xiàn)的是60km/h以下堵車環(huán)境下的橫向和縱向控制。而速度超過60km/h的時候由傳統(tǒng)的車道保持和ACC接管。
也就是說，駕駛員仍然需要關(guān)注交通和控制車輛。這是當(dāng)前世面上所有量產(chǎn)車能夠達到的自動駕駛最高級別?，F(xiàn)在很多車廠把輔助駕駛系統(tǒng)宣傳為自動駕駛系統(tǒng)這是很不負責(zé)的。如果此時駕駛員不扶方向不關(guān)注交通，發(fā)生事故的風(fēng)險會大大增加。
階段3：有條件的自動駕駛。這是一個從輔助駕駛到自動駕駛的飛躍，駕駛員不再需要關(guān)注交通和控制車輛，一切都由車輛完成，一切責(zé)任也都從駕駛員轉(zhuǎn)移到車輛。
為了實現(xiàn)這一目的，需要大量的傳感器做數(shù)據(jù)融合，需要考慮方方面面的情況。在某些條件不符合時，自動駕駛狀態(tài)將退出，并由駕駛員接管。這一階段會被稱為有條件的自動駕駛的原因也在于此。前文提到的A7和將來要量產(chǎn)化的車型都屬于這一范疇。
階段4和5：全自動駕駛。自動駕駛發(fā)展到這一階段不再需要駕駛員接管或干預(yù)，系統(tǒng)勝任所有工控，魯棒性、穩(wěn)定性大幅提高。進而演變成無人駕駛。
1、 多傳感器數(shù)據(jù)融合--自動駕駛的汽車得有自己的“眼睛”
多傳感器的應(yīng)用與數(shù)據(jù)融合是自動駕駛的必然趨勢。毫米波雷達、攝像頭、激光雷達、超聲波雷達等都是必不可少的。傳感器各有各的特點與優(yōu)勢。
例如毫米波雷達在檢測目標速度與距離上非常精準而可靠，但對目標方位的識別遠不如激光雷達。而目標類型及其與車道線位置關(guān)系僅可由攝像頭檢測。對于絕大多數(shù)簡單工況，這種融合的優(yōu)劣并不能體現(xiàn)出明顯的區(qū)別。
但對于特殊工況，比如復(fù)雜的城市路況，對車輛和路邊障礙物的誤識別或不識別概率將會大大提高。這是影響自動駕駛安全性可和靠性的至關(guān)重要的一部分因素。
因此，系統(tǒng)需要在不同工況下，從大量傳感器對目標識別到的所有屬性中選出，并配已不同權(quán)重，以達到穩(wěn)定可靠的識別要求。
奧迪目前擁有唯一量產(chǎn)汽車級的激光掃描雷達，并會將其應(yīng)用于全新量產(chǎn)汽車上。關(guān)鍵傳感器的量產(chǎn)也是邁向自動駕駛非常關(guān)鍵的一步。
2、強大的中央處理控制器zFAS--自動駕駛的汽車得有自己的“大腦”
奧迪的駕駛員輔助系統(tǒng)中央處理控制器zFAS在2015年已實現(xiàn)量產(chǎn)，zFAS就如同人的大腦，負責(zé)所有的傳感器數(shù)據(jù)融合、場景分析、決策以及車輛控制。
這意味著它不僅要有極強的運算能力，穩(wěn)定性可靠性也是重中之重。zFAS將成為所有駕駛員輔助系統(tǒng)及自動駕駛車輛的標配，因此，它也是決定自動駕駛能否實現(xiàn)關(guān)鍵因素。
3、系統(tǒng)冗余設(shè)計—— 自動駕駛的汽車需要有自己的Backup系統(tǒng)
自動駕駛的另一核心是多系統(tǒng)冗余設(shè)計，為了達到安全需求，自動駕駛車輛應(yīng)用了大量的冗余設(shè)計。
說到這里也許會有人不禁好奇，什么是冗余？很多動物都有兩只眼睛，這其實算是一種冗余，當(dāng)一只眼睛受傷后，剩下的一只仍然能讓他們生存下去。像大型客機都有兩個或四個發(fā)動機，這也是冗余設(shè)計，其中一個壞了，其余的仍可讓客機安全返航。
在自動駕駛車上，所用到的傳感器，控制電腦，執(zhí)行器都有冗余設(shè)計。比如同時應(yīng)用了毫米波雷達，激光雷達，攝像頭，超聲波探頭等，相互補償和校驗。數(shù)據(jù)融合后，其可靠性大幅增加對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力也更好。
在控制器方面，僅僅有主運算器也是不夠的，還需要監(jiān)控系統(tǒng)時刻監(jiān)測主運算器的工作狀態(tài)。制動和轉(zhuǎn)向的執(zhí)行器也都需要至少兩套。這樣在其中一套系統(tǒng)出問題的時候，另一套馬上接管，把車輛安全停好。
千呼萬喚始出來，2014年，一臺A7自動駕駛概念車首次駛上國內(nèi)道路。而中國這臺A7最大的不同是，他的大腦，zFAS駕駛員輔助系統(tǒng)中央控制器首次使用了量產(chǎn)版本的zFAS。
要知道，即便到了現(xiàn)在，各種各樣的自動駕駛汽車依然滿載大型計算機進行運算。而在當(dāng)時，所有的運算電腦全部集成在了只有幾個手機大小的zFAS中，這樣就能實現(xiàn)自動駕駛的汽車跟普通汽車一樣，而不是一個背著大電腦的測試器。
*圖片來源：汽車之家
*圖片來源：奧迪中國
然而，zFAS量產(chǎn)版和概念車的匹配成了大問題。這使得頭幾次外出自動駕駛測試都失敗而歸——要么是自動駕駛功能無法激活，要么是激活不久便自動退出，所以，多數(shù)時候需要工程師手動駕駛這臺車。
作為曾經(jīng)的原型車駕駛教練以及一名業(yè)余車手，開車的時候我竟然緊張的手心出汗。因為，所有昂貴的傳感器尤其是首次應(yīng)用在自動駕駛車上的激光掃描儀，幾乎全都布置在前保險杠上，任何的碰撞或者剮蹭都可能損毀傳感器，更重要的是，這臺車已經(jīng)確定要被展出，留給我們的時間并不多。
功夫不負有心工程師，經(jīng)過近兩個月的調(diào)整，系統(tǒng)各項功能基本進入正常狀態(tài)，余下的工作便是對車輛算法和參數(shù)的精調(diào)。
第一次激活自動駕駛，完全不需再控制車輛， 手脫離開方向盤，車子自動發(fā)動停止，轉(zhuǎn)彎。那種前所未有的興奮，就是電影里的那種感覺：人車合一。
*圖片來源：紀錄片《汽車百年》截圖
然而這畢竟是臺還未調(diào)整好的概念車，加之中國路況太過復(fù)雜，很多處理不了的情況需要駕駛員即時接管，精神緊張程度比自己開車高了好多。
面對中國的特殊路況，以歐洲路況為主導(dǎo)的研發(fā)多少有些水土不服。比如對于這臺擁堵自動駕駛，激活條件就是擁堵，那么針對如何定義擁堵，所有有關(guān)中國擁堵特性的參數(shù)都要寫到控制器里，這樣在擁堵環(huán)境中可以最大程度地激活系統(tǒng)，而避免因為個別情況而造成系統(tǒng)退出。
而針對國內(nèi)有（liu）技（mang）巧（shi）的加塞，需要開發(fā)特殊的算法，既能夠及時檢測并做出反應(yīng)，又得避免受臨近車道車輛過多的干擾。
經(jīng)過幾個月的的測試-調(diào)整-測試，車輛終于調(diào)試到了全面穩(wěn)定狀態(tài)。在2015年5月在上海CES期間早晚高峰的內(nèi)環(huán)路上，這臺最接近量產(chǎn)的概念車向媒體對他的第一次亮相交出了一份完美的答卷。
天公作美，當(dāng)天還下了大雨，然而系統(tǒng)仍然穩(wěn)穩(wěn)的控制著車輛，當(dāng)時的那種自豪與滿足，我至今難忘！所以我駕駛自動駕駛汽車的感受，就是貴、緊張、累、興奮、滿足感、人車合一、夢想成真！
*圖片來源：薛遲拍攝于上海CES媒體試駕期間， 當(dāng)時車外大雨，這臺A7自動駕駛車在惡略天氣狀況下自動駕駛。
左：底盤測試工程師Hannes，媒體部 Johanna，駕駛員輔助系統(tǒng)與自動駕駛研發(fā)部門總監(jiān)Stefan博士
右：自動駕駛研發(fā)工程師吳婧怡，奧迪中國研發(fā)中心總監(jiān)梅薩德，自動駕駛研發(fā)工程師薛遲，底盤戰(zhàn)略師石曉明博士
由于第二級的輔助駕駛?cè)匀恍枰{駛員控制車輛和監(jiān)控交通，與正常駕駛并無本質(zhì)區(qū)別，所以對修改法律和法規(guī)的壓力并不大。
但到三級后，駕駛員將不需要對自動駕駛時的車輛負責(zé)，這就需要法律和法規(guī)完善這部分的內(nèi)容?？傮w來說，體現(xiàn)在對于車輛認證相關(guān)的技術(shù)標準，以及涉及安全的上路行駛許可。
在美國與歐洲，相關(guān)的法律法規(guī)也在加緊制定。美國的各州直接法律不盡相同，有些州目前明確禁止，有些則允許自動駕駛。歐洲也是一樣。很多國家和地區(qū)對新技術(shù)持觀望態(tài)度，也有些地區(qū)明確鼓勵新技術(shù)。
*注：本文圖片來自奧迪中國和汽車之家
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