雷鋒網(wǎng)按：本文作者奧迪中國(guó)研發(fā)中心測(cè)試工程師薛遲。原文首發(fā)奧迪知乎賬號(hào)。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(guó)第一批接觸自動(dòng)駕駛的工程人員，也是第一批量產(chǎn)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)工程師。目前負(fù)責(zé)奧迪自動(dòng)駕駛項(xiàng)目在中國(guó)的開發(fā)。

據(jù)薛遲介紹，他負(fù)責(zé)過的自動(dòng)駕駛相關(guān)項(xiàng)目包括：2014年負(fù)責(zé)在中國(guó)搭建擁堵自動(dòng)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(jìn)行了自動(dòng)駕駛概念車的媒體試駕。

奧迪全球的自動(dòng)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(dòng)駕駛到舊金山到拉斯維加斯的高速自動(dòng)駕駛。

*奧迪自動(dòng)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(dòng)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(yàn)的。而推向客戶的量產(chǎn)汽車，對(duì)技術(shù)成熟度的要求則是另一標(biāo)準(zhǔn)（比如上下游供應(yīng)鏈的供給，量產(chǎn)成本的控制等等）。

一、自動(dòng)駕駛的分級(jí)和基本技術(shù)介紹

自動(dòng)駕駛的發(fā)展并非一蹴而就的，它歷經(jīng)幾十年的演進(jìn)，從無到有，從量變到質(zhì)變。

以下為美國(guó)的NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)國(guó)家公路交通安全管理局和SAE (Society of Automotive Engineers)汽車工程師協(xié)會(huì)對(duì)此對(duì)自動(dòng)駕駛的分級(jí)。

自動(dòng)駕駛主要分成五級(jí)。

階段0：無自動(dòng)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(hù)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(dòng)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(dòng)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(shí)，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(shí)自動(dòng)減速，前車加速后自動(dòng)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(dá)和攝像頭。毫米波雷達(dá)和軍用雷達(dá)其實(shí)差不多，它們會(huì)發(fā)射和接收調(diào)制過的77GHz的無線電波，再通過回波的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)造成的頻率移動(dòng)來測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。

在不同廠家的產(chǎn)品中，有長(zhǎng)距離雷達(dá)和中短距離雷達(dá)之分。長(zhǎng)距離雷達(dá)能夠探測(cè)250米距離，實(shí)現(xiàn)最高到260km/h的ACC功能。中短距離雷達(dá)探測(cè)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(dòng)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(bào)警的高級(jí)版本。

階段2：部分自動(dòng)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(shí)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(shí)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(dá)到的自動(dòng)駕駛最高級(jí)別?，F(xiàn)在很多車廠把輔助駕駛系統(tǒng)宣傳為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)這是很不負(fù)責(zé)的。如果此時(shí)駕駛員不扶方向不關(guān)注交通，發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大增加。

階段3：有條件的自動(dòng)駕駛。這是一個(gè)從輔助駕駛到自動(dòng)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(shí)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(shí)，自動(dòng)駕駛狀態(tài)將退出，并由駕駛員接管。這一階段會(huì)被稱為有條件的自動(dòng)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(dòng)駕駛。自動(dòng)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(jìn)而演變成無人駕駛。

二、自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)

1、 多傳感器數(shù)據(jù)融合--自動(dòng)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(dòng)駕駛的必然趨勢(shì)。毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等都是必不可少的。傳感器各有各的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。

例如毫米波雷達(dá)在檢測(cè)目標(biāo)速度與距離上非常精準(zhǔn)而可靠，但對(duì)目標(biāo)方位的識(shí)別遠(yuǎn)不如激光雷達(dá)。而目標(biāo)類型及其與車道線位置關(guān)系僅可由攝像頭檢測(cè)。對(duì)于絕大多數(shù)簡(jiǎn)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(duì)于特殊工況，比如復(fù)雜的城市路況，對(duì)車輛和路邊障礙物的誤識(shí)別或不識(shí)別概率將會(huì)大大提高。這是影響自動(dòng)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(duì)目標(biāo)識(shí)別到的所有屬性中選出，并配已不同權(quán)重，以達(dá)到穩(wěn)定可靠的識(shí)別要求。

奧迪目前擁有唯一量產(chǎn)汽車級(jí)的激光掃描雷達(dá)，并會(huì)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(dòng)駕駛非常關(guān)鍵的一步。

2、強(qiáng)大的中央處理控制器zFAS--自動(dòng)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，zFAS就如同人的大腦，負(fù)責(zé)所有的傳感器數(shù)據(jù)融合、場(chǎng)景分析、決策以及車輛控制。

這意味著它不僅要有極強(qiáng)的運(yùn)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(dòng)駕駛車輛的標(biāo)配，因此，它也是決定自動(dòng)駕駛能否實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵因素。

3、系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)—— 自動(dòng)駕駛的汽車需要有自己的Backup系統(tǒng)

自動(dòng)駕駛的另一核心是多系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，為了達(dá)到安全需求，自動(dòng)駕駛車輛應(yīng)用了大量的冗余設(shè)計(jì)。

說到這里也許會(huì)有人不禁好奇，什么是冗余？很多動(dòng)物都有兩只眼睛，這其實(shí)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(jī)都有兩個(gè)或四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，這也是冗余設(shè)計(jì)，其中一個(gè)壞了，其余的仍可讓客機(jī)安全返航。

在自動(dòng)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(jì)。比如同時(shí)應(yīng)用了毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)，攝像頭，超聲波探頭等，相互補(bǔ)償和校驗(yàn)。數(shù)據(jù)融合后，其可靠性大幅增加對(duì)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(yùn)算器也是不夠的，還需要監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)主運(yùn)算器的工作狀態(tài)。制動(dòng)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(shí)候，另一套馬上接管，把車輛安全停好。

三、坐在一臺(tái)自動(dòng)駕駛的汽車上是一種什么樣的體驗(yàn)

千呼萬喚始出來，2014年，一臺(tái)A7自動(dòng)駕駛概念車首次駛上國(guó)內(nèi)道路。而中國(guó)這臺(tái)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(dòng)駕駛汽車依然滿載大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。而在當(dāng)時(shí)，所有的運(yùn)算電腦全部集成在了只有幾個(gè)手機(jī)大小的zFAS中，這樣就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的汽車跟普通汽車一樣，而不是一個(gè)背著大電腦的測(cè)試器。

*圖片來源：汽車之家

*圖片來源：奧迪中國(guó)

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(dòng)駕駛測(cè)試都失敗而歸——要么是自動(dòng)駕駛功能無法激活，要么是激活不久便自動(dòng)退出，所以，多數(shù)時(shí)候需要工程師手動(dòng)駕駛這臺(tái)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(shí)候我竟然緊張的手心出汗。因?yàn)椋邪嘿F的傳感器尤其是首次應(yīng)用在自動(dòng)駕駛車上的激光掃描儀，幾乎全都布置在前保險(xiǎn)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(tái)車已經(jīng)確定要被展出，留給我們的時(shí)間并不多。

功夫不負(fù)有心工程師，經(jīng)過近兩個(gè)月的調(diào)整，系統(tǒng)各項(xiàng)功能基本進(jìn)入正常狀態(tài)，余下的工作便是對(duì)車輛算法和參數(shù)的精調(diào)。

第一次激活自動(dòng)駕駛，完全不需再控制車輛， 手脫離開方向盤，車子自動(dòng)發(fā)動(dòng)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(jì)錄片《汽車百年》截圖

然而這畢竟是臺(tái)還未調(diào)整好的概念車，加之中國(guó)路況太過復(fù)雜，很多處理不了的情況需要駕駛員即時(shí)接管，精神緊張程度比自己開車高了好多。

面對(duì)中國(guó)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(duì)于這臺(tái)擁堵自動(dòng)駕駛，激活條件就是擁堵，那么針對(duì)如何定義擁堵，所有有關(guān)中國(guó)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?yàn)閭€(gè)別情況而造成系統(tǒng)退出。

而針對(duì)國(guó)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(shí)檢測(cè)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(gè)月的的測(cè)試-調(diào)整-測(cè)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(tái)最接近量產(chǎn)的概念車向媒體對(duì)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(shí)的那種自豪與滿足，我至今難忘！所以我駕駛自動(dòng)駕駛汽車的感受，就是貴、緊張、累、興奮、滿足感、人車合一、夢(mèng)想成真！

*圖片來源：薛遲拍攝于上海CES媒體試駕期間， 當(dāng)時(shí)車外大雨，這臺(tái)A7自動(dòng)駕駛車在惡略天氣狀況下自動(dòng)駕駛。

左：底盤測(cè)試工程師Hannes，媒體部 Johanna，駕駛員輔助系統(tǒng)與自動(dòng)駕駛研發(fā)部門總監(jiān)Stefan博士

右：自動(dòng)駕駛研發(fā)工程師吳婧怡，奧迪中國(guó)研發(fā)中心總監(jiān)梅薩德，自動(dòng)駕駛研發(fā)工程師薛遲，底盤戰(zhàn)略師石曉明博士

四、相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)程的介紹

由于第二級(jí)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(duì)修改法律和法規(guī)的壓力并不大。

但到三級(jí)后，駕駛員將不需要對(duì)自動(dòng)駕駛時(shí)的車輛負(fù)責(zé)，這就需要法律和法規(guī)完善這部分的內(nèi)容。總體來說，體現(xiàn)在對(duì)于車輛認(rèn)證相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及涉及安全的上路行駛許可。

在美國(guó)與歐洲，相關(guān)的法律法規(guī)也在加緊制定。美國(guó)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(dòng)駕駛。歐洲也是一樣。很多國(guó)家和地區(qū)對(duì)新技術(shù)持觀望態(tài)度，也有些地區(qū)明確鼓勵(lì)新技術(shù)。

*注：本文圖片來自?shī)W迪中國(guó)和汽車之家

推廣："人工智能與自動(dòng)駕駛 | 專題研討班”開課啦！人工智能知名研究專家?guī)闵钊虢馕鲎詣?dòng)駕駛領(lǐng)域的技術(shù)布局！課程鏈接：http://www.mooc.ai/course/91

雷峰網(wǎng)版權(quán)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。