自动驾驶最核心的技术---感知
自动驾驶的感知是接下来思考和行动的基础

自动驾驶如果要做到老司机的水平,甚至超越老司机,离不开三个核心模块。

感知———思考———行动

感知:

利用各类传感器,如摄像头、雷达、超声波来感知和认识周围的环境。通常需要360°的全环境视图和高精地图配合GPS等来进行精准的定位,并能够检测驾驶员能否有能力控制车辆。

思考:

通过车辆计算机的软件和智能算法执行,处理和解释感知得到的数据。整个过程必须要在非常短的时间内完成,因为如果时速120公里/小时,一秒的时间就足够车辆窜三十几米远了。所以,得要求车辆电脑在毫秒级别就要思考完毕,并得出可靠的预测,规划下一步合适的驾驶策略。

行动:

考虑到周围环境的所有感知数据和定位,能独立、快速、安全、精确地使用动力系统、转向系统和制动系统来移动车辆,使得思考的驾驶策略付诸实践。

感知,是ADV(自动驾驶汽车)的基础。

点云示例

自动驾驶汽车(ADV)的主要传感器包括:相机、雷达、激光雷达、超声波、定位系统(如GPS)、传声器(声音)。除开这些传感器,ADV还可以从云端或者其他汽车获取周边信息来用于指导驾驶。

这里,ADV为什么要多个传感器,为什么不能只用雷达或者摄像头或者超声波,因为不同传感器的可探测的范围、角度、精度,距离都有不同。

比如摄像头受到光线的限制,无法直观感知立体形状,如要大范围探测,还存在边缘失真的情况。而激光雷达精准度高,可以感知立体形状,且不受光线的影响,黑夜里照样发挥作用,但它识别不了平面图像,比如交通指示牌,交通信号灯,在稍微恶劣天气下也会失去精准度。而毫米波雷达就可以比较适应风沙雨雾等恶劣天气情况。比如超声波测距器虽然廉价,但可以识别障碍物,可以用于倒车提醒。但是它受到距离的束缚,且辨别精度低,也无法动态探测远处。而声音探测器也是需要的,它可以用来识别外界的声音,如周围车辆的警报声,后车急促的喇叭声,人们的呼喊声等。

所以,如果要开发ADV,在驾驶上超过老司机,就需要在成本平衡上去细致感知周围,要大范围和远距离,且能在恶劣的天气下也能正常驾驶,多种传感器的搭配是必须的。

奥迪领航驾驶示意图

说到感知,这里要引一个之前的新闻。

当时记得回答里面众说纷纭,有说感知的融合问题没能辨别出来前方是个卡车,有的说雷达的FOV(水平视场)问题,说雷达没能扫描到卡车(因为雷达仰角向上,而卡车的车尾过低)。

但实际不论小鹏还是蔚来,还是现有车企配置的毫米波雷达+摄像头方案,本身就是很依赖摄像头。

毫米波雷达一般有24GHZ和77GHZ,24GHZ的探测距离短,探测角度(FOV)大,精度低,大概是60-70CM的分辨率。而77HZ的探测距离远,能达到200米以上,精度高,大概是20-40CM分辨率。(国内车企采用的大部分是24GHZ毫米波雷达,小鹏、蔚来车型用的毫米波雷达,并未申明是77Ghz.)

即便是77HZ的毫米波雷达,精度也是比较低的,近距离低速下还好,可以分辨出人形、车辆,但稍微远一点距离,几十米开外,加之动态行驶,毫米波雷达基本就属于重度近视,看什么都是花的,只知道前面有个大概的,好像是什么样的轮廓,最后还是要靠摄像头的图片来进行识别。

这也是为什么众多车企都一致说AEB中低速才起作用的原因,因为速度越快,就越要辨别远处的物体。虽然一两百米开外,天气好的情况下摄像头看得清楚,但是毫米波雷达不清楚。而摄像头对于物体的准确判断,则需要大量的实例去喂给AI,告诉他前面那种低矮的不装货的平板,也是货车的一部分,而不是可以忽略的路况。

而感知对ADV的重要性,也可以从下图看出来一二,左右图片是一样的场景,在红外摄像头下的差别。

说了好多高感知的重要性,但实际也需要高昂的感知成本,那能否用低成本的低感知来自动驾驶呢?

实际,低感知也有种自动驾驶的方案,那就是公路列车。

早在2009年,欧盟就启动了一个名为SARTRE的项目,开发和测试在高速公路上的车辆自动驾驶的技术,这种技术也被称为队列技术。

按照火车头领航的模式,每个公路列车的第一辆车由一位熟悉路线的有经验的驾驶员驾驶,可以是公共汽车,大客车等,然后领头的车后面跟随6-8辆有共同路线的其他车辆。除了第一辆车需要司机全程驾驶外,其他车辆使用跟随功能,利用网络连在一起,每辆车的间距可以只有十米甚至更近。

这样也达到了自动驾驶的目的,所有允许跟随的车辆都能做其他的事情,比如电话,吃饭,看书,喝茶,工作等。等司机需要离开这个队伍,前面没有公共路径的话,导航会提醒你自己操纵车辆,准备离开这个车队。到了下一个有共同路途的车队,发出申请,系统接受后,就会接管你的车辆,并入到这个车队中来。

这种方式的好处众多。

后续的每辆车不仅可以自动驾驶,还非常省油,因为前方大车破开了风阻,使得后车风阻较小,预计产生20%的节能效果。

有效提高了道路安全,减弱了80%的事故的人为因素。减少了交通拥堵,提高了高速公路的利用率。

整套方案的成本极低,只需要能够感知前方车辆的动态相对距离即可,不需要额外的高精度传感器。

虽然这个项目后来没有继续做了,但是在未来,我想着也不失为一个自动驾驶方案:全自动驾驶的L5级别汽车带动后续众多L2级别汽车。在某些限定路段(用地理围栏限定范围)内行驶,我觉得是一种低成本且安全的自动驾驶实施方案。