自動(dòng)駕駛卡在L2，傳感器成為瓶頸？

自動(dòng)駕駛，或稱(chēng)無(wú)人駕駛概念，在進(jìn)入21世紀(jì)之后就受到廣泛討論。2012年美國(guó)率先發(fā)布自動(dòng)駕駛牌照，向全世界宣布自動(dòng)駕駛時(shí)代的來(lái)臨。2017年12月，北京率先發(fā)布自動(dòng)駕駛細(xì)則，打出了國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的第一槍。2023年的今天，全國(guó)各地已經(jīng)普遍允許自動(dòng)駕駛車(chē)輛上路行駛。

然而，細(xì)看自動(dòng)駕駛方式，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是中國(guó)還是美國(guó)，目前在路上行駛的自動(dòng)駕駛?cè)匀痪窒抻贚2級(jí)別，即僅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟車(chē)與自動(dòng)變道等輔助駕駛功能，距離真正的“雙手離開(kāi)方向盤(pán)”自動(dòng)駕駛還有相當(dāng)大的差距。2020年3月，工信部發(fā)布了《推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批公示》，標(biāo)志著中國(guó)正式擁有自己的自動(dòng)駕駛汽車(chē)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。《公示》中提到，L3 級(jí)駕駛自動(dòng)化（有條件自動(dòng)駕駛）在其設(shè)計(jì)運(yùn)行條件內(nèi)持續(xù)地執(zhí)行全部動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)，由系統(tǒng)承擔(dān)責(zé)任，所以L3以上才被認(rèn)為是真正的自動(dòng)駕駛。

自動(dòng)駕駛技術(shù)，卡在哪里了？在最近舉辦的上海傳感器大會(huì)上，鐘志華院士就自動(dòng)駕駛與傳感器技術(shù)發(fā)表演講，分享了未來(lái)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展方向。其中車(chē)路協(xié)同與單車(chē)智能兩條發(fā)展路線被鐘院士著重提及。這兩類(lèi)方向，雖然目的都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，但在傳感器與算法的發(fā)展方向上卻截然不同。要找到自動(dòng)駕駛技術(shù)究竟卡在哪里，要分成兩條發(fā)展路徑分析。

單車(chē)智能：指車(chē)輛通過(guò)硬件設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境、狀態(tài)的感知，將信息交由軟件系統(tǒng)分析決策，并控制車(chē)輛完成既定的動(dòng)作。

車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)：以路側(cè)系統(tǒng)和車(chē)載系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建，通過(guò)無(wú)線通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)路信息交互和共享的系統(tǒng)，是推動(dòng)自動(dòng)駕駛步入L3及以上更高等級(jí)的必要系統(tǒng)。

車(chē)路協(xié)同概念 ?圖源：程序員客棧

其實(shí)無(wú)論是單車(chē)智能還是車(chē)路協(xié)同，它們本質(zhì)上都是要車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)避障與安全行駛。不過(guò)這兩個(gè)方向有一點(diǎn)重要，車(chē)輛怎么知道前方路途如何，是否有障礙物在阻礙行駛。目前網(wǎng)絡(luò)上對(duì)于車(chē)路協(xié)同與單車(chē)智能的討論有很多，本文將帶你了解這兩種方案在硬件或傳感器上的區(qū)別，也就是為你解答，“誰(shuí)”來(lái)告訴自動(dòng)駕駛車(chē)輛怎么走？為什么感覺(jué)自動(dòng)駕駛發(fā)展“停滯”了？

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單車(chē)智能：車(chē)輛自己決定怎么走

自動(dòng)駕駛 ?圖源：澎湃新聞

單車(chē)智能其實(shí)很好理解，我們目前的自動(dòng)駕駛發(fā)展方向主要就是單車(chē)智能，也就是在自動(dòng)駕駛車(chē)輛上搭載大量高精度傳感器，再配合高算力芯片，自行分析路況，制定行車(chē)決策。

單車(chē)智能其實(shí)就是模擬傳統(tǒng)駕駛方式。在傳統(tǒng)駕駛中，司機(jī)通過(guò)聽(tīng)與看獲取外界信息，然后作出相應(yīng)的駕駛動(dòng)作。例如看到紅燈會(huì)停車(chē)，看到路人橫穿馬路會(huì)減速避讓等。為了模擬人類(lèi)對(duì)于外界信息的收集能力，無(wú)人駕駛工程師不得不在車(chē)輛上裝載大量傳感器，而這些傳感器與它們背后的處理芯片，目前是無(wú)人駕駛發(fā)展的關(guān)鍵。

單車(chē)智能路線的傳感器，既有幾乎百分百車(chē)輛覆蓋的攝像頭（視覺(jué)傳感），也有適用復(fù)雜環(huán)境的毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)，適用夜間環(huán)境的紅外傳感器，以及輔助倒車(chē)泊車(chē)的超聲波雷達(dá)或微波雷達(dá)等。總的來(lái)說(shuō)，單車(chē)智能大致能分成“視覺(jué)派”與“雷達(dá)派”兩種。

“視覺(jué)派”即是純視覺(jué)方案，利用高清攝像頭模擬人眼進(jìn)行道路識(shí)別。目前特斯拉、極氪、百度Apollo還堅(jiān)持使用純視覺(jué)方案自動(dòng)駕駛。這種方式需要在車(chē)輛周?chē)贾么罅繑z像頭來(lái)感知周邊環(huán)境，盡管攝像頭用量較大，但由于攝像頭擁有大量成熟的技術(shù)與算法方案支持，與雷達(dá)方案相比反而成本更低，較容易實(shí)現(xiàn)大部分ADAS功能。純視覺(jué)方案在工作時(shí)對(duì)算力需求較高，且并不擅長(zhǎng)測(cè)距，在復(fù)雜與惡劣環(huán)境下容易失效。純視覺(jué)方案受限于其物理特性，很難做到高級(jí)別自動(dòng)駕駛。

純視覺(jué)方案 ?圖源：電子工程專(zhuān)輯

“雷達(dá)派”則在視覺(jué)方案的加裝了毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)。毫米波雷達(dá)是使用毫米波段的探測(cè)雷達(dá)，它利用高頻電路產(chǎn)生特定頻率的電磁波，通過(guò)天線發(fā)送出去，然后接收從目標(biāo)返回來(lái)的電磁波，來(lái)判斷外界目標(biāo)的各個(gè)參數(shù)，例如大小、距離、速度等。激光雷達(dá)則是發(fā)射激光脈沖點(diǎn)陣，通過(guò)探測(cè)器接收回波來(lái)判斷外界物體的特征。雷達(dá)方案相比純視覺(jué)方案，能夠規(guī)避可見(jiàn)光波段的種種缺陷，例如無(wú)法直接判斷景深、容易受環(huán)境影響、低分辨率誤判等。

不過(guò)目前雷達(dá)方案成本相比視覺(jué)方案要高不少，尤其是激光雷達(dá)，雖然擁有優(yōu)秀的測(cè)距性能與精確的物塊分析能力，但成本也是最高的。此外，較低成本的雷達(dá)測(cè)量范圍有限，往往需要使用多個(gè)傳感器來(lái)覆蓋整個(gè)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，這進(jìn)一步增加了成本和復(fù)雜性。此前馬斯克就曾揚(yáng)言特斯拉不會(huì)搭載激光雷達(dá)，因?yàn)楸藭r(shí)一臺(tái)雷達(dá)價(jià)格就接近10萬(wàn)美元。近日禾賽科技在納斯達(dá)克IPO，中國(guó)激光雷達(dá)迎來(lái)第一股，它IPO的背后功臣是一款銷(xiāo)量6萬(wàn)臺(tái)的激光雷達(dá)。不過(guò)禾賽科技也被爆出熱銷(xiāo)的原因是“虧本賺吆喝”，每銷(xiāo)售一臺(tái)就要虧一千塊。不過(guò)特斯拉和禾賽的例子也意味著，若激光雷達(dá)的成本進(jìn)一步降低，是完全有更大規(guī)模上車(chē)的潛力的。因此，在港口、工廠等小環(huán)境中，以雷達(dá)為主的自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用較快，再進(jìn)一步發(fā)展普及就需要等待技術(shù)突破來(lái)壓低成本了。

車(chē)路協(xié)同：怎么走，道路說(shuō)

車(chē)路協(xié)同交互的傳感器 ?圖源：武漢大學(xué)官網(wǎng)

鐘院士的演講有一點(diǎn)很有意思，他將未來(lái)的城市比喻成一個(gè)大車(chē)間，無(wú)人車(chē)輛在統(tǒng)一的規(guī)劃下有序行駛。車(chē)路協(xié)同（V2X）就與這種“大車(chē)間”的運(yùn)作模式十分相似。目前上海洋山港已經(jīng)建成完備的無(wú)人港口。據(jù)官方資料介紹，洋山港的車(chē)路協(xié)同技術(shù)引入AI人工智能控制、5G、V2X通訊、北斗導(dǎo)航等技術(shù)，在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景下的L4級(jí)別無(wú)人駕駛。所以，理論上，我們把洋山港放大幾百倍，讓它的面積大到能覆蓋整個(gè)城市不就行了嗎？

其實(shí)，當(dāng)特定的無(wú)人駕駛區(qū)域超越了所謂的“車(chē)間”大小，自駕難度就會(huì)指數(shù)級(jí)上升。其中最大的變化就是引入行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)、野生動(dòng)物等不穩(wěn)定因素。此外，城市中的堵車(chē)、亂停車(chē)、交通事故等突發(fā)情況也會(huì)對(duì)自動(dòng)駕駛產(chǎn)生影響。

此前，密歇根州立大學(xué)和谷歌母公司Alphabet旗下的基礎(chǔ)設(shè)施初創(chuàng)公司Cavnue合作建設(shè)世界上第一條大規(guī)模自動(dòng)駕駛專(zhuān)用道路。項(xiàng)目中的人類(lèi)因素專(zhuān)家表示自動(dòng)駕駛在大多數(shù)情況下表現(xiàn)良好，但“它們與人類(lèi)司機(jī)互動(dòng)的方式有點(diǎn)令人擔(dān)憂”。他表示這種車(chē)輛很難識(shí)別人類(lèi)，導(dǎo)致致命事故的發(fā)生。也就是說(shuō)，在完全遵守規(guī)則的情況下，車(chē)路協(xié)同下的自動(dòng)駕駛很容易實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)實(shí)情況并非如此。車(chē)路協(xié)同對(duì)外界環(huán)境的變化判斷依賴(lài)超算“大腦”，執(zhí)行的指令則需要通過(guò)高速傳輸通道，以極低的延時(shí)傳輸?shù)杰?chē)輛中。所以，在與外界進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換中，5G傳感器的優(yōu)勢(shì)就凸現(xiàn)出來(lái)。在“低延時(shí)”這一點(diǎn)，有國(guó)外專(zhuān)家表示：當(dāng)你在4G或5G的手機(jī)上看流媒體視頻時(shí)，如果你的視頻延遲半秒開(kāi)始，大多數(shù)人都無(wú)法察覺(jué)。但對(duì)于車(chē)輛來(lái)說(shuō)，那半秒的信息延遲可能會(huì)造成事故。”

在車(chē)路協(xié)同的“車(chē)”中，除了通信外，也需要很多傳感器相互配合工作。目前車(chē)路協(xié)同技術(shù)路徑下可能會(huì)用到以下傳感器：5G傳感器（基帶）：用于與云計(jì)算相連，接收智慧城市系統(tǒng)信號(hào)；激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)：用于檢測(cè)和跟蹤車(chē)輛、行人和其他障礙物；攝像頭：用于識(shí)別和跟蹤車(chē)輛、行人和道路標(biāo)志等；GPS定位傳感器：用于確定車(chē)輛的位置和方向；車(chē)輛識(shí)別傳感器：用于云端識(shí)別車(chē)輛類(lèi)型和車(chē)牌號(hào)碼等信息；壓力傳感器：用于檢測(cè)道路表面狀態(tài)，例如溫度和濕度等；磁力傳感器：用于監(jiān)測(cè)道路交通流量。車(chē)路協(xié)同使用的傳感器種類(lèi)相比單車(chē)智能更多，其目的是收集和分析交通、車(chē)輛和環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)智能化交通控制和車(chē)輛管理。

車(chē)路協(xié)同 ?圖源：德勤分析

但車(chē)路協(xié)同是一項(xiàng)涉及多方面的技術(shù)，尤其在數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)收集傳感器上需要更多投入。

通信傳輸：為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、可靠和安全的通信，需要使用高速、低延遲、高可靠性和安全性的通信技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)提供了更高的帶寬和更低的延遲，這使得車(chē)輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信更加可靠和快速。5G網(wǎng)絡(luò)還可以支持更多的設(shè)備連接，這對(duì)于車(chē)路協(xié)同系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗枰罅康脑O(shè)備連接，例如車(chē)輛、道路設(shè)施和傳感器等。不過(guò)現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)還需要進(jìn)一步解決在高密度交通環(huán)境中的應(yīng)用以及通信帶寬上限等問(wèn)題。

數(shù)據(jù)收集：車(chē)路協(xié)同需要收集和處理大量的數(shù)據(jù)，包括車(chē)輛位置、速度、方向、道路狀況、天氣狀況等，用來(lái)對(duì)交通狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化。因此，高效、耐用且精確的多維度數(shù)據(jù)車(chē)輛傳感器也是車(chē)路協(xié)同的關(guān)鍵。目前北京雄安新區(qū)已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)布滿傳感器的自動(dòng)駕駛“專(zhuān)用路”，未來(lái)隨著基礎(chǔ)設(shè)施的鋪設(shè)，車(chē)路協(xié)同也將更快實(shí)現(xiàn)。

實(shí)裝的車(chē)路協(xié)同傳感器 ?圖源：新智元

寫(xiě)在最后

單車(chē)智能方案起步較早，但受限于傳感器價(jià)格目前發(fā)展較慢。車(chē)路協(xié)同技術(shù)雖然對(duì)單車(chē)高質(zhì)量傳感器需求較少，但尚處于市場(chǎng)初級(jí)階段，在技術(shù)上還存在諸多難點(diǎn)。此外，在商業(yè)落地方面，車(chē)路協(xié)同還面臨著投資積極性不足、后期運(yùn)營(yíng)困難的問(wèn)題。例如傳感器過(guò)幾年就要更新，這將消耗大量設(shè)備采購(gòu)資金與人工成本。

總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論是單車(chē)智能還是車(chē)路協(xié)同，目前成本是限制自動(dòng)駕駛發(fā)展的最大障礙。相信未來(lái)隨著兩種技術(shù)路線的規(guī)?；瘧?yīng)用，傳感器的價(jià)格將進(jìn)一步下降。在智能化的大趨勢(shì)下，這兩項(xiàng)技術(shù)將不斷優(yōu)化和完善，為人們帶來(lái)更加安全、便捷、高效的出行體驗(yàn)。人們帶來(lái)更加安全、便捷、高效的出行體驗(yàn)。