自動駕駛汽車的概念可以追溯到二十世紀五十年代,人們設想可以坐在車里娛樂,車輛的加速和轉向由電子設備自動控制,沒有擁堵、沒有碰撞、沒有疲勞駕駛。
2009年1月17日,Google自動駕駛項目Project Chauffeur正式啟動,在一輛豐田Prius(普銳斯)上安裝激光雷達、3D相機、GNSS-RTK和慣性導航系統等設備來追蹤行人和物體;年底,Google第一代自動駕駛汽車Prius完成100英里(約161km的無人接管自動駕駛任務。
ADAS高級駕駛輔助系統主要分為兩部分——軟件和硬件
感知硬件上,遍布車身的攝像頭負責視覺識別,通過視覺算法進行物體識別、車道線檢測和交通標志識別等任務;
超聲波雷達負責短距離的障礙物探測,主要功能是低速泊車場景;
毫米波雷達用于中遠距離的障礙物探測、速度測量及目標跟蹤;
激光雷達發射激光脈沖并接收反射信號,生成三維點云數據,實現精確的距離測量和環境建模;
其它設備還包括高精度定位設備、慣性測量單元(IMU)等,提供車輛的姿態信息,結合衛星導航、基站定位等多源定位技術,實現厘米級的車輛定位服務。
計算與決策
在具備眾多感知設備后,汽車獲得的數據也呈指數級增長,海量的圖片、視頻需要強大的車載計算機來處理。
國家工業信息安全發展研究中心副總工程師黃鵬在2021中國汽車論壇“智能網聯汽車產業發展與安全分論壇”上公開表示:一輛智能網聯汽車每天至少收集10TB的數據。這些數據不僅包含車輛地理位置、車內及車外環境數據、車聯網使用數據等,還包括駕乘人員的面部表情、動作、目光、聲音數據。
耳熟能詳的英偉達OrinX、英特爾的mobileye、華為的MDC810等,都屬于智駕計算平臺,提供實時數據處理能力和深度學習推理能力,支撐高級駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛系統(ADS)的決策過程。
執行層面
電驅系統、制動系統、轉向系統等,用于執行指令,實現自動化駕駛。
上述層面都是硬件部分,屬于基礎,想要輔助駕駛能真正輔助人類駕駛員行車,還要依賴軟件的支持,也就是算法。而算法也更大程度上決定了ADAS(高級駕駛輔助系統)能力的上限。
我國于2021年8月發布《汽車駕駛自動化分級》GB/T 40429-2021,2022年3月1日起實施,根據該規定,將汽車駕駛自動化從0級到5級共劃分為六個等級,目前已經商用落地的,為2級(部分自動化)及以下等級。
分布式ADAS架構
大概十多年前,部分高檔轎車,如奔馳、奧迪、沃爾沃等,搭載的自適應巡航系統、變道提示輔助系統以及自動剎車就屬于1級自動化。
和1級自動化相匹配的ADAS系統稱為分布式ADAS架構,這種架構和傳統燃油車一樣,由分布于車內的多個控制器獨立運行,各司其職。
如環視攝像頭和超聲波雷達只服務于泊車功能;Y軸ADAS功能由前毫米波雷達實現,X軸ADAS功能由視覺攝像頭實現。在這個框架下,不同功能相互獨立,需要通過服務或接口來調用,傳感器耦合度很低,是典型的分布式開發,也叫1R1V架構。此架構十分依賴供應商,主機廠在掌控力方面基本沒有話語權,屬于給什么方案用什么方案,沒有太大自主權。
分布式ADAS架構優點缺點都很明顯。優點方面,由于功能相對獨立,整個系統的集成難度低,可移植性強,開發周期較短,能以較低成本實現較高的收益。
但缺點也很明顯,由于過分依賴供應商的方案,主機廠往往只能打包購買供應商的方案,假如想要省點成本自己“DIY”,兼容性可能會受到影響,同時開發費用和研發周期也會大幅增加。最重要的是,此架構下,主機廠依然還是“組裝廠”的定位,利潤大頭都被供應商拿走了,并且ADAS的上限低,用戶體驗不夠好。
域控/跨域式ADAS架構
隨著技術的進步,汽車單位時間內產生的數據量大增,需要的芯片算力越來越強,分布式ADAS架構的性能無法滿足需求,域控/跨域式ADAS架構就誕生了。
相比分布式ADAS架構,域控式架構增加了域控制器(相當于一個功能全面的CPU),算法上,將傳感器端上移到域控制器端,傳感器只負責感知,域控制器負責融合算法,提高了功能可用性;整合后,性能的帶寬大幅增加,能并行處理多個感知設備的數據,同時控制能力上,也能實現 “一鍵多用”;此外,主機廠可以根據自己的需求定制功能開發,打破了供應商的封鎖。
比較有名的一個案例就是英特爾的mobileye,由于其采用“黑盒方案”,即給什么用什么,主機廠很難開發自己需要的功能,積累的駕駛數據也不能為己所用,雖然很早就搭載于特斯拉、理想、極氪等多個主機廠的車型上,有著先發優勢,但由于“黑盒方案”的局限性無法滿足主機廠的競爭需求,現在市占率已經遠遠落后于其他同類企業。
而英偉達則反其道而行,自己僅負責研發硬件,并提供開發平臺,需求和功能,乃至算法開發能完全由主機廠自己掌握。除了硬件(算力)上的優勢,由于其獨特的開放性,目前國內很多廠家都以英偉達作為自己ADAS平臺的硬件。
硬件平臺的性能上來后,輔助駕駛的上限則由算法來決定,而算法也分三六九等。如此前的模塊化算法,到BEV+Transformer,再到現在的端到端(End-to-End),而端到端也可以按照架構分為感知“端到端”、決策規劃模型化、模塊化端到端和One Model單一模型端到端。在AI和大模型的助力下,智駕算法正從機器駕駛走向擬人駕駛,直至超越人類的駕駛。(朋月)