無人駕駛汽車的工作原理

1、無人駕駛汽車的工作原理在美國國家公路交通安全管理局美國運(yùn)輸部（NHTSA）近日發(fā)布了對(duì)自駕車技術(shù)的當(dāng)前狀態(tài)的概覽報(bào)告。根據(jù)該報(bào)告，自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)仍處于研發(fā)階段。下面給出的地圖描繪了美國的受控測試地點(diǎn)，這些地點(diǎn)使用建模，仿真和道路上的自動(dòng)駕駛汽車組件和系統(tǒng)。Figure1:MapofU.S.AutomatedVehicleTestSitesSource：NHTSA/VolpeCenter-March2019資料來源：美國國家公路交通安全管理局本文旨在提供有關(guān)自動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛汽車目前在現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)行方式（從硬件到軟件）的基本信息和入門信息。我們將本文分為三個(gè)部分：什么構(gòu)成無人駕駛汽車（自動(dòng)駕

2、駛級(jí)別）自動(dòng)駕駛汽車如何與彼此及其周圍環(huán)境互動(dòng)Google的Waymo和Tesla的Autopilot如何運(yùn)作的最新示例我們將從檢查自治級(jí)別開始：無人駕駛汽車的自主程度根據(jù)SAEInternational的說法，自動(dòng)駕駛汽車具有五個(gè)級(jí)別的自主權(quán):OVERFORATABLESUMMARIZINGLEVELSOFAUTOMATIONFORON-RQADVEHICLES-J3016condlllonalHighFullAutomstiorAirtamdtionAutomationLearnmoreaboutSAEJ3O16orcondlllonalHighFullAutomstiorAirtamdt

3、ionAutomationLearnmoreaboutSAEJ3O16orpurchasethestandarddocjmentNoAutomationDriverPartialAssJitnnnAutomation級(jí)別1：這是系統(tǒng)和操作員共享控制權(quán)的低級(jí)別自動(dòng)化。例如，自適應(yīng)巡航控制功能控制發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)功率，以實(shí)現(xiàn)速度變化和維護(hù)，而駕駛員則控制轉(zhuǎn)向。1級(jí)系統(tǒng)可能需要隨時(shí)進(jìn)行全面的人為控制。級(jí)別2：在此級(jí)別上，雖然系統(tǒng)控制著車輛操作（例如加速，制動(dòng)和轉(zhuǎn)向），但需要駕駛員對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。許多2級(jí)車輛要求駕駛員握住方向盤，以使自動(dòng)駕駛系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。級(jí)別3：屬于此類別的自動(dòng)駕駛汽車允許駕

4、駛員執(zhí)行其他任務(wù)（例如發(fā)短信或看電影），而系統(tǒng)則控制了大多數(shù)汽車的運(yùn)行。但是，對(duì)于車輛制造商指定的某些操作，該系統(tǒng)需要駕駛員在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行干預(yù)。級(jí)別4：該級(jí)別支持自動(dòng)駕駛，而駕駛員的干預(yù)最少，但它僅在選定的，稱為地理圍欄區(qū)域的地圖位置中支持。級(jí)別5：不需要人工干預(yù)。盡管5級(jí)自治是許多自動(dòng)駕駛汽車公司的共同夢想，但它們各自達(dá)到5級(jí)自治的途徑卻大不相同。一些公司認(rèn)為3級(jí)和4級(jí)自治太危險(xiǎn)了，因?yàn)閺臋C(jī)器到人的交接可能是不可預(yù)測的并且是危險(xiǎn)的（從發(fā)短信或看電影轉(zhuǎn)向擺脫事故可能是不切實(shí)際的期望）。無人駕駛汽車如何與周圍環(huán)境互動(dòng)根據(jù)美國運(yùn)輸部的說法，互聯(lián)和自動(dòng)駕駛車輛可以通過三種方式相互通信及其周圍環(huán)境

5、：車對(duì)車（V2V）交互自動(dòng)駕駛汽車之間的丫2丫交互允許在路線,擁堵，障礙物和危險(xiǎn)方面進(jìn)行信息交換。例如，如果自動(dòng)駕駛汽車遇到事故或交通流量大但行駛緩慢的情況，它可以將信息中繼到其他自動(dòng)駕駛汽車，后者可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)調(diào)整其路線，并有可能避免事故和交通。車輛到基礎(chǔ)架構(gòu)（曠21）交互自動(dòng)駕駛汽車可以與基礎(chǔ)設(shè)施組件（例如智能停車系統(tǒng)）進(jìn)行通信，以計(jì)劃路線并在旅程開始之前預(yù)留停車位。該信息在自動(dòng)駕駛汽車必須確定到達(dá)目的地（平行，垂直或成角度）時(shí)如何停車時(shí)特別有用。此外，其他無人駕駛汽車會(huì)提前“知道”特定的停車位是否已經(jīng)預(yù)留或開放。車輛到行人（V2P）交互該V2P相互作用主要是進(jìn)行自駕車和行人的智能手

6、機(jī)應(yīng)用程序之間。據(jù)明尼蘇達(dá)大學(xué)（UniversityofMinnesota）稱，它資助了一個(gè)名為“移動(dòng)無障礙行人信號(hào)”（MAPS）的V2P原型。視覺受損的行人可以使用MAPS分別接收和提供有關(guān)交叉路口和行人位置的信息。然后，自動(dòng)駕駛汽車將使用這些數(shù)據(jù)以及汽車傳感器和LiDAR提供的數(shù)據(jù)，以更準(zhǔn)確地定位行人并可能避免碰撞。CDA數(shù)據(jù)分析師(CDA.cn)真本事，心舒適!當(dāng)前無人駕駛汽車和工作部件的例子谷歌和特斯拉是當(dāng)前自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域最大的參與者。為了更好地了解自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)時(shí)工作原理，本文詳細(xì)介紹了Google的Waymo和特斯拉的Autopilot的運(yùn)作方式。谷歌的Waymo根據(jù)Googl

7、e的說法，Waymo是4級(jí)自治系統(tǒng)，需要最少的人工干預(yù)。Waymo的硬件基礎(chǔ)架構(gòu)資料來源：谷歌下面提供了Waymo硬件的描述性圖像:RadarSystemLiDAASystem資料來源：谷歌下面提供了Waymo硬件的描述性圖像:RadarSystemLiDAASystem圳，SupplementalSensorsVisionSystemWaymo的基礎(chǔ)設(shè)施包括各種傳感器，雷達(dá)和攝像頭系統(tǒng)。激光雷達(dá)傳感器根據(jù)Google的說法，Waymo具有能夠在不同照明條件下運(yùn)行的多層傳感器套件。該傳感器套件本質(zhì)上是一種全向LiDAR系統(tǒng)，包括短距離，高分辨率中距離和遠(yuǎn)程LiDAR。這些激光雷達(dá)每秒投射數(shù)百萬

8、個(gè)激光脈沖，并計(jì)算光束從表面或人身上反射并返回自動(dòng)駕駛汽車所需的時(shí)間。CDACDA數(shù)據(jù)分析師(CDA.cn)真本事，心舒適!CDACDA數(shù)據(jù)分析師（CDA.cn）真本事，心舒適!據(jù)報(bào)道，Waymo基于從LiDAR光束接收的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了周圍環(huán)境的3D地圖，識(shí)別了移動(dòng)和不固定的物體，包括其他車輛，騎自行車的人，行人，交通信號(hào)燈和各種道路特征。視覺系統(tǒng)Waymo的視覺系統(tǒng)是另一套全向高分辨率相機(jī)套件，據(jù)稱能夠在弱光條件下識(shí)別顏色。這有助于檢測不同的交通信號(hào)燈，其他車輛，建筑區(qū)域和應(yīng)急燈。雷達(dá)Google稱Waymo使用雷達(dá)系統(tǒng)通過波長在不同的光和天氣條件（例如雨，雪和霧）周圍“行進(jìn)”來感知物體和運(yùn)動(dòng)

9、。該雷達(dá)系統(tǒng)也是全向的，可以在自動(dòng)駕駛汽車周圍360度跟蹤行人和其他車輛的速度。輔助傳感器Waymo還補(bǔ)充了額外的傳感器，這些傳感器包括用于檢測緊急警報(bào)的音頻檢測系統(tǒng)和用于跟蹤物理位置的GPS。Waymo的自動(dòng)駕駛軟件谷歌聲稱Waymo的自動(dòng)駕駛軟件已經(jīng)基于“50億英里的模擬駕駛和500萬英里的公路駕駛體驗(yàn)”進(jìn)行了培訓(xùn)和測試。它由機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供支持。根據(jù)Google的說法，Waymo的4級(jí)技術(shù)可以檢測和“理解”物體及其行為，并通過三方面的過程來調(diào)整自動(dòng)駕駛汽車的行為。感知據(jù)報(bào)道，Waymo可以檢測，識(shí)別和分類道路上的物體（包括行人和其他車輛），同時(shí)隨時(shí)間測量其速度，方向和加速度。例如，Way

10、mo的感知軟件從傳感器和雷達(dá)收集數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建周圍環(huán)境的模擬“視圖”。由于此功能，Waymo能夠確定路燈變綠時(shí)，路燈變綠時(shí)是否可以繼續(xù)通過交通，或通過交通錐指示的阻塞車道來調(diào)整路線。行為預(yù)測根據(jù)Google的說法，Waymo可以根據(jù)物體的分類來預(yù)測物體在道路上的行為，方法是從使用“數(shù)百萬英里的駕駛經(jīng)驗(yàn)”構(gòu)建的訓(xùn)練模型中推斷數(shù)據(jù)。例如，自動(dòng)駕駛軟件“理解”，盡管行人看上去與騎自行車的人相似，但他們的行進(jìn)速度比騎行者慢，并且方向變化更為突然。規(guī)劃據(jù)報(bào)道，規(guī)劃器軟件使用感知和行為預(yù)測軟件捕獲的信息來規(guī)劃Waymo的適當(dāng)路線。谷歌稱，Waymo的計(jì)劃者的運(yùn)作就像一個(gè)“防御性駕駛員”，他選擇遠(yuǎn)離盲區(qū)，并為

11、騎自行車的人和行人留出余地。特斯拉的自動(dòng)駕駛儀根據(jù)特斯拉的說法，自動(dòng)駕駛儀是2級(jí)自動(dòng)駕駛汽車的功能。與大多數(shù)2級(jí)系統(tǒng)一樣，自動(dòng)駕駛儀要求駕駛員始終握住方向盤，以接管控制權(quán)。特斯拉還警告說，駕駛員在自動(dòng)駕駛過程中必須具有充分的功能和意識(shí)。自動(dòng)駕駛儀硬件下圖顯示了自動(dòng)駕駛儀的硬件組件。Mudstance1fl0mWidFcrwmlDanwaMaxdstrtcH0kn-MoihForwaiHlCnnwniMudHama150mNunowFotwnrdMudisluncv250mMudstance1fl0mWidFcrwmlDanwaMaxdstrtcH0kn-MoihForwaiHlCnnwniMu

12、dHama150mNunowFotwnrdMudisluncv250mRelAewC”nEMaxMm?日印ac?1MForwardLOvhingi名曲（CaiiltFMMflKdllBncvWfiAodwwasManceifflm資料來源：特斯拉據(jù)特斯拉稱，其2014年至2016年10月之間生產(chǎn)的自動(dòng)駕駛汽車包括有限的超聲波傳感器，低功率雷達(dá)和僅一個(gè)攝像頭。自2016年以來建造的設(shè)備包括12個(gè)用于附近物體和行人識(shí)別的超聲波傳感器，能夠“感應(yīng)”不同天氣條件的前置雷達(dá)，八個(gè)用作特斯拉內(nèi)部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)饋送信號(hào)的外部攝像頭以及處理輸入的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以毫秒為單位。特斯拉聯(lián)網(wǎng)汽車軟件不斷進(jìn)行“空中更新”。自動(dòng)駕

13、駛軟件交通感知巡航控制系統(tǒng)，可根據(jù)周圍交通情況保持速度。駕駛員在標(biāo)記清晰的車道內(nèi)進(jìn)行“自動(dòng)轉(zhuǎn)向”自動(dòng)車道變更，可在車道之間轉(zhuǎn)換駕駛員輔助的“自動(dòng)駕駛導(dǎo)航”，用于指導(dǎo)車輛從高速公路的匝道駛?cè)朐训?，包括建議和更改車道，導(dǎo)航高速公路交匯處和駛出出口。自動(dòng)停車，可自動(dòng)平行或垂直停車召喚從停車位“呼喚”汽車下面簡要說明了上述功能的工作原理：在自動(dòng)駕駛儀上導(dǎo)航“自動(dòng)駕駛導(dǎo)航”功能使駕駛員可以將目的地輸入到車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)中，從而啟動(dòng)顯示計(jì)劃路線的“360度可視化”。出于安全原因，每次旅行都必須啟用此功能。據(jù)特斯拉稱，它無法在默認(rèn)模式下運(yùn)行。自動(dòng)換道“在自動(dòng)駕駛儀上導(dǎo)航”功能包括兩種類型的車道變更：基于路線和

14、基于速度。前者允許車輛不顧速度而堅(jiān)持導(dǎo)航路線。后者基于一些設(shè)置，建議以設(shè)定的巡航速度為參考，將車輛過渡到比自動(dòng)駕駛儀更快或更慢的車道。當(dāng)駕駛員選擇退出換道確認(rèn)通知時(shí)，自動(dòng)換道進(jìn)入模式。但是，特斯拉警告駕駛員，此功能不是完全自動(dòng)的，需要全神貫注并按住方向盤。Tesla聲稱駕駛員可以隨時(shí)手動(dòng)覆蓋此功能。停車和召喚當(dāng)汽車以低速行駛時(shí)，駕駛員可以啟動(dòng)自動(dòng)停車，以檢測合適的停車位。這需要手動(dòng)干預(yù)，使汽車倒退并按啟動(dòng)，但是，在汽車開始獨(dú)立控制速度，改變檔位和轉(zhuǎn)向角之前。CDACDA數(shù)據(jù)分析師（CDA.cn）真本事，心舒適!當(dāng)乘客想要“呼叫”汽車并通過一系列前進(jìn)和后退按鈕單擊來引導(dǎo)汽車時(shí)，自動(dòng)駕駛儀還具有通

15、過應(yīng)用程序觸發(fā)的召喚按鈕。自治的障礙在過去的五年中，無人駕駛汽車投資激增，但仍然存在許多重要挑戰(zhàn)，難以實(shí)現(xiàn)5級(jí)自動(dòng)駕駛：發(fā)展中國家的道路規(guī)則-加州的高速公路不同于開羅或班加羅爾的交通。除非開發(fā)出能夠處理其獨(dú)特情況和道路規(guī)范的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，否則在自動(dòng)駕駛汽車的采用方面（因此在安全性，更低的排放量和提高的工人生產(chǎn)率方面）可能會(huì)落后于發(fā)展中國家。在這些國家或“測試區(qū)域”中，這可能涉及對(duì)駕駛習(xí)慣和規(guī)范的重大改變，在這些區(qū)域中適用不同的道路規(guī)則并且可以對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)行測試。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)-為了使車輛與自身或與基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信,必須開發(fā)新的通信渠道。這些渠道應(yīng)允許不同品牌和型號(hào)的車輛進(jìn)行通信，并且應(yīng)盡可能防止黑客入侵和欺騙。在美國和其他國家/地區(qū)努力推進(jìn)這些標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還有許多工作要做，以確保安全并在車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間建立統(tǒng)一的智能層。安全閾值-2000年至2010年間,美國商