ADAS 和自動駕駛可擴展實現(xiàn)方法白皮書 2024 -一種可擴展的先進駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛方法

JamesHodgson，研究總監(jiān) 1 3 3 4 6 6 7 9 9 15大力投資于輔助駕駛和自動駕駛的開發(fā)和部署。一系列廣泛的應(yīng)用要么將為駕駛員提供輔助，幫助駕駛員更安全地駕駛、代替駕駛員執(zhí)行某些任務(wù)，或最終通過整個每個自動駕駛應(yīng)用都結(jié)合了一組特定的功能和一定程度的駕駛員脫離，即在一定程度上由駕駛員負責(zé)的前提下進行縱向和橫向自動化的組合。這里所說的駕駛員負責(zé)是指，可能需要駕駛員進行持續(xù)監(jiān)督，或者也可能允許駕駛員“脫手”、“脫眼”一個極端是主動安全系統(tǒng)，其設(shè)計用于僅在特殊情況下通過警告或減輕碰撞的操作輔助駕駛員，并保持駕駛員完全控制；而另一個極端是無人駕駛汽車，將完全取代11更多自動駕駛功能更多自動駕駛功能功能：大范圍駕駛操作監(jiān)督：全面、持續(xù)功能：有限車道保持和速度控制監(jiān)督：全面、持續(xù)功能：有限車道保持和速度控制●監(jiān)督：脫眼、保持警覺功能：大范圍駕駛操作監(jiān)督：脫眼、脫腦或不需要駕駛員更多無人監(jiān)督操作從消費者的角度來看，這些功能/監(jiān)管組合在價值、成本和對個人出行體驗的整體影響方面似乎有著根本的不同。然而，從架構(gòu)的角度來看，這些應(yīng)用共享一套通用的支持技術(shù)，通過添加額外因此，汽車行業(yè)應(yīng)該采取可擴展的方法來實現(xiàn)他們的主動安全、半自動駕駛和全自動駕駛應(yīng)用。?降低成本：由于無需為每個自動駕駛應(yīng)用構(gòu)建一個新平臺，使用一套通用的支持技術(shù)來支持中，可以在短期、高銷量機會中獲得大量經(jīng)驗，為無人監(jiān)督自動駕駛的未來成功部署奠定22汽車行業(yè)短期內(nèi)最大的機會是先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，它通過識別障礙物和危險情況來輔助駕駛員，并輔助駕駛員避免碰撞。在大多數(shù)情況下，這涉及使用主動傳感器來檢測和分類道路一般而言，汽車制造商通常不會通過安全性來區(qū)分。這反映了消費者的普遍態(tài)度，即每輛汽車都應(yīng)該在最先進技術(shù)允許的情況下盡可能安全。因此，典型車輛的安全規(guī)范由法規(guī)和準法規(guī)推在安全評分中反映這些測試的性能的具體路線圖各不相同。然而，總體而言，安全測試領(lǐng)域的使用主動傳感器檢測和緩解車輛內(nèi)部危險的系統(tǒng)。典型的應(yīng)用包括疲勞和駕駛員分心檢測，33安全評級機構(gòu)的路線圖越來越多地獎勵使用蜂窩連接和廣播V2X等非視距(NLOS)技術(shù)識別視雖然安全評級機構(gòu)制定了測試協(xié)議來獎勵能夠成功檢測和緩解特定事故場景的ADAS，但他們采用的是技術(shù)中立的策略，允許汽車制造商在采購ADAS解決方案時從各種競爭性的替代方案中進行選擇。然而，汽車行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了能夠以可擴展且經(jīng)濟實惠的方式提供所需性能的技術(shù)解為了對各種潛在障礙物進行穩(wěn)定可靠的檢測、識別和測距，汽車制造商通常采用兩種感知方法中的一種。最廣泛采用的方法是攝像頭/雷達傳感器融合，兩種傳感器模態(tài)的對比優(yōu)勢能夠提供并通過使用光流分析和運動結(jié)構(gòu)，還可以通過非概率方法提供深度輸入。然而，在極端光照和惡劣天氣條件下，攝像頭傳感器可能會遇到困難。相比之下，雷達傳感器分辨率相對較低，但在影響攝像頭性能的相同情況下仍能繼續(xù)正常工作。雷達傳感器還提供諸如距離和相對速度等圖2：攝像頭/雷達傳感器融合分辨率雷達攝像頭在惡劣天氣下在惡劣天氣下的性能在極端光照條件下的性能測距精度速度相對成本44方式類似于人類使用雙目視覺確定深度和距離。這種方法實現(xiàn)了一種計算效率極高的方由于汽車制造商通過主動安全實現(xiàn)差異化的途徑有限，選擇獨立/專用計算來提供必要的應(yīng)用處理、圖像信號處理、安全性和汽車級設(shè)計。特別是，將主動安全所需的功能安全負擔(dān)限制在專用SoC中的能力已經(jīng)幫助汽車制造商限制了與主動安全相55SAEJ3016將2級自動駕駛定義為“……為駕駛員提供轉(zhuǎn)向和剎車/加速度輔助……”，駕駛員必須“持續(xù)監(jiān)督”。對于大多數(shù)2級自動駕駛汽車，這種縱向和橫向輔助的組合通常以兩個不同的越來越多的原始設(shè)備制造商將提供協(xié)調(diào)的縱向和橫向輔助的2級系統(tǒng)推向市場，利用最初為3級和如果這些功能在人類駕駛員的持續(xù)監(jiān)督下執(zhí)將多種自動化功能與駕駛員持續(xù)監(jiān)督結(jié)合起來的半自動駕駛應(yīng)用在汽車行業(yè)被稱為“2+級”或程。雖然一些地區(qū)現(xiàn)在正開始制定無人監(jiān)督自動駕駛汽車的類型批準和保險仍然復(fù)雜，汽車制造商將在可預(yù)見的未來應(yīng)對不同市場的不同要求。相比之商仍然擔(dān)心他們的品牌與車輛在無人監(jiān)督的情況下行駛時可能發(fā)生的任何事故相關(guān)聯(lián)查得出的最終結(jié)論認定另一道路使用者為過錯方，但在此期間備受矚目的事故對品牌程中的中心地位，同時通過2+級功能為他們提供輔助，有助于規(guī)避風(fēng)險的原始設(shè)備制造商在未66為人類駕駛員提供了這種冗余）。這使得2+級部署的成本效益在中短期內(nèi)要高出許多。隨著一步提高其安全性。與通常受安全評級機構(gòu)測試協(xié)議影響的主動安全系統(tǒng)不同，2+級系統(tǒng)的從而推動自動駕駛汽車的革命。原始設(shè)備制造商及其供應(yīng)商和合作伙伴已經(jīng)投資了數(shù)十億美元進過利用最初打算在高度自動駕駛汽車中部署的軟件，原始設(shè)備制造商可以提供一種比消費者以前在特殊情況下，主動安全先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)為了提供這種一體化的縱向和橫向輔助，2+級系統(tǒng)需要覆與主動安全實現(xiàn)相同的原因，攝像頭傳感器通常由雷達傳感器支持，兩種傳感器的對比優(yōu)勢實現(xiàn)互補。然而，由于駕駛員在持續(xù)監(jiān)督系統(tǒng)的運行，因此無需激光雷達或成像/高清雷達等額外的774444341420000030605800111111主動安全系統(tǒng)通常依靠高能效的精益計算，在盡可能最小的成本和計算功耗范圍內(nèi)提供確保最種駕駛功能，而且往往還需要超出銷售點功能的必這一點尤其重要，因為2+級系統(tǒng)的訂閱業(yè)務(wù)模式非常普遍，在這種模式下，消費者需要支付月費或年費來維持對2+級功能的使用權(quán)限。在這種商業(yè)模式中，最大限度地減少客戶流失并為消費者保持價值至關(guān)重要，而定期提供新功能是留住消費者并讓消費者為2+級訂閱付費的最佳策略。這88這些2+級計算平臺比通常用于主動安全的離散能仍然會同時使用一些離散的計算集群和一個高性能SoC。在某些情況下，這將采取在中央SoC內(nèi)融合之前預(yù)處理傳感器數(shù)據(jù)的形式，但也適用于一些傾向于駐留在專用計算上的應(yīng)用，由于駕駛員在所有2+級應(yīng)用中發(fā)揮著持續(xù)觀察者的關(guān)鍵作用，大多數(shù)原始設(shè)備制造商在其2+級系統(tǒng)中配置一個強大的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，以確保駕駛員持續(xù)觀察外部環(huán)境。基于攝像頭的駕數(shù)字地圖具有豐富的屬性信息，可以幫助車輛在行車道內(nèi)更好地定位，即使在沒有可見車道線的情況下，也可以幫助車輛在繁忙的十字路口順利穿行。即使攝像頭傳感器受到極端照明或遮360度感知，需要更高的計算能力來提供更多功能和未來更新空間，需要駕駛員監(jiān)控來確保在在3級和4級系統(tǒng)中，人類駕駛員能夠脫離駕駛過程。在3級自動駕駛實現(xiàn)中，這種脫離只是部分脫離，駕駛員在駕駛過程中可以“脫手”和“脫眼”，但如果3級應(yīng)用不能在道路情況中安全地行駛，駕駛員需要能夠恢復(fù)控制，并有合理的時間接管控制權(quán)。如果駕駛員未能響應(yīng)接管相反，4級系統(tǒng)能夠完成運行設(shè)計域內(nèi)的所有駕駛?cè)蝿?wù)，無需人類駕駛員的任何介入、監(jiān)督或99(000s)雖然從消費者價值的角度來看，這兩種實現(xiàn)（3級和4級）存在很大的不同，但從支持技術(shù)角度來看，它們在2+級架構(gòu)上都有相同的額外要求，即冗余。隨著人類駕駛員的脫離，無論是(000s)雖然4級自動駕駛汽車配備了更高比重的AV技術(shù)，但它部署的2+級和3級應(yīng)用處于不同的量級。事實上，全自動無人駕駛汽車將部用于輔助在公共道路上進行人員運輸?shù)臒o人駕駛汽車部署仍然非常有限，并且在立法發(fā)展到適應(yīng)大規(guī)模引入無人駕駛汽車之前，預(yù)計將繼續(xù)保持這種狀態(tài)。然而，商用車輛的使用案例?明確的商業(yè)案例：無論是為了彌補駕駛員不足問題，還是為了減少由于駕駛員失誤造成的?非公路：許多商用車輛用例可以在非公路環(huán)境中實現(xiàn)全自動駕駛操作，與復(fù)雜的城市環(huán)境相比，這是一個更容易實現(xiàn)的機會，復(fù)雜的城市環(huán)境具有多種易生危險且有時不可預(yù)測的因素。在貨場和其他受控的私人環(huán)境中編組、移動拖車和重新定位資產(chǎn)可以在相對容易的0技術(shù)影響?感知、處理和軟件中的冗余為了取代人類駕駛員的監(jiān)督作用，3級和4級部署中的自動駕駛汽車感知系統(tǒng)需要測距、速度和語?更高的方位角/水平分辨率：若角度分辨率差，則難以區(qū)分道路上的不同主體，例如車輛和行?最小化旁瓣/誤報：雷達傳感器輻射圖主瓣旁邊存在光柵瓣，導(dǎo)致多重誤報。這又是由當(dāng)前汽解決上述所有缺點的方法是向收發(fā)器陣列添加更多的虛擬通道。這是通過增加物理射頻(RF)通道這些新一代雷達收發(fā)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量遠遠高于目前水平，這就要求新一代雷達處理系統(tǒng)能夠處理Arbe成立于2015年，專注于高清雷達收發(fā)器、處理器和平臺的開發(fā)。為了增加其新一代雷達技RFIC芯片組中提供24個輸出通道和12個輸入通道，同時保持了每個通道的低成本。這些物理通道可以支持2000多個虛擬通道，提供1°方位角（水平）和2°仰角（垂直）的角度分辨率以及300塊ARS430天線通道數(shù)量的1.75倍。因此，ARS540能夠提供192個虛擬天線通道，大具備足夠的角度分辨率以區(qū)分復(fù)雜城市環(huán)境中的道路主體（例如，大型停放車輛旁原型樣車感知套件的重要組成部分，并一直在無人監(jiān)督自動駕駛部署中發(fā)揮重要作用。在過去15年的持續(xù)發(fā)展中，激光雷達技術(shù)的核心原理已經(jīng)發(fā)生了多次迭代，其利用紅外線對物體進行獨的光脈沖，通過測量反射的響應(yīng)時間來確定不同點的距離。然后利用算法來識別和跟蹤物體，分類和測量速度等。較新的替代方案是FMCW激光雷達，其工作原理與傳統(tǒng)汽車雷達相同。這種新一代激光雷達技術(shù)并非以固定頻率發(fā)送短激光脈沖，而是調(diào)制連續(xù)發(fā)射的?NIR與SWIR對比：大多數(shù)激光雷達解決方案采用近紅外(NIR)發(fā)射器（800納米至905納米），這種方法使其能夠使用已經(jīng)大規(guī)模采用并受益于規(guī)模經(jīng)濟的常見激光技術(shù)。然而，這種波長可以穿透人眼視網(wǎng)膜，因此在NIR波長范圍內(nèi)的激光器的輸出功率受到嚴格總體來說，激光雷達不僅提供距離測量、速度測量，并且在光線和天氣條件不佳情況下提供相對可靠的性能，同時還提供物體分類、語義分割和自由空間檢測所需的分辨率。因此，激光雷最后，最近有一個有趣的動態(tài)，特別是在大中華區(qū)等競爭激烈的電動汽車市場，越來制造商使用激光雷達作為其他傳感器的補充，甚至在2+級平臺，以區(qū)別于采用“僅使用攝像圖4：攝像頭、高清雷達和激光雷達傳感器融合高清雷達攝像頭SWIR激光雷達攝像頭/高清雷達攝像頭SWIR激光雷達傳感器融合分辨率在惡劣天氣下在惡劣天氣下的性能在極端光照條件下的性能相對成本測距精度速度均為采用計算密集型算法的高分辨率傳感器，可實現(xiàn)測距、測速、物體分類、語義分割和此外，配置雙重計算資源，確保能夠在出現(xiàn)錯誤時保證性能，確保平穩(wěn)的故障處理或因此，總體趨勢將是，其比在有人監(jiān)督自動駕駛汽車中性能更強大樣，將在使用具有數(shù)據(jù)預(yù)處理功能的智能傳感器和在集中式模塊內(nèi)提取原始數(shù)字數(shù)據(jù)之間取TM功能，支持高速數(shù)據(jù)聚合、預(yù)處理和分發(fā)，以及針對2+級到4級自于各種ADAS應(yīng)用。最近發(fā)布的一些功能包括Subaru（前視主動安全攝像頭(Forward隨著人工智能(AI)在新一代先進傳感器中發(fā)揮越來越重要的作用，AMD將通過其新一代圖5：駕駛員脫離對傳感器和計算要求的影響有人監(jiān)督無人監(jiān)督有人為干預(yù)無人為干預(yù)駕駛員介入傳感器注視前方、保持警覺、手握方向盤攝像頭/雷達傳感器融合、立體視覺注視前方、保持警覺、脫手雷達傳感器融合脫眼、保持警覺、脫手雷達傳感器融合、1個激光雷達、高清雷達脫眼、脫腦、脫手雷達傳感器融合、多個激光雷達、高清雷達處理異構(gòu)高性能計算、異構(gòu)高性能計算、NNA、冗余處理異構(gòu)高性能計算、NNA、冗余處理推動提高計算能力、異構(gòu)性、傳感器數(shù)量和傳感器多樣性的最大因素是駕駛員脫離。然而，更高水平的駕駛員脫離具有明確的技術(shù)要求，但在主動安全、有人監(jiān)督自動駕駛和無人監(jiān)督自動駕駛之間采用可擴展的方法，最大限度地跨應(yīng)用重復(fù)使用組件，將在短期內(nèi)提供更高的交貨量機會，如受限制的運行設(shè)計域的無人監(jiān)督自動駕駛汽車的出貨量將擴大第三傳感器技術(shù)的生產(chǎn)規(guī)模，從長除了組件重復(fù)使用的明顯成本優(yōu)勢外，