實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的必要硬件設(shè)備

1.激光雷達(dá)vs傳統(tǒng)雷達(dá)與攝像頭

首先，傳感器是至關(guān)重要的硬件設(shè)備，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來說相當(dāng)于它的眼睛。通過傳感器無人駕駛汽車能夠識(shí)別道路、其他車輛、行人、障礙物及交通基礎(chǔ)設(shè)施。目前傳感器主要分為激光雷達(dá)、傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭這三個(gè)部件，在應(yīng)用層面攝像頭又有單目和雙目之分。

激光雷達(dá)：

激光雷達(dá)目前是被采用比例最大的設(shè)備，Google、百度、Uber等公司的自動(dòng)駕駛技術(shù)目前都依賴于它，這種設(shè)備被架在汽車的車頂上，能夠用激光脈沖對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行距離檢測(cè)，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動(dòng)駕駛汽車提供足夠多的環(huán)境信息。

但目前的問題是激光雷達(dá)的價(jià)格高達(dá)80000美元，在其降低成本之前不可能被量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛汽車采用。好在目前已經(jīng)有一些方案能夠降低激光雷達(dá)的成本，例如將上述“機(jī)械”式的激光雷達(dá)改變?yōu)椤肮虘B(tài)”激光雷達(dá)。

固態(tài)激光雷達(dá)能夠通過電子部件進(jìn)行相控陣掃描，并不需要依靠?jī)?nèi)部機(jī)械部件的旋轉(zhuǎn)，這樣不僅能把激光雷達(dá)越做越小，也控制住了成本。目前全固態(tài)激光雷達(dá)的主要研發(fā)廠商有Quanergy、以色列的Innoviz以及TetraVue等企業(yè)，但均未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，Quanergy宣布其純固態(tài)激光雷達(dá)已經(jīng)在進(jìn)行測(cè)試，如果順利的話2018年初可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

而前不久接受了百度與福特投資，目前是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)最大企業(yè)的Velodyne，僅開發(fā)出“混合固態(tài)激光雷達(dá)”，而這一產(chǎn)品還是要靠?jī)?nèi)部的機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)360°的高速旋轉(zhuǎn)，僅僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化，算是過渡產(chǎn)品。國內(nèi)企業(yè)鐳神智能、禾賽科技及北科天繪也推出了內(nèi)部旋轉(zhuǎn)式的混合固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品。

傳統(tǒng)雷達(dá)與攝像頭：

由于激光雷達(dá)的高昂價(jià)格，走實(shí)用性技術(shù)路線的特斯拉便采取了更加切合實(shí)際的路線發(fā)展其“輔助駕駛”功能，其采用的硬件便是傳統(tǒng)的雷達(dá)和單目攝像頭。這一設(shè)備其硬件原理與目前車載的ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)類似，依靠覆蓋汽車周圍360°視角的攝像頭及前置雷達(dá)來識(shí)別三維空間信息，從而確保交通工具之間不會(huì)互相碰撞。

具體來說，單目攝像頭先通過圖像匹配進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，再通過目標(biāo)在圖像中的大小去估算目標(biāo)距離，準(zhǔn)確識(shí)別是準(zhǔn)確估算距離的第一步。因此單目識(shí)別技術(shù)需要建立并不斷維護(hù)龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，如果缺乏待識(shí)別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無法識(shí)別以及測(cè)距，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。

目前基于單目攝像頭的半自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還遠(yuǎn)未成熟，此前特斯拉導(dǎo)致駕駛員死亡的事故便是因?yàn)槠鋯文繑z像頭誤將掉頭的白色集裝箱貨車錯(cuò)誤的識(shí)別為了空中的白云而未能及時(shí)剎車。

雙目攝像頭的測(cè)距方式則是通過對(duì)圖像視差進(jìn)行計(jì)算，直接對(duì)前方景物進(jìn)行距離測(cè)量。雙目攝像頭的原理與人眼相似，難點(diǎn)在于計(jì)算量大，對(duì)計(jì)算單元的性能要求非常高，這使得雙目系統(tǒng)的產(chǎn)品化、小型化的難度較大。因此目前寶馬i3、特斯拉以及日產(chǎn)ProPilot等自動(dòng)駕駛技術(shù)均采用了單目攝像頭設(shè)備。

星河研究院預(yù)計(jì)，短期內(nèi)基于雙目攝像頭的算法與處理器將會(huì)得到較快的發(fā)展與自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)的青睞，但其低解析度、相對(duì)激光雷達(dá)準(zhǔn)確性較低的特點(diǎn)在面對(duì)未來成本不斷降低的激光雷達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)中很大概率要敗下陣來，因此不出意外的話實(shí)現(xiàn)第五級(jí)別的全自動(dòng)駕駛功能很大概率還是要建立在激光雷達(dá)技術(shù)之上。

V2Xvs紅綠燈：

2X是一個(gè)能夠讓車輛與周圍的移動(dòng)交通控制系統(tǒng)通信的技術(shù)，V2V技術(shù)則允許車輛與其他車輛互相通信。這是未來全自動(dòng)駕駛汽車所依賴的一項(xiàng)技術(shù)，但遺憾的是相比于火熱的傳感器領(lǐng)域，V2X技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新還很冷清。

通過V2X技術(shù)，道路上的汽車彼此間可以通過開放頻段交換數(shù)據(jù)，具備了與其他汽車和路邊基礎(chǔ)設(shè)備分享實(shí)時(shí)駕駛信息以及生成預(yù)測(cè)路況信息的能力。

通過實(shí)時(shí)共享汽車駕駛數(shù)據(jù)，在同一條道路上的汽車就能共享自己的實(shí)時(shí)位置以防止交通事故，交通信號(hào)設(shè)施也可以依據(jù)車輛的通行需求合理安排交通順序，降低車輛的等待時(shí)間，而V2P技術(shù)則能讓行人和自行車騎行者也加入到這個(gè)V2X的環(huán)境中來，使用他們的手機(jī)來發(fā)送和接收警示信息，保證行人的安全通行。

更大膽的設(shè)想是，如果汽車之間可以互相通信，并且實(shí)現(xiàn)了完全的自動(dòng)駕駛，那么紅綠燈便沒有理由繼續(xù)存在了。沒有了紅綠燈后，交通設(shè)施將會(huì)需要智能的調(diào)度算法和對(duì)交叉路口極嚴(yán)密的監(jiān)控，但相比于交通運(yùn)輸效率的提升，這些設(shè)施的成本就不是問題。

另外在一些情況下車輛能夠提早的預(yù)判危險(xiǎn)情況，如果一定會(huì)發(fā)生事故或是在車輛已經(jīng)確認(rèn)遭遇撞擊后可以通過V2X系統(tǒng)廣播信息求助，從而極大的提升車內(nèi)人員被救治的效率。

根據(jù)美國交通部的數(shù)據(jù)，V2X技術(shù)能夠降低80%的交通事故率。僅僅在美國，這就將每年減少59.4萬次交通事故并拯救多達(dá)1321條人命。