高級別自動(dòng)駕駛所需要的關(guān)鍵技術(shù)突破

作者 / 迎九 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：在2018年3月上海舉行的“2018汽車(chē)技術(shù)日暨新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)創(chuàng )新發(fā)展論壇”上，來(lái)自清華大學(xué)汽車(chē)工程系主任楊殿閣教授做了主題演講，介紹了高級別自動(dòng)駕駛所需要的關(guān)鍵技術(shù)。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)到底距離我們有多遠

　　汽車(chē)的電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化，是汽車(chē)的新四化，正在帶來(lái)革命性的變化，改變的不僅僅是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，還有汽車(chē)出行方式。出行方式的改變會(huì )引發(fā)整個(gè)社會(huì )形態(tài)的巨大變化，這是一場(chǎng)技術(shù)革命。

　　我國領(lǐng)導人非常關(guān)注汽車(chē)的新四化，例如2017年12月，發(fā)改委發(fā)布了《智能汽車(chē)創(chuàng )新發(fā)展戰略》，意味著(zhù)智能汽車(chē)的發(fā)展在未來(lái)會(huì )成為國家戰略去推進(jìn);工信部也在推進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)相關(guān)的標準。

　　今年春晚上百度無(wú)人車(chē)隊在大橋上行駛，今年CES(美國消費電子展)上豐田公司也宣布要做重要的轉型，成為移動(dòng)出行服務(wù)公司，與谷歌等公司合作，即從汽車(chē)制造商轉變?yōu)榻煌ǚ?wù)運營(yíng)商。

　　那么，高級別的自動(dòng)駕駛、無(wú)人駕駛到底離我們有多遠?

智能汽車(chē)名詞的統一

　　首先統一一下智能汽車(chē)這個(gè)名詞，因為這個(gè)名詞有點(diǎn)亂——智能汽車(chē)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、自動(dòng)駕駛，甚至有的把自動(dòng)駕駛當成智能汽車(chē)的高級階段。之所以這樣，因為我們有三個(gè)部委用不同的發(fā)文方式。例如工信部發(fā)文時(shí)通常稱(chēng)為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，科技部發(fā)文經(jīng)常稱(chēng)自動(dòng)駕駛，發(fā)改委發(fā)文稱(chēng)智能汽車(chē)。這三個(gè)名詞實(shí)際上指的是同一件事情，都是智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛。

　　自動(dòng)駕駛的分級及推廣時(shí)間表

　　不過(guò)，自動(dòng)駕駛并不是指無(wú)人駕駛，自動(dòng)駕駛的1、2級定義為低級別的自動(dòng)駕駛，也就是人們熟悉的輔助駕駛，例如緊急避撞等系統。到第3級是人機共駕。第4、5級時(shí)，控制從監視到失效應對，都是無(wú)人的，稱(chēng)之為高級別自動(dòng)駕駛。我們的分類(lèi)和德國的分類(lèi)是一致的。

　　日本汽車(chē)企業(yè)及ITS協(xié)會(huì )重點(diǎn)推廣的是1、2級自動(dòng)駕駛技術(shù)，主要是駕駛輔助技術(shù)，通過(guò)輔助技術(shù)提升汽車(chē)的安全性。日本希望通過(guò)1、2級智能駕駛輔助技術(shù)的推廣，在2018年把交通死亡人數控制在2500人之內。2020年?yáng)|京奧運會(huì )，日本會(huì )開(kāi)展高級別自動(dòng)駕駛的展示示范，推廣節點(diǎn)主要是在2021年-2030年。

　　作為零部件企業(yè)，自動(dòng)駕駛技術(shù)推進(jìn)應該領(lǐng)先于整車(chē)企業(yè)。德國大陸集團2020年之前的重要目標還應該是駕駛輔助，從2025年開(kāi)始，全自動(dòng)駕駛將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化推廣。

　　歐盟的技術(shù)路線(xiàn)圖表明，2025年之前重點(diǎn)是駕駛輔助，2030年高級別自動(dòng)駕駛的運營(yíng)才會(huì )進(jìn)入推廣階段，到2025年以后高級別自動(dòng)駕駛會(huì )進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。

　　2020年節點(diǎn)，裝備1、2級駕駛輔助技術(shù)的新車(chē)占比50%左右。到2025年比例會(huì )到80%，3、4級智能汽車(chē)可能會(huì )在10%~20%。2030年100%的車(chē)輛都具備1、2級智能功能，5級占比10%左右。

　　消費者看到10%這個(gè)數字會(huì )很興奮，但是到2030年，10%車(chē)輛都是一些專(zhuān)業(yè)的車(chē)輛，并不是我們平時(shí)開(kāi)的車(chē)。諸如公交車(chē)和港口用的物流專(zhuān)用車(chē)，包括一些專(zhuān)車(chē)，可能這些車(chē)最先實(shí)現高級別自動(dòng)駕駛。

　　智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛發(fā)展是必然趨勢。它會(huì )帶來(lái)社會(huì )的巨大變化，這場(chǎng)技術(shù)變革對于我們所有人(包括政府、企業(yè)、科研院所)都是要高度重視的，因為若不重視這場(chǎng)變革，就會(huì )失去你的機會(huì )。

　　可見(jiàn)我們要高度重視自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)，但是在這里，楊殿閣教授也非常想提醒汽車(chē)企業(yè)，雖然現在自動(dòng)駕駛很熱，但是對于中國汽車(chē)企業(yè)，2020年重點(diǎn)推廣還是1、2級的駕駛輔助技術(shù)，高級別自動(dòng)駕駛在2030年節點(diǎn)才能實(shí)現。因此當前最重要的還是專(zhuān)注于駕駛輔助技術(shù)的應用，讓先進(jìn)技術(shù)盡快落地，如果這些產(chǎn)業(yè)化都做不到，想做后面高級別的非常難。同時(shí)我們也應該向互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)學(xué)習做頂層的宏觀(guān)布局。

高級別自動(dòng)駕駛技術(shù)所面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰

　　為什么現在產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)還是1、2級?因為很多關(guān)鍵技術(shù)還需要突破，這些技術(shù)在短期內解決不了。

　　*汽車(chē)的架構。智能汽車(chē)要實(shí)現4、5級，從感知到?jīng)Q策到控制全部由汽車(chē)自己完成，即使需要人干預，人不干預也可以解決這些問(wèn)題，意味著(zhù)車(chē)要實(shí)現對自己的完全控制。這時(shí)汽車(chē)出現任何問(wèn)題都要自己能處理，首先得知道自己能出現什么問(wèn)題。但汽車(chē)現有的架構是滿(mǎn)足不了這一點(diǎn)的，因為汽車(chē)用了很多總線(xiàn)，車(chē)上的節點(diǎn)可能只有幾十個(gè)，大量的電器根本沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，如果真正想實(shí)現高級別自動(dòng)駕駛，所有電器都要聯(lián)網(wǎng)。因此從總線(xiàn)到網(wǎng)絡(luò )到架構需要一種革命性地變化。

　　*軟硬件分離。同時(shí)還面臨一個(gè)問(wèn)題：汽車(chē)現在硬件、軟件是高度耦合的，例如你給豐田開(kāi)發(fā)的系統拿到奔馳車(chē)上是用不了的，但是我們人開(kāi)車(chē)的時(shí)候誰(shuí)都可以開(kāi)，肯定是和硬件沒(méi)有關(guān)系的。手機和電腦發(fā)展很快的原因就是硬件和軟件是高度分離的，做軟件時(shí)不需要考慮硬件;反之，做硬件的時(shí)候也不需要考慮軟件。軟硬件分離是未來(lái)智能汽車(chē)發(fā)展非常關(guān)鍵的要素，整個(gè)汽車(chē)上要有對硬件解耦的汽車(chē)大腦。

　　*計算平臺。今天開(kāi)發(fā)智能汽車(chē)的人，車(chē)上裝了一大堆設備。不過(guò)，到做無(wú)人駕駛時(shí)不可能這樣，車(chē)上可能是6~8個(gè)攝像頭、4~6個(gè)雷達，加上各種各樣的超聲波傳感器和大量接口，要有一個(gè)計算平臺把所有這些信息接進(jìn)來(lái)，還要高性能地處理這些信息，要有強大的計算能力，同時(shí)要滿(mǎn)足智能駕駛的需求，需要人工智能技術(shù)(平臺要支持深度學(xué)習計算)。因此，未來(lái)需要全新的超級計算平臺。

　　*感知技術(shù)。盡管我們現在做了很多，但是到目前為止，感知技術(shù)還很難完善地滿(mǎn)足高級別自動(dòng)駕駛的需求。智能汽車(chē)的決策能力是不如人的，人是有完整的法律體系的保障，出現任何事情最后駕駛人可以兜底，例如撞死人，最嚴重的情況是你承擔這個(gè)責任，例如你賠錢(qián)或者坐牢甚至賠償性命。但無(wú)人汽車(chē)很難解決這個(gè)問(wèn)題，因此車(chē)的感知能力必須要超過(guò)人的感知能力，通過(guò)感知能力彌補決策能力的不足。很多事情發(fā)生了以后不好處理，那就盡可能不要讓這件事情發(fā)生。因此，智能汽車(chē)和人相比，不僅僅要達到像人一樣的感知能力，而且要超過(guò)人的感知能力，需要協(xié)同式的感知能力，車(chē)-車(chē)、車(chē)-路通信，要看見(jiàn)看不到的東西。

　　*自動(dòng)駕駛地圖。很多人覺(jué)得自動(dòng)駕駛地圖不太需要，我們現在不用高精度地圖不是也做得很好嗎?現在很多演示做的是尋跡，開(kāi)過(guò)的路都跑過(guò)了。到未來(lái)簡(jiǎn)單的尋跡肯定不行。低級的自動(dòng)駕駛可能不需要自動(dòng)駕駛地圖，只需要駕駛輔助(ADAS)地圖，但是到了4、5級，可以發(fā)現自動(dòng)駕駛地圖不僅需要，而且是必備的。有了地圖就可以把感知和地圖結合起來(lái)，讓你汽車(chē)行駛的時(shí)候始終知道你行駛在哪里，離障礙物多遠，也可以把動(dòng)態(tài)障礙物疊加在地圖上。

　　*基于控制邏輯的駕駛決策與控制。是基于自動(dòng)駕駛地圖的決策和控制，這是我們目前做汽車(chē)很多人能想到的一種方式，這種方式是基于控制邏輯來(lái)做自動(dòng)駕駛。這是比較簡(jiǎn)單的，特別是對做汽車(chē)企業(yè)的人來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但是對很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來(lái)說(shuō)很難。做這件事情需要對整車(chē)的動(dòng)力學(xué)建模，整車(chē)控制要做得很精確。對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，他們會(huì )想不用控制邏輯來(lái)做，能不能基于人工智能、深度學(xué)習去做，這種方法也可以。

　　*基于深度學(xué)習的駕駛決策與控制。谷歌和百度沒(méi)有在汽車(chē)本身做大量工作，但是通過(guò)大量數據采集，給車(chē)一張圖片和傳感信息，這輛車(chē)直接告訴你方向盤(pán)的轉角、油門(mén)剎車(chē)等信號。清華實(shí)驗室也做過(guò)這樣的工作，確實(shí)能做，特定條件下可以做到很好的效果。

　　但是這么做行不行呢?這么做是有問(wèn)題的。它什么時(shí)候出了事情，什么時(shí)候撞死了人，你不知道，這個(gè)“不知道”對汽車(chē)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是不能接受的。如果手機、電腦這樣的產(chǎn)品出了問(wèn)題，大家可以重新啟動(dòng)，對汽車(chē)來(lái)說(shuō)出了問(wèn)題、撞死人是不可以重新啟動(dòng)的。

　　2017年日本有一家很有名的公司——高田，該公司有84年歷史，做安全氣囊，占有世界20%多的市場(chǎng)份額，但卻破產(chǎn)了，因為其安全氣囊出了問(wèn)題。實(shí)際上，這么多年一共有10個(gè)安全氣囊出問(wèn)題，死了10個(gè)人，而高田一共銷(xiāo)售了1.2億個(gè)安全氣囊，但這樣低的故障率都不能被接受!

　　同理，如果你造了智能汽車(chē)用深度學(xué)習訓練，什么時(shí)候撞死人也不知道，這樣的汽車(chē)能賣(mài)嗎?肯定不行。汽車(chē)解決的是真正問(wèn)題，各種各樣極端條件下汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)控制99%已經(jīng)做到最優(yōu)了，對未來(lái)高級別的自動(dòng)駕駛一定是把深度學(xué)習、人工智能的技術(shù)和傳統的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制技術(shù)結合起來(lái)，是一種可控的學(xué)習網(wǎng)絡(luò )，這需要較長(cháng)的時(shí)間做工作。

　　*車(chē)載信息安全問(wèn)題。汽車(chē)的安全性非常重要，比手機、電腦重要得多。手機、電腦出了問(wèn)題，例如出了勒索病毒，最多付點(diǎn)錢(qián)就解決問(wèn)題，但是對于汽車(chē)要命的，而且汽車(chē)安全問(wèn)題不是一輛車(chē)，如果整個(gè)系統安全性被攻破了，死的就不是一兩個(gè)人了?？梢?jiàn)，整個(gè)安全問(wèn)題是非常重要的問(wèn)題。從單車(chē)的安全到系統的安全都需要綜合考慮。這也是需要比較長(cháng)的時(shí)間去攻破的。

清華大學(xué)所做的工作

　　清華大學(xué)為了更好地做好智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛方面的工作，專(zhuān)門(mén)成立了智能汽車(chē)校級交叉中心，由汽車(chē)系牽頭，軟件學(xué)院等十個(gè)院系聯(lián)合起來(lái)，圍繞智能汽車(chē)開(kāi)展相關(guān)的工作。近幾年也取得一些成績(jì)，例如做了1、2級駕駛輔助技術(shù)，基于視覺(jué)，2017年用于上汽通用五菱，已經(jīng)上量。

　　高級別自動(dòng)駕駛方面清華也做了很多嘗試，例如長(cháng)安汽車(chē)當年從重慶開(kāi)到北京，影響較大，其中有一部分核心技術(shù)也是和清華合作的，例如出重慶和入北京的部分。

　　2017年北京車(chē)展上展示的北汽無(wú)人駕駛車(chē)輛的一部分技術(shù)也是和清華合作的。

　　清華還做了低成本無(wú)人駕駛車(chē)輛，在無(wú)人駕駛大賽里，其他車(chē)輛用的是激光雷達方案，清華有意用了很低成本的方案——以視覺(jué)的毫米波雷達為主，成本控制在幾萬(wàn)元內。整個(gè)比賽路段30公里，用這種低成本的方案做3級自動(dòng)駕駛證明是可以的。

　　清華還有在天津做技術(shù)孵化的產(chǎn)業(yè)化團隊——清智，做的是無(wú)人駕駛公交車(chē)，從2018年4月開(kāi)始在世界智能大會(huì )之后做示范運營(yíng)。

　　還有另外一個(gè)產(chǎn)業(yè)團隊，最近用小車(chē)在清華園里做圖書(shū)運送，3月初完成了首次圖書(shū)運輸任務(wù)。

結論

　　智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)離我們已經(jīng)很近了，高級別自動(dòng)駕駛可能10年左右就可以實(shí)現。但是對從業(yè)者來(lái)說(shuō)，如何選擇發(fā)展道路是很重要的事情。希望從業(yè)者既能看到未來(lái)也能看到現在，希望更多的企業(yè)能夠投入更多的力量在智能汽車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)上。

　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第5期第32頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。