未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車(chē) — 從概念驗證到現實(shí)應用

作者：RTI公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監 Bob Leigh

汽車(chē)行業(yè)在其發(fā)展歷程中已經(jīng)走過(guò)了很長(cháng)時(shí)間的一段路?，F在，制造自動(dòng)駕駛汽車(chē)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的技術(shù)已經(jīng)不再只出現在科幻小說(shuō)里，現實(shí)世界也已在逐漸應用。假如把未來(lái)世界想象成一個(gè)類(lèi)似太空時(shí)代充滿(mǎn)飛行器的世界，然后每架飛行器都能夠以精心策劃的精準方式自由地穿越地球，我承認這種假設真的很誘人，令人心神向往。不過(guò)我唯一不希望發(fā)生的是，未來(lái)的人們都要被迫穿上電影里那樣的閃亮的銀色連身褲——不知道是誰(shuí)想到的這個(gè)主意。

當然，現實(shí)世界中的實(shí)際情況肯定會(huì )復雜很多。同樣，對于未來(lái)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，他們所面臨的技術(shù)環(huán)境也會(huì )很復雜，尤其是在概念驗證階段。除了獨特和苛刻的開(kāi)發(fā)環(huán)境外，工程師們還面臨著(zhù)各種各樣的關(guān)于定制的預置和云應用軟件方面的難題——所有這些應用軟件都必須實(shí)時(shí)地相互通信，這項任務(wù)需要一個(gè)高度自治的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統來(lái)實(shí)現。

司機們，發(fā)動(dòng)引擎吧!

目前，有很多汽車(chē)制造商都在積極參與自動(dòng)駕駛汽車(chē)（AV，Automonous Vehicle）的項目中。隨著(zhù)開(kāi)發(fā)人員逐漸進(jìn)入概念驗證階段，他們多多少少都會(huì )在實(shí)踐過(guò)程中遇到一些突發(fā)障礙。

首先，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的系統必須能夠做三件主要的事情: 感知環(huán)境、處理有關(guān)環(huán)境的數據以及根據環(huán)境信息采取行動(dòng)。從本質(zhì)上講，這就是一個(gè)循環(huán)，需要一遍又一遍地重復。但是這一過(guò)程中生成的數據量和處理這些數據所要求的速度很快就會(huì )變得令人難以承受。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)遭遇的共同挑戰

我們需要把上面的問(wèn)題逐步拆解來(lái)看。當我們觀(guān)察一輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)時(shí)，它必須有一個(gè)可以觀(guān)察環(huán)境的傳感器套件（其中既包括簡(jiǎn)單的駕駛員輔助技術(shù)，也包括較為復雜的高度自動(dòng)或完全自動(dòng)的車(chē)輛系統）。環(huán)境傳感器套件能夠決定數據保真度的高低，還能決定從激光雷達傳感器、雷達傳感器、驅動(dòng)器和其他輸入點(diǎn)中收集到多少數據。我們稱(chēng)之為傳感器融合或者數據融合，因為它只有在所有這些組件都能夠彼此互相共享數據并且對結論的準確性達成一致結論時(shí)才能真正發(fā)揮作用。

接下來(lái)我們需要思考，系統在哪些場(chǎng)景必須使用人工智能（AI）來(lái)解決問(wèn)題。例如：我該如何處理這些信息？ 我要左轉嗎？我要直走嗎？ 我要右轉嗎？ 環(huán)境中發(fā)生了什么？
除此之外，該系統還需要分析不同的瞬態(tài)因素。例如，迎面而來(lái)的是人，還是自行車(chē)，還是汽車(chē)？然后根據不同的情況做出決策和應對計劃。當然，當汽車(chē)根據環(huán)境采取了行動(dòng)之后，反過(guò)來(lái)也會(huì )改變環(huán)境，因此，整個(gè)循環(huán)又會(huì )重新開(kāi)始。

由此可見(jiàn)，真正的挑戰在于高水平的互連性:系統的品質(zhì)取決于捕獲并處理數據的速度和質(zhì)量上。然后，當添加外部互連時(shí)（例如連接到云系統或者連接到其他系統），它們就成為互連解決方案的一部分。其結果是會(huì )構成一個(gè)包含許多組件的復雜分布式系統，所有組件都被非常緊湊地打包在一起。

分層數據總線(xiàn)的概念

大規模的可擴展性是每個(gè)高度自動(dòng)自治系統的核心前提。這一說(shuō)法尤其適用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)領(lǐng)域。這是因為一個(gè)在受控測試條件下運行的系統和一個(gè)真正準備好進(jìn)入市場(chǎng)的系統存在很大的差異性，而即使是最優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)人員團隊也會(huì )被這種復雜性差異蒙蔽雙眼。如果一個(gè)系統想要進(jìn)入市場(chǎng)并發(fā)揮其功能——包括接受公眾要求的所有媒體檢驗和新的應用場(chǎng)景測試，通常會(huì )在系統內增加一個(gè)全新的關(guān)鍵任務(wù)需求層，而到目前為止還沒(méi)有人能夠很好地承擔起這一任務(wù)。

分層數據總線(xiàn)（Layered Databus ）是由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)開(kāi)發(fā)的一個(gè)概念和術(shù)語(yǔ)，IIC是一個(gè)促進(jìn)和協(xié)調工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)先事項和實(shí)現技術(shù)的組織。分層數據總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)目標是讓開(kāi)發(fā)團隊能夠識別系統中不同的控制平面（Control Plane）或信息平面(Information Plane )。除了對環(huán)境的完全控制之外，團隊還能夠指定服務(wù)質(zhì)量（QoS），該服務(wù)質(zhì)量決定了數據在不同應用場(chǎng)景（包括可靠性、帶寬和延遲）的應用軟件之間必須遵循的流動(dòng)方式。

這種分層數據總線(xiàn)概念使開(kāi)發(fā)人員可以在整個(gè)生態(tài)系統中使用相同的標準，它還允許開(kāi)發(fā)人員為系統的不同部分設置各自的條件和各自的規則來(lái)管理數據。所有這些都允許以一種標準化的方式在不同的系統之間進(jìn)行通信，而不必添加新的協(xié)議、網(wǎng)關(guān)或其他的網(wǎng)橋。當然，分層數據總線(xiàn)也允許團隊為數據使用設定不同的條件，以便系統具備可靠性和可重復性。

關(guān)于自動(dòng)駕駛汽車(chē)在目前行業(yè)內處于什么發(fā)展階段，以及什么時(shí)候我們才能在道路上看到4級和5級的自動(dòng)駕駛汽車(chē)等一系列問(wèn)題，目前還存在著(zhù)爭議。盡管時(shí)間節點(diǎn)經(jīng)常會(huì )因談話(huà)對象的不同而有所不同，但有一件事是開(kāi)發(fā)人員已有共識的，即高級別的互連性是獲取和處理數據以及解決系統復雜性問(wèn)題所必需的核心要素。分層數據總線(xiàn)體系結構在這些系統中提供了標準化的通信，并為開(kāi)發(fā)人員提供了使無(wú)人駕駛汽車(chē)有效、快速并且安全地進(jìn)入市場(chǎng)的工具。