一文解讀自動(dòng)駕駛?cè)蠹夹g(shù)要素

隨著自動(dòng)駕駛概念的提出、低速自動(dòng)駕駛的商用化及越來越多企業(yè)入局自動(dòng)駕駛行業(yè)，自動(dòng)駕駛生態(tài)愈發(fā)清晰。自動(dòng)駕駛，又稱為無人駕駛汽車，無人車，機(jī)器人車，是一種需要駕駛員輔助或者完全不需要操控的車輛。作為自動(dòng)化載具，自動(dòng)駕駛汽車可以不需要人類操作即能感知其環(huán)境并對(duì)需要出行的路徑進(jìn)行導(dǎo)航，自主完成出行過程。自動(dòng)駕駛汽車是集感知、規(guī)劃與控制功能于一體的自主交通工具，類比與人類行走，自動(dòng)駕駛汽車想要獨(dú)立完成行駛，需要能夠看到路面交通情況，并對(duì)路面道路情況進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果，及時(shí)對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的行駛路徑、所在車道等進(jìn)行調(diào)整，可以讓乘客安全到達(dá)目的地，因此感知、規(guī)劃與控制也是自動(dòng)駕駛汽車落地的重要三大技術(shù)要素。

感知

自動(dòng)駕駛汽車想要完成自主行駛，就需要像是人行走一樣，“看”得清道路是第一要求，感知就是讓自動(dòng)駕駛汽車可以對(duì)交通環(huán)境進(jìn)行理解和把握，通過感知系統(tǒng)的加持，自動(dòng)駕駛汽車可以對(duì)交通環(huán)境中障礙物（車輛、行人）的位置、速度及接下來可能的行為；交通環(huán)境中可以行駛的區(qū)域、交通規(guī)則（車道線檢測(cè)、紅綠燈識(shí)別、交通標(biāo)識(shí)識(shí)別）等信息進(jìn)行獲取，自動(dòng)駕駛汽車還可以通過感知系統(tǒng)了解自己所處的位置（定位）從而可以為進(jìn)一步的決策和規(guī)劃提供重要的道路信息。類似人行走時(shí)想要看清交通環(huán)境，需要眼觀六路、耳聽八方一樣，自動(dòng)駕駛汽車想要“看”清路況，則需要雷達(dá)、車載攝像頭等硬件的加持，還需要有智能網(wǎng)聯(lián)等技術(shù)的布局。

雷達(dá)

自動(dòng)駕駛汽車想要“看”清路況，雷達(dá)的作用是必不可少的，雷達(dá)能夠主動(dòng)探測(cè)自動(dòng)駕駛汽車周邊環(huán)境，通過向自動(dòng)駕駛汽車周邊發(fā)射電磁波并接收回波，從而獲取到距離、方向、距離變化等信息，根據(jù)探測(cè)方式的不同，雷達(dá)可以分為激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)及毫米波雷達(dá)。

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛汽車上較為重要的感知硬件之一，主要由激光探測(cè)和激光測(cè)距兩個(gè)部分組成，激光雷達(dá)由發(fā)射、接收和后置信號(hào)處理三部分及使此三部分協(xié)同工作的機(jī)構(gòu)組成，激光雷達(dá)的激光光束發(fā)散角小，能量集中，探測(cè)靈敏且分辨率較高，擁有抗干擾能力強(qiáng)、定向性好、測(cè)量距離遠(yuǎn)、測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)自動(dòng)駕駛汽車周邊環(huán)境對(duì)掃描，可以獲取到三維的交通信息，能夠?qū)⑴c交通環(huán)境角色的基本特征和局部細(xì)節(jié)，進(jìn)行高進(jìn)度測(cè)量。

超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)多用于精準(zhǔn)測(cè)距上，通過超聲波發(fā)射器和接收脈沖的時(shí)間差，可以計(jì)算出相對(duì)距離，超聲波雷達(dá)一般加裝在汽車前、后保險(xiǎn)杠及側(cè)面，可以用來測(cè)量汽車周邊障礙物的距離。超聲波雷達(dá)的工作頻率一般在20 kHz以上，由于工作頻率屬于聲波范圍，超聲波雷達(dá)也有很多的不足，如在高速行駛中，超聲波雷達(dá)會(huì)由于傳播延遲，測(cè)量到的距離信息會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，且超聲波雷達(dá)也存在方向性差的問題，需要多個(gè)設(shè)備覆蓋一個(gè)區(qū)域進(jìn)行冗余測(cè)量，對(duì)于大雨、大雪、大霧等極端天氣，超聲波雷達(dá)等測(cè)量效果也會(huì)大大降低。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)指工作在30～300GHz頻域的雷達(dá)，具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，具有全天候、全天時(shí)等優(yōu)秀特性，能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)小目標(biāo)，可以穿透霧、煙、灰塵等環(huán)境，精準(zhǔn)測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車車間距離探測(cè)，但易受干擾。

車載攝像頭

車載攝像頭對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來說，主要是用來搜集圖像信息，車載攝像頭主要為工業(yè)攝像機(jī)，具有高圖像分辨率、高傳輸能力、高抗干擾能力等，車載攝像頭可以分為單目、雙目和三目攝像頭。

單目攝像頭

單目攝像頭是僅利用一套光學(xué)系統(tǒng)及固體成像器件連續(xù)輸出圖像的攝像機(jī)。結(jié)構(gòu)和標(biāo)定簡(jiǎn)單，可有效避免立體視覺中視場(chǎng)小、立體匹配困難等缺點(diǎn)，但在測(cè)量范圍和測(cè)量距離方面有不可調(diào)和的矛盾，即攝像頭視角越寬，精準(zhǔn)探測(cè)距離越短；攝像機(jī)視角越窄，精準(zhǔn)探測(cè)距離越長(zhǎng)。

雙目攝像頭

雙目攝像頭建立在人類視覺研究基礎(chǔ)上，不對(duì)外主動(dòng)投射光源，僅依靠拍攝的2張圖片獲得場(chǎng)景深度信息實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景重構(gòu)。雙目攝像頭對(duì)硬件要求相對(duì)較低，但對(duì)環(huán)境亮度極其敏感且計(jì)算復(fù)雜度較高。

三目攝像頭

三目攝像頭通過不同焦距的攝像頭實(shí)現(xiàn)不同范圍場(chǎng)景全覆蓋，即由寬視野攝像頭完成近景感知任務(wù)、主視野攝像頭完成中等距離場(chǎng)景感知任務(wù)、窄視野攝像頭完成遠(yuǎn)景感知任務(wù)，既解決了單個(gè)攝像頭無法頻繁變焦的問題，同時(shí)也解決了不同距離下識(shí)別清晰度的問題。但由于多路圖像數(shù)據(jù)處理比單路圖像數(shù)據(jù)處理的難度更大，三目攝像頭對(duì)芯片處理能力和硬件可靠性要求更高。

智能網(wǎng)聯(lián)

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)在自動(dòng)駕駛汽車感知環(huán)節(jié)上擔(dān)任著重要的角色，雷達(dá)、攝像頭等硬件設(shè)備，主要是讓自動(dòng)駕駛汽車“看”得清，而智能網(wǎng)聯(lián)則是讓自動(dòng)駕駛汽車可以進(jìn)行溝通，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與人、車與路、車與服務(wù)平臺(tái)（V2X）,從而提升自動(dòng)駕駛汽車智能化水平和自動(dòng)駕駛安全性。自動(dòng)駕駛汽車僅通過雷達(dá)、攝像頭等硬件設(shè)備加持下的單車智能，很難確保安全的將乘客送達(dá)目的地，智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的出現(xiàn)，讓自動(dòng)駕駛汽車可以獲得更多的交通信息，讓自動(dòng)駕駛汽車更安全地行駛。

規(guī)劃

自動(dòng)駕駛汽車“看”的清是第一步，而對(duì)于“看”到的信息進(jìn)行分析決策，并對(duì)之后的出行行為進(jìn)行規(guī)劃，則是更為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。就像人在路面行走一樣，需要對(duì)自己要走的路徑進(jìn)行規(guī)劃，自動(dòng)駕駛汽車也要對(duì)獲得的道路信息進(jìn)行規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃方向的不同，可以分為行為規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃和動(dòng)作規(guī)劃。自動(dòng)駕駛汽車根據(jù)出行任務(wù)，對(duì)交通情況（車輛、行人等）信息進(jìn)行分析，從而做出對(duì)應(yīng)的判斷，如超車、停車、繞行等。規(guī)劃系統(tǒng)就像是人類的大腦，會(huì)對(duì)獲得的道路信息進(jìn)行分析判斷，并根據(jù)出行任務(wù)，對(duì)駕駛行為做出調(diào)整。規(guī)劃這一環(huán)節(jié)，就是人類駕駛員在駕駛汽車過程中對(duì)于交通環(huán)境對(duì)處理過程，規(guī)劃對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車非常重要，想要讓自動(dòng)駕駛汽車安全行駛，能夠處理各種交通環(huán)境，則需要自動(dòng)駕駛汽車可以對(duì)不同的場(chǎng)景做出及時(shí)反應(yīng)，在面對(duì)諸如“乘客優(yōu)先”還是“行人優(yōu)先”等決策時(shí)，可以直接給出最佳解決方案。自動(dòng)駕駛汽車能否被大眾所接受，主要也是取決于規(guī)劃這一環(huán)節(jié)，對(duì)于消費(fèi)者來說，自動(dòng)駕駛汽車對(duì)于交通環(huán)境的理解是否能和人類駕駛員一樣是非常重要的，對(duì)于交通環(huán)境的認(rèn)知及對(duì)于特殊交通場(chǎng)景的處理，能否和人類駕駛員一樣人性化，也是很重要的一個(gè)考量標(biāo)準(zhǔn)。

控制

控制這一環(huán)節(jié)，則是自動(dòng)駕駛汽車落地的最直觀的體現(xiàn)，作為自動(dòng)駕駛汽車整套系統(tǒng)的最底層，擔(dān)負(fù)著人類駕駛員“手”和“腳”的角色，控制系統(tǒng)對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車做出的規(guī)劃做出反應(yīng)，讓自動(dòng)駕駛汽車成功完成加速、減速、避讓等一系列動(dòng)作，自動(dòng)駕駛控制執(zhí)行的核心技術(shù)主要包括車輛的縱向控制和橫向控制技術(shù)。

縱向控制

車輛縱向控制即車輛的驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)控制，是指通過對(duì)油門和制動(dòng)的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)期望車速的精確跟隨。橫向控制，即通過方向盤角度的調(diào)整以及輪胎力的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的路徑跟蹤。

橫向控制

車輛橫向控制指垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的控制，即轉(zhuǎn)向控制。橫向控制系統(tǒng)目標(biāo)是控制汽車自動(dòng)保持期望的行車路線，并在不同的車速、載荷、風(fēng)阻、路況下均有很好的乘坐舒適性和穩(wěn)定性。

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