多個(gè)技術(shù)問(wèn)題阻礙了 AV 部署

盡管取得了進(jìn)展，但人們普遍認(rèn)為自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)距離商業(yè)化還有幾年的時(shí)間。促成這種看法的原因是 AV 行業(yè)在過(guò)去五年中過(guò)度樂(lè)觀和表現(xiàn)不佳。在部署起飛之前，許多技術(shù)問(wèn)題仍然必須解決。

我們審查進(jìn)展并就 AV 開(kāi)發(fā)的當(dāng)前狀態(tài)提出觀點(diǎn)，同時(shí)考慮未來(lái)部署所需的內(nèi)容。我們還將介紹許多新興的道路 AV 用例。

已引入 AV 技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)。新興規(guī)范對(duì)部署時(shí)間表至關(guān)重要，必須與下一代 AV 系統(tǒng)集成。

自動(dòng)駕駛汽車的道路使用立法是下一步，這將是成功部署自動(dòng)駕駛汽車所必需的。隨著新的安全要求的增加，合規(guī)性預(yù)計(jì)將帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。

下表總結(jié)了最明顯類別中的 AV 行業(yè)、技術(shù)和用例的當(dāng)前狀態(tài)。它涉及三個(gè)時(shí)間范圍，分為四個(gè)部分。

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歷史觀點(diǎn)

領(lǐng)先公司的 AV 開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段從 2015 年延長(zhǎng)到 2020 年。有些開(kāi)始得更早，有些仍在測(cè)試中。首先討論 AV 用例，因?yàn)樗鼈儠?huì)極大地影響其他考慮因素。

視音頻用例

最初的研究集中在最有前途的應(yīng)用上。最初，網(wǎng)約車在中國(guó)、美國(guó)和其他地區(qū)起飛，使機(jī)器人出租車成為最理想的早期自動(dòng)駕駛汽車部署方案。在歐洲，固定路線自動(dòng)駕駛汽車最受關(guān)注，因?yàn)榇蠖鄶?shù)城市的叫車服務(wù)增長(zhǎng)受到限制。美國(guó)和中國(guó)是自動(dòng)駕駛卡車開(kāi)發(fā)和測(cè)試的主要市場(chǎng)。

了解技術(shù)復(fù)雜性、客戶需求和其他用例因素需要大量研究。生成用于測(cè)試 AV 軟件的訓(xùn)練數(shù)據(jù)至關(guān)重要。通過(guò)模擬進(jìn)行的虛擬 AV 測(cè)試變得越來(lái)越重要，并且對(duì)于安全性仍然至關(guān)重要。

道路使用立法。

到目前為止，政府幾乎沒(méi)有監(jiān)督。大多數(shù)情況下都需要測(cè)試許可證，所有運(yùn)送乘客的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)都需要安全駕駛員。僅限貨物的自動(dòng)駕駛汽車還需要道路許可證，以及在此期間開(kāi)始測(cè)試的自動(dòng)卡車。

美國(guó)一些州頒發(fā)了測(cè)試許可證，加利福尼亞州是最大的項(xiàng)目。中國(guó)在這段時(shí)間內(nèi)開(kāi)始了機(jī)器人測(cè)試。歐洲主要測(cè)試的是固定路線AVs和一些人行道貨物AVs。

到2019年，超過(guò)65家公司已獲得加州DMV許可證，可以測(cè)試AVs。共獲得567輛測(cè)試車輛的許可證，當(dāng)年駕駛了近290萬(wàn)英里。2020年，許可證數(shù)量達(dá)到668輛測(cè)試車輛，但由于大流行，駕駛里程下降到199萬(wàn)英里。在此期間，AVs需要一名安全駕駛員在加利福尼亞州進(jìn)行測(cè)試。

安全標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)安全主要關(guān)注基于ISO 26262及其四個(gè)ASIL（汽車安全完整性水平）階段的功能安全。之后介紹的AVs的技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)也已開(kāi)始工作。

SAE定義了六個(gè)駕駛級(jí)別，L3、L4、L5代表自動(dòng)駕駛。這些水平被廣泛使用。SAE還引入了多個(gè)重要概念：

對(duì)于操作設(shè)計(jì)領(lǐng)域，ODD定義了AV可以操作的環(huán)境。

OEDR或?qū)ο蠛褪录?a target="_blank">檢測(cè)與響應(yīng)，監(jiān)測(cè)并響應(yīng)駕駛環(huán)境。

DDT或動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)涵蓋AV駕駛、執(zhí)行OEDR和避免撞車。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是指執(zhí)行DDT的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

AV技術(shù)

在此期間，隨著多種新技術(shù)的出現(xiàn)，技術(shù)發(fā)展受到了大量關(guān)注。軟件驅(qū)動(dòng)程序是最復(fù)雜的組件，因?yàn)樗枰瓿伤蠨DT功能。傳感器和視覺(jué)軟件用于完成OEDR功能。

運(yùn)行所有軟件的計(jì)算機(jī)硬件需要比目前更高的性能，這是Nvidia和其他處理器設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)。

在這段時(shí)間里，人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，也許如此之快，以至于目前人工智能的改進(jìn)被高估了。

當(dāng)前狀態(tài)

AV目前處于大多數(shù)AV用例的部署試驗(yàn)階段。2018年開(kāi)始了部分測(cè)試階段。對(duì)于某些地區(qū)的某些用例，該階段可能會(huì)持續(xù)到2025年或更長(zhǎng)時(shí)間。

用例。

用例已經(jīng)演變，其重要性在一定程度上發(fā)生了變化。由于卡車司機(jī)短缺以及在線訂單和交付量的大幅增加，這種流行病增加了自動(dòng)駕駛汽車的重要性，因此自動(dòng)駕駛汽車變得更加理想。

無(wú)人駕駛出租車仍然很重要，在美國(guó)和中國(guó)開(kāi)始進(jìn)行無(wú)人駕駛試驗(yàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年還會(huì)進(jìn)行更多試驗(yàn)。加州已批準(zhǔn)七家公司進(jìn)行無(wú)人駕駛測(cè)試。其中三個(gè)已獲得在特定領(lǐng)域部署自動(dòng)駕駛汽車的授權(quán)——Cruise、Nuro 和 Waymo。Nuro 正在測(cè)試純商品 AV，而 Cruise 和 Waymo 則專注于機(jī)器人出租車。

自動(dòng)駕駛卡車通過(guò)在安全駕駛員的測(cè)試模式下交付貨物來(lái)產(chǎn)生收入。此用例主要使用集線器到集線器交付方案，其中大部分駕駛都在高速公路上，每次往返都從高速公路到倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行短途旅行。

Sidewalk AV 正在美國(guó)、歐洲和中國(guó)的一些城市的許多校園和雜貨店提供食物。

道路使用立法。

AV 立法仍然有限，但正在進(jìn)行大量規(guī)劃。法國(guó)和德國(guó)已經(jīng)邁出了制定 AV 立法的第一步。其他國(guó)家正在通過(guò)新的立法，包括中國(guó)、英國(guó)。在美國(guó)

更多國(guó)家/地區(qū)可獲得更多測(cè)試許可。歐洲終于在自動(dòng)駕駛出租車測(cè)試方面變得更加活躍，在慕尼黑、巴黎和其他城市進(jìn)行了試驗(yàn)。下面討論的新 ISO 標(biāo)準(zhǔn)將增加固定道路自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試和部署，而歐洲可能處于領(lǐng)先地位。

安全標(biāo)準(zhǔn)。

安全標(biāo)準(zhǔn)在過(guò)去一年左右有所提高。ISO 22737 LSAD 對(duì)于某些 AV 用例尤其重要。LSAD 或低速自動(dòng)駕駛將用于許多固定路線的自動(dòng)駕駛汽車、良好的交付和類似的場(chǎng)景。

ISO 21448 或預(yù)期功能安全性將功能安全性擴(kuò)展到 AV。該規(guī)范涵蓋了在沒(méi)有系統(tǒng)故障的情況下發(fā)生的功能安全漏洞。（ISO 26262 涵蓋系統(tǒng)故障。）

UL 4600 涉及 L4-L5 自動(dòng)駕駛汽車，包括自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的所有方面。UL 4600 由 Underwriters Laboratories 和 Edge Case Research 開(kāi)發(fā)。它將 ISO 26262 和 21448 擴(kuò)展到 AV，基于其當(dāng)前狀態(tài)并在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下感知其操作環(huán)境。

IEEE P2851 正在利用 Mobileye 的 AV 駕駛算法來(lái)避免碰撞——責(zé)任敏感安全 (RSS) 模型。RSS 是一個(gè)正式的數(shù)學(xué)模型，它采用技術(shù)中立的方法來(lái)避免崩潰。該標(biāo)準(zhǔn)稱為與安全相關(guān)的自動(dòng)車輛行為模型的假設(shè)。

定義 AV 級(jí)別和概念的 SAE J3016 術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)正吸引越來(lái)越多的批評(píng)，當(dāng)它僅定義 AV 術(shù)語(yǔ)時(shí)被視為安全標(biāo)準(zhǔn)。我們的同事 Colin Barnden 對(duì)此和其他 AV 安全主題進(jìn)行了出色的概述。

SAE 很可能會(huì)將其六個(gè)級(jí)別從 ADAS 更新為 AV。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 Phil Koopman 提出的一項(xiàng)基于 Koopman 的四種簡(jiǎn)化自動(dòng)化模式的建議獲得了相當(dāng)大的支持：

駕駛員輔助：支持人類駕駛員。

監(jiān)督自動(dòng)化：人類駕駛員監(jiān)控并填補(bǔ)能力空白。

自主操作：沒(méi)有人類駕駛員對(duì)安全負(fù)責(zé)。

車輛測(cè)試：由于潛在的設(shè)計(jì)缺陷，駕駛員可以降低風(fēng)險(xiǎn)。

視音頻技術(shù)

AV 技術(shù)不斷進(jìn)步——某些方面比其他方面更重要。軟件驅(qū)動(dòng)程序正在改進(jìn)，其中一些涵蓋了多個(gè) AV 用例。以前從未見(jiàn)過(guò)的邊緣情況或新的駕駛情況仍然是一個(gè)棘手的問(wèn)題，需要相當(dāng)大的進(jìn)步才能獲得可接受的安全性。

傳感器隨著改進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)而不斷發(fā)展。飛行時(shí)間 (ToF) 和調(diào)頻連續(xù)波 (FMCW) 技術(shù)之間的激光雷達(dá)技術(shù)之爭(zhēng)正在進(jìn)行中。ToF 是大多數(shù) AV 初創(chuàng)公司使用的成熟技術(shù)。FMCW 具有諸如最小干擾、出色的速度測(cè)量和更長(zhǎng)的范圍等關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。然而，成本仍然是一個(gè)問(wèn)題。FMCW 看起來(lái)是長(zhǎng)期贏家。

新一代雷達(dá)技術(shù)正在興起，它將通過(guò) 4D 或成像雷達(dá)大大提高傳感能力。4D雷達(dá)帶來(lái)了與激光雷達(dá)的重疊功能，是雷達(dá)的長(zhǎng)期領(lǐng)導(dǎo)者。

在其他地方，遠(yuǎn)紅外線 (FIR) 是另一種有前途的 AV 傳感器技術(shù)。FIR 可以比其他傳感器更好地檢測(cè)溫暖的物體，對(duì)于檢測(cè)行人和動(dòng)物至關(guān)重要。

人工智能技術(shù)不斷改進(jìn)，但進(jìn)步的速度似乎已經(jīng)放緩——至少對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車來(lái)說(shuō)是這樣。一個(gè)問(wèn)題是所謂的黑盒問(wèn)題：仍然很難確定 AI 模型如何為 AV 駕駛做出決策。這種模糊性仍然是 AV 使用的一個(gè)大問(wèn)題。需要更好的解決方案。

未來(lái)展望

安全部署階段將因 AV 用例而異，時(shí)間范圍為 2024 年至 2030 年，甚至可能更晚——具體取決于領(lǐng)先企業(yè)的計(jì)劃。下一節(jié)回顧上面的圖表。

視音頻用例。

交通模式相對(duì)簡(jiǎn)單的用例（包括低速旅行）將首先看到安全部署。這包括在許多公共交通部署中用于固定和可變路線的 AV。僅貨物交付 AV 也將看到早期部署，將人行道 AV 作為以步行速度運(yùn)行的最簡(jiǎn)單版本。

Nuro 等基于道路的純貨物自動(dòng)駕駛汽車也應(yīng)該看到早期部署。Nuro 的第三代 AV 包括一個(gè)外部安全氣囊，以提高行人的安全性。

機(jī)器人出租車正在部署中，但僅限于部分城市的受限區(qū)域。擴(kuò)張將取決于道路使用立法。未來(lái)機(jī)器人出租車的運(yùn)營(yíng)安全性也將對(duì)未來(lái)的擴(kuò)張產(chǎn)生重大影響。一些致命的撞車事故可能會(huì)迅速滾雪球，成為所有自動(dòng)駕駛出租車操作員面臨的重大問(wèn)題——即使只有少數(shù)撞車事故導(dǎo)致受傷或死亡。

消費(fèi)級(jí)自動(dòng)駕駛汽車將利用機(jī)器人出租車的開(kāi)發(fā)和部署，但至少會(huì)滯后五年。消費(fèi)類 AV 的 ODD 可能有限，其模式類似于自動(dòng)駕駛出租車。決定消費(fèi)者 AV 部署的最大因素將是未來(lái)的道路使用立法。

一些自動(dòng)駕駛卡車應(yīng)用程序?qū)⒃?2025 年之前部署，其中集線器到集線器將處于領(lǐng)先地位。自動(dòng)駕駛卡車承諾即使在有安全駕駛員的情況下也能改善操作，特別是考慮到當(dāng)前的駕駛員短缺和更好地利用法定休息時(shí)間之間的駕駛員時(shí)間。司機(jī)的效率可以縮短新鮮農(nóng)產(chǎn)品等商品的行程時(shí)間，具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。

道路立法。

到 2025 年，許多國(guó)家可能會(huì)出臺(tái)重要的道路使用立法。這些法律將對(duì)所有 AV 用例產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，可能會(huì)延遲 AV 部署。

作為這些審議的一部分，必須做出幾個(gè)艱難的決定，因?yàn)樾碌?AV 立法將基于制定具體規(guī)定的最少數(shù)據(jù)。其中包括指定 AV 安全與人工駕駛車輛相比的起點(diǎn)，以及如何衡量這種關(guān)系的演變。自動(dòng)駕駛汽車通過(guò)提高安全性的軟件更新得到改進(jìn)。針對(duì)一組特定的人類駕駛員衡量安全改進(jìn)仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題

英國(guó)通過(guò) AV 立法的努力對(duì)辯論做出了很大貢獻(xiàn)。例如，英國(guó)研究人員得出結(jié)論，AV 安全是一項(xiàng)最好留給議會(huì)的政治決定。

到目前為止，很少有人討論未來(lái) AV 市場(chǎng)對(duì)公司和政府的巨大收入潛力。毫無(wú)疑問(wèn)，這種收入潛力將被納入 AV 道路使用立法。隨著 AV 部署的推進(jìn)，早期的 AV 部署還將賦予其他國(guó)家可以利用的技術(shù)和使用領(lǐng)先地位。

安全標(biāo)準(zhǔn)。

AV 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況良好：ISO 21448 和 UL 4600 已獲得批準(zhǔn)，IEEE P2851 即將推出。這些標(biāo)準(zhǔn)必須內(nèi)置到下一代 AV 系統(tǒng)中，以增加相當(dāng)大的安全性。

新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或至少現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的更新是可能的。一個(gè)問(wèn)題是，是否會(huì)有針對(duì)自動(dòng)駕駛卡車、純貨物 AV 或其他車輛類別的特定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)？

未來(lái)的立法可能還需要在 2025 年的時(shí)間范圍內(nèi)制定新的或更新的標(biāo)準(zhǔn)。這可能對(duì)未來(lái)的 AV 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生最大的影響。

視音頻技術(shù)。

需要持續(xù)改進(jìn) AV 技術(shù)。軟件驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁蕾囉谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的進(jìn)步和來(lái)自擴(kuò)展機(jī)器學(xué)習(xí)的改進(jìn)以及來(lái)自測(cè)試和操作的數(shù)據(jù)。

FMCW激光雷達(dá)、4D雷達(dá)和FIR等傳感器硬件和軟件技術(shù)正在進(jìn)入量產(chǎn)階段。所有傳感器都將看到成本下降和可靠性提高，激光雷達(dá)變得更加實(shí)惠。

隨著成本的下降，計(jì)算性能也會(huì)提高。帶有人工智能加速器的芯片將有助于提高重要性。一些 AV 公司將開(kāi)發(fā)自己的芯片。

底線

AV 必須在批量部署之前克服多重挑戰(zhàn)。技術(shù)復(fù)雜性仍然令人生畏：開(kāi)發(fā)和證明軟件驅(qū)動(dòng)程序可以勝過(guò)人類驅(qū)動(dòng)程序仍然是一個(gè)主要障礙。

AV 用例變得越來(lái)越清晰，其中一些比其他用例更容易掌握。具有簡(jiǎn)單流量模式和低速度的部署將看到早期的批量部署。

AV 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在進(jìn)步?，F(xiàn)在取決于 AV 公司將這些標(biāo)準(zhǔn)快速集成到他們的平臺(tái)中。

也許最艱難和最有爭(zhēng)議的決定將由制定自動(dòng)駕駛道路使用立法的政客做出。他們必須權(quán)衡自動(dòng)駕駛汽車的安全性和人類駕駛員的能力。他們還必須具體說(shuō)明新法律的實(shí)施、自動(dòng)駕駛汽車將如何被授權(quán)供公眾使用以及自動(dòng)駕駛汽車在其駕駛生命周期內(nèi)如何保持授權(quán)。

審核編輯 黃昊宇