在自動(dòng)駕駛中如何克服惡劣天氣？

目前，行業(yè)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)已經(jīng)做到在正常天氣狀況下的自動(dòng)駕駛，但針對(duì)惡劣天氣環(huán)境，很多企業(yè)仍然在碰到不少難題。這其中，合理規(guī)避不同感知傳感器的性能瓶頸及傳感器的自清潔、冗余設(shè)計(jì)都是解決方向。

迄今為止，大多數(shù)ADAS及自動(dòng)駕駛成功測(cè)試都是基于有限的天氣條件下進(jìn)行，為了保證未來(lái)正式量產(chǎn)上路可能遭遇的各種惡劣天氣環(huán)境，汽車主機(jī)廠和Tier1、零部件廠需要考慮所有可能的天氣條件。

比如，在沃爾沃XC60的車主手冊(cè)中，關(guān)于City Safety的限制條款顯示，其在大雪或大雨、濃霧、沙塵暴或大暴風(fēng)雪等情況下功能較差，甚至不能正常工作。同時(shí)，由于其使用了激光傳感器，手冊(cè)中也明確注明要保持激光傳感器前面的擋風(fēng)玻璃無(wú)冰雪及污垢。

在碰撞警示系統(tǒng)方面，手冊(cè)中明確注明攝像頭傳感器在黃昏和黎明時(shí)看見(jiàn)騎車人的能力有限。當(dāng)在黑夜及隧道中行駛時(shí)，即使路燈點(diǎn)亮，攝像頭傳感器檢測(cè)騎車人的能力也將被禁用。

此外，當(dāng)用于掃描車道及探測(cè)行人和其他車輛時(shí)，強(qiáng)烈的迎面燈光、車道上的反光、道路表面的積雪、骯臟或者不清晰車道線標(biāo)記等，都可能大大降低攝像頭傳感器的功能。

有數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)汽車在惡劣天氣環(huán)境下的事故數(shù)量占到22%，大風(fēng)、霧天、雨雪天等等，都會(huì)造成駕駛員的判斷錯(cuò)誤，這對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，同樣存在。

對(duì)于嚴(yán)酷天氣條件下的自動(dòng)駕駛，目前行業(yè)內(nèi)主要是兩個(gè)方向的解決方案，一是車輛判斷傳感器及道路、天氣狀況進(jìn)行駕駛能力的安全決策。比如，在潮濕道路是否減速，霧天條件下傳感器能見(jiàn)度下降的判斷，雪地及泥水條件下如何保證制動(dòng)及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的緊急措施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

第二個(gè)方向則是如何保障在惡劣天氣條件下，自動(dòng)駕駛傳感器系統(tǒng)的正常工作。目前大家所知道的是，毫米波雷達(dá)可以在惡劣的天氣條件下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以穿透雨霧，但不能想視覺(jué)一樣提供對(duì)復(fù)雜環(huán)境的細(xì)節(jié)判斷。

激光雷達(dá)和攝像頭則都是容易受到天氣條件的干擾。比如激光雷達(dá)在大雨及雪天條件下，發(fā)出去的激光線束容易被折射而干擾產(chǎn)生噪音，同時(shí)造成測(cè)距范圍的下降。

紅外夜視+可見(jiàn)光

在過(guò)去的交通事故統(tǒng)計(jì)案例中，事故死亡人數(shù)在日落之后上升最快。事實(shí)上，絕大多數(shù)（四分之三）的行人死亡也發(fā)生在夜間。

已經(jīng)得到確認(rèn)的是，基于紅外夜視系統(tǒng)利用紅外光波檢測(cè)物體自然發(fā)射的熱量差異，可以檢測(cè)到可見(jiàn)光攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)不能識(shí)別的物體。至關(guān)重要的是，它們?cè)谖⒐夂蛺毫犹鞖獾那闆r下表現(xiàn)依舊良好。

去年，上市公司高德紅外旗下子公司軒轅智駕，發(fā)布的“基于高德紅外自主探測(cè)器”的新一代熱成像避障系統(tǒng)IR313，具備突破夜障、強(qiáng)眩光、穿透霧霾沙塵、行人識(shí)別及報(bào)警、前車碰撞報(bào)警和預(yù)告等多項(xiàng)功能。

軒轅智駕紅外避障系統(tǒng)采用紅外熱成像技術(shù)，能夠捕捉前方28°*21°視角、400米外熱源。該款產(chǎn)品能探測(cè)超過(guò)400m的夜視距離，而市面上大多車載夜視系統(tǒng)探測(cè)距離在200m左右。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)匹配不同車速進(jìn)行功能調(diào)整。

同時(shí)，系統(tǒng)完全依照車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，通過(guò)了相關(guān)機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，夜視攝像頭內(nèi)部集成智能圖像識(shí)別功能，無(wú)須外接圖像處理盒子，便于安裝。該系統(tǒng)集成了行人識(shí)別算法功能，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期、系統(tǒng)、嚴(yán)格的路試驗(yàn)證。

為了配合多傳感器融合趨勢(shì)，軒轅智駕在今年推出了一套解決方案，就是基于可見(jiàn)光+紅外熱成像+毫米波雷達(dá)。優(yōu)勢(shì)是全天候工作；兼顧動(dòng)靜態(tài)物體偵測(cè)；可識(shí)別物體。但目前仍然存在一些需要克服的瓶頸：包括成本稍貴，對(duì)處理器運(yùn)行速度和融合算法要求高。

光線變換，是目前視覺(jué)的痛點(diǎn)之一。解決重點(diǎn)包括眩光，眩光是一個(gè)非常難解決的問(wèn)題。因?yàn)槲覀兪羌儽粍?dòng)探測(cè)的，所以在眩光的情況下是不會(huì)受到任何干擾，夜視系統(tǒng)不受光線變換的影響，可減少駕駛員在城市駕駛時(shí)受眩光以及燈光的影響。

夜視的另外一大特點(diǎn)就是穿透性強(qiáng)，可以大幅提升惡劣天氣下的駕駛視野。比如在中度霧霾的情況下，可見(jiàn)光看到的效果跟人的肉眼差不多，紅外線基本上可以達(dá)到百米左右的探測(cè)距離。

傳感器自清潔

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，未來(lái)的汽車車身上會(huì)搭載越來(lái)越多的傳感器、攝像頭和雷達(dá)，而道路上的灰塵、泥水，甚至是冰雪都會(huì)嚴(yán)重影響它們的工作。

有業(yè)內(nèi)人士透露，考慮毫米波雷達(dá)車載測(cè)量精準(zhǔn)性和安裝成本，毫米波雷達(dá)廠商和Tier1通常都是建議主機(jī)廠將前向毫米波雷達(dá)裸露安裝在前包圍外部，由此在行車中，前向毫米波雷達(dá)易被道路飛濺起的泥巴等污物遮擋，導(dǎo)致“失明”。

在寒冷的冬天，毫米波雷達(dá)表面容易形成結(jié)冰，影響信號(hào)失準(zhǔn)也是一大隱患。為此，前裝雷達(dá)廠商在毫米波雷達(dá)外殼內(nèi)集成了加熱裝置，著車時(shí)，可以快速升溫，解除雷達(dá)表面冰凍。

此前，法雷奧就推出了一款everView傳感器清潔系統(tǒng)，它是首款應(yīng)用于激光雷達(dá)傳感器的全自動(dòng)清潔設(shè)備。

everView傳感器清潔系統(tǒng)配備了一只可伸縮手臂和幾個(gè)噴嘴，可自動(dòng)噴出清洗液并清洗傳感器。清洗液可隨手臂的延展均勻噴灑在傳感器表面，該清潔系統(tǒng)還可以選配除霜功能，以確保車輛在冬季保持最佳性能。

而在攝像頭方面，大陸集團(tuán)去年宣布研發(fā)出了一款魚(yú)眼攝像頭專用的清洗系統(tǒng)，可利用噴射水流去除鏡頭上的污垢。相比前視攝像頭更多安裝在車內(nèi)不同，由于魚(yú)眼攝像頭的安裝在車身外，它們很容易受到天氣的影響，會(huì)沾染到冰雪、灰塵等污漬。

目前，大陸集團(tuán)夜視攝像頭的清洗系統(tǒng)已經(jīng)投入批量生產(chǎn)， 360度全景攝像頭的清洗系統(tǒng)將于2019年前應(yīng)用于車輛。

此外，水箱內(nèi)的防凍液可以防止清洗用水在鏡頭上凍結(jié)。加熱式清洗系統(tǒng)的供水系統(tǒng)內(nèi)集成有加熱導(dǎo)體，可通過(guò)加熱清洗用水來(lái)防止其結(jié)冰。

深度學(xué)習(xí)

在今年舉行的谷歌I/O開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，Waymo宣布了自己的深度學(xué)習(xí)最新成果，在用算法過(guò)濾掉噪點(diǎn)（比如減少雪花帶來(lái)的“信號(hào)噪點(diǎn)”）之后，信號(hào)收集畫(huà)面簡(jiǎn)潔得如同正常天氣狀態(tài)，讓自動(dòng)駕駛汽車看穿積雪路面并安全行駛。

同時(shí)，在軟件算法上，盡量擴(kuò)大樣本采集容量，包含到惡劣天氣下不同路況的數(shù)據(jù)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)等來(lái)提高系統(tǒng)精確度。

此外，很多廠商所提出的用深度學(xué)習(xí)方案來(lái)進(jìn)行感知識(shí)別等技術(shù)，依然處于早期階段，未來(lái)仍需要解決大型數(shù)據(jù)集、算法運(yùn)算能力、以及如何在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)以及識(shí)別準(zhǔn)確度的問(wèn)題。