自动驾驶技术简述

未来,高度自动驾驶将被哪些企业所主导,目前尚看不出端倪。不过,对于L3级以下的自动驾驶,也就是ADAS(高级驾驶辅助系统)的主要市场,博世、大陆、电装以及奥托立夫等企业占据了绝大部分的全球市场份额。

本文来源:自动驾驶技术部落 整理:智车科技

感知层完善的体系化能力

全球ADAS市场集中度高的原因,就是其涉及了“感知”、“决策”和“执行”三个层面,需要深厚的系统集成能力,这也是零部件供应商的强项,而高度自动驾驶恰好也依赖这三层架构。可以说,摄像头、雷达等关键部件的市场竞争首先为零部件企业提供了自动驾驶的机遇。

在感知层,博世的技术已经包括了摄像头、毫米波雷达以及激光雷达等传感器,有丰富的近、中、远距离感知产品组合。博世从1978年开始研发车用雷达传感器,在雷达领域已经耕耘了40年。

现如今,毫米波雷达已经升级到了第五代,相比起第四代来说,探测距离提升到了200米,点云密度提高了10倍,带宽最大可达1.5G,而且拥有更广的水平视角。所以,无论是在距离还是分辨率上都已经有了很大的改善。

虽然,排在前面的几家Tier 1供应商牢牢掌控了毫米波雷达市场,但是激光雷达基本都不是他们的传统业务强项。不过,这些Tier 1供应商都在积极地强化激光雷达的技术能力,主流的做法就是投资并购专业的雷达企业。在这方面,博世投资了TetraVue公司,后者的超高分辨率3D LiDAR数据和成像技术,将大大提高自动驾驶汽车识别能力;2018年,博世又投资了ABAX Sensing公司,ABAX正在研发全固态激光雷达产品。

摄像头方面,第三代的多功能/立体摄像头被博世自诩为“革命性”的一代产品。博世将纹理识别、密集光流法和CNN卷积神经网络算法都集成到了该摄像头系统中。

新的摄像头产品,不仅仅是将像素从120万提升到了200万这么简单,即便在没有车道线的情况下也能对道路进行很好的识别。同时能够识别道路上滚动的球等之前不能识别的障碍物,以及对道路、车道线、房屋、草木和天空都能进行明确区分。

对执行层的深度理解助力决策规划

随着自动驾驶的到来,域控制器成为了下一代汽车电子架构的发展趋势。在决策层,自动驾驶汽车需要通过一个性能强大的计算平台,接收来自各类传感器的信号,规划出车辆行驶最优路径。

目前,包括大陆、采埃孚、麦格纳、伟世通等在内的多家零部件供应商都推出了各自的域控制器解决方案。博世其实从2017年就成立了专门研发域控制器的团队,DASy域控制器基础版、DASy增强版分别面向L2级高速公路辅助(HWA)及L3级交通拥堵引导(TJP)功能。

另外,对于L3级高速公路引导(HWP)功能,为了增加系统的冗余度,博世采用了双域控制器的架构,进一步保障了系统的安全性。

对于自动驾驶汽车来说,由于需要完成大量的运算,域控制器一般都需要搭载一个运算能力足够强的处理器。目前,在业内能够为自动驾驶提供算力支持的企业不外乎英特尔、英伟达、恩智浦、英飞凌等。

在2017年,博世和英伟达建立了合作,基于英伟达的车用超级芯片Xavier打造下一代自动驾驶汽车计算机。博世和戴姆勒一直在合作开发L4/L5级自动驾驶,而英伟达其实也深度参与其中。

其实,零部件供应商来做自动驾驶计算平台的优势在于他们深谙汽车运动控制之道。比如,从A点到B点的路径中,可能涉及加速、转弯、变道、超车、刹车等复杂的运动情形,而零部件供应商有丰富底盘控制技术经验和产品矩阵,充分考虑了汽车动力学因素。

那么,到自动驾驶时代,零部件供应商所积累的汽车运动控制的经验就可以反哺“决策规划”。毕竟,自动驾驶汽车能够平顺行驶、保证舒适和安全,很大程度上取决于底盘控制能力,能不能做好决策规划也与对底盘的理解程度有莫大关系,所以决策和执行其实是相辅相成。

而执行控制层,也是自动驾驶落地的最后阶段,这部分也恰恰被Tier 1供应商垄断。一方面,他们有体系化的产品且和主机厂深度绑定;另一方面,由于涉及汽车安全,所以基本不会开放。

在执行层,博世有三大系统,即动力系统、制动系统以及转向系统。同时也有满足未来自动驾驶对执行器冗余要求的系统解决方案,“iBooster+ESP”(iBooster,智能助力器;ESP,车身电子稳定系统),这两者相互校验,提供了很好的制动冗余。

“卫星+道路特征”的厘米级定位解决方案

自动驾驶不仅仅是需要通过传感器来感知环境,也离不开一些更智能的服务。

高精定位,对于自动驾驶来说就是一个重要的命题,只有时刻让汽车知晓接近厘米级的自身准确位置,才能保证安全行驶。

博世打造了一套集硬件、软件和服务为一体的高精度定位解决方案,也是一套由基于卫星的绝对定位和基于博世道路特征的相对定位所组成的冗余定位方案,在天气恶劣或遮挡等不利条件下,这两种定位方案依也是相互校验的。

基于卫星的绝对定位:博世开发出了卫星定位智能传感器(VMPS),集成了高精度惯导IMU及信号纠偏服务,能保证多种工况下定位稳定,精度可达20厘米以内。

基于博世道路特征的相对定位:在2017年,博世和百度、高德以及四维图新三家图商合作推出了“博世道路特征(BRS)”,它的工作原理其实是,通过车载传感器(摄像头、雷达)采集生成道路特征数据,并实时上传到云端后台与高精度地图进行比对,以此来确定汽车在当前车道中的位置,从而实现厘米级定位。

其实,针对高精度定位解决方案,目前业内出现了两种技术路径。像高德、四维图新这样的专业图商,他们本身有拥有覆盖区域更广、更精准的高精度地图,再辅以低成本的传感器配置(比如四维图新采用了16线的激光雷达),就实现了汽车高精度定位。而博世和Mobileye这类供应商则正好相反,他们是基于高分辨率的传感器配置(例如Mobileye的道路体验管理系统REM方案中是纯视觉,而博世则还有雷达,应对复杂环境更可靠),配合相对低精度的地图。不过,后一种方案,需要强大的人工智能(AI)算法。

然而,博世也对高精度地图展开了一系列的布局,比如收购了全球数字地图和定位服务提供商HERE的5%股份,投资地图初创公司DeepMap,以及与荷兰图商TomTom合作研发高精度地图测绘系统。毕竟,高精度地图是实现高度自动驾驶所必备的条件之一。

ADAS技术演进及L4/L5同步开发

对于自动驾驶技术的路径,目前业内基本上有两种划分:一类是传统主机厂所主导的从ADAS过渡到高度自动驾驶的路线,另一类是以Waymo为代表的高新科技公司直接参与L4/L5的自动驾驶技术研发。

博世则是对这两种技术路线同步开发,一方面其作为供应商要为车企提供从ADAS到自动驾驶的完善技术,另一方面是与戴姆勒联合开发L4及以上的无人驾驶出租服务。

博世的自动驾驶技术主要分为三大场景:低速自动泊车场景、高速路自动驾驶,以及城市内的无人驾驶出租车/小巴。

2018年,博世推出了最新的全自动泊车辅助(APA)和全自动代客泊车(AVP)。L2级的交通拥堵辅助/集成式巡航控制(TJA/ICA)功能也已量产,包括吉利博瑞GE(一万补贴)、长安CS55、荣威MARVEL X以及威马EX5等车型都已搭载。

博世要量产的下一代自动驾驶功能是高速公路辅助(HWA),与特斯拉的Autopilot有类似之处,也属于L2.5级,量产时间大约在2020年。而L3的高速自动驾驶则要在2020年以后才能推出。

本文分享自微信公众号 - 小白学视觉(NoobCV)

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原始发表时间:2019-12-22

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