數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代下電動(dòng)汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展研究

王景景　田夢(mèng)　常凱迪

摘 要：在數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代下，汽車行業(yè)正在向網(wǎng)聯(lián)化和智能化方向發(fā)展，自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)成為目前電動(dòng)汽車企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。本文首先介紹了與自動(dòng)駕駛相關(guān)的技術(shù)，然后選取部分電動(dòng)汽車制造企業(yè)，對(duì)其自動(dòng)駕駛的技術(shù)路線和能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行研究，最后根據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化轉(zhuǎn)型 網(wǎng)聯(lián)化 智能化 自動(dòng)駕駛

1 引言

隨著國(guó)家政策引導(dǎo)和汽車強(qiáng)國(guó)的需要，以5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的數(shù)字技術(shù)開始對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的產(chǎn)品定義、產(chǎn)品規(guī)劃產(chǎn)生影響[1]。其中，汽車行業(yè)正由傳統(tǒng)硬件制造向以新四化（汽車電動(dòng)化、智能互聯(lián)、汽車共享以及自動(dòng)駕駛）為特征的未來(lái)移動(dòng)出行轉(zhuǎn)變[2]，尤其是汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，推動(dòng)汽車行業(yè)全價(jià)值鏈的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，誕生出“軟件定義汽車”的全新產(chǎn)品理念，智能網(wǎng)聯(lián)化的自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車成為未來(lái)汽車工業(yè)的發(fā)展方向[3]。

2 自動(dòng)駕駛相關(guān)技術(shù)研究

自動(dòng)駕駛技術(shù)是指不需要人為操作即能感測(cè)其環(huán)境及導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駕駛[4]。與自動(dòng)駕駛相關(guān)的技術(shù)主要有車輛定位、圖像識(shí)別、信息共享和深度學(xué)習(xí)等。

2.1 車輛定位

車輛定位是實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、路徑規(guī)劃與控制等后續(xù)功能的基礎(chǔ)。汽車在駕駛過(guò)程中，通過(guò)激光導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等能識(shí)別到車輛所處的地理位置，并主動(dòng)向駕駛系統(tǒng)發(fā)送道路信息，以幫助中央導(dǎo)航做出正確的駕駛選擇[5]。目前汽車定位采用的傳感器主要有激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭等[6]。

2.2 圖像識(shí)別

借助于人工智能和大數(shù)據(jù)，自動(dòng)駕駛車輛在行駛過(guò)程中會(huì)通過(guò)視覺傳感器將車輛周邊環(huán)境的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的采集，然后反饋給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)接收到的圖像進(jìn)行多層次的信息加工，且隨著類似圖像數(shù)據(jù)的多次采集和處理，系統(tǒng)將逐漸熟悉圖像特征，當(dāng)有相似的圖像出現(xiàn)后，系統(tǒng)將準(zhǔn)確的識(shí)別出圖像中的信息[7]。

2.3 信息共享

由于人工智能的應(yīng)用，不同汽車之間可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)路況和車輛位置信息的共享。在專用通道中，汽車能夠?qū)⒆陨砦恢?、車速等信息與其他汽車共享，使其他汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收到信息并及時(shí)調(diào)整車輛的行駛狀態(tài)，保證車輛行駛的安全性[8]。另外，車輛的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還能監(jiān)控共享信息的時(shí)效性，自動(dòng)刪除無(wú)效信息，從而保證自動(dòng)駕駛汽車獲得最新的共享信息。

2.4 深度識(shí)別

深度識(shí)別不僅可以及時(shí)獲取環(huán)境信息并進(jìn)行精準(zhǔn)分析處理，而且能夠在計(jì)算機(jī)的幫助下獲得更成熟的感知和分析能力。通過(guò)將人工智能技術(shù)和云服務(wù)相結(jié)合，汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)迅速獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)雜的算法將結(jié)果直接發(fā)送到駕駛決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的智能化駕駛[9]。另外，深度識(shí)別能夠大幅度提升汽車自動(dòng)化駕駛的水平和質(zhì)量[10]，如通過(guò)監(jiān)控和分析駕駛員的駕駛偏好，將信息反饋給中央控制系統(tǒng)，可以幫助車輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度和座椅位置等功能。

3 代表企業(yè)自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展

3.1 特斯拉

目前特斯拉自動(dòng)駕駛技術(shù)采用的是全視覺路線，其利用8個(gè)攝像頭的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，取消了激光雷達(dá)，靠視覺感知路線、障礙物等，模擬人腦駕駛時(shí)的反饋邏輯；車輛圖像數(shù)據(jù)采集完成后，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分層并行處理，且數(shù)據(jù)量越大，其處理效果越好，識(shí)別精度越高；然后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而產(chǎn)生自主判斷能力，自行發(fā)出行進(jìn)或避讓的指令開啟自動(dòng)駕駛，見圖1。

特斯拉的FSD功能，包括自動(dòng)輔助導(dǎo)航駕駛、自動(dòng)輔助變道、自動(dòng)泊車、智能召喚、自動(dòng)識(shí)別信號(hào)燈及標(biāo)識(shí)，同時(shí)還具有城市街道自動(dòng)輔助駕駛功能，但目前該功能僅在美國(guó)部分地區(qū)搭載。

3.2 智己

智己的自動(dòng)駕駛技術(shù)以視覺方案為主，同時(shí)搭載高精攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器和高精定位單元、V2X車路協(xié)同等高性能感知硬件，具有成本低、可持續(xù)依托數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代的優(yōu)點(diǎn)；感知系統(tǒng)完成圖像數(shù)據(jù)采集后，將由Xavier計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算，見圖2。

智己自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)車輛召喚、高速領(lǐng)航、城市領(lǐng)航和自動(dòng)泊車等功能，另外，通過(guò)判定路況和輔助駕駛能力，可對(duì)駕駛員駕駛能力進(jìn)行分級(jí)，給予駕駛員相應(yīng)的反饋，提高駕駛員的信任程度。

3.3 小鵬

小鵬的自動(dòng)駕駛輔助技術(shù)是以視覺和雷達(dá)波的融合感知路線為主，感知系統(tǒng)包括高清攝像頭、超聲波傳感器、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)以及高精定位單元，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境進(jìn)行視覺和雷達(dá)的雙重融合感知；采集完成的圖像數(shù)據(jù)，將在NVIDIA Xavier超級(jí)計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行計(jì)算，形成數(shù)據(jù)和算法的全閉環(huán)，見圖3。

小鵬的自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)ACC/LCC/NGP工況下，加塞車輛更早識(shí)別與應(yīng)對(duì)，提高擁堵路況下的駕駛舒適性；另外可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車輔助、停車場(chǎng)超級(jí)記憶泊車等智能泊車功能以及NGP高速自動(dòng)導(dǎo)航輔助駕駛和NGP城市自動(dòng)導(dǎo)航輔助駕駛功能，全面提升對(duì)行人、靜態(tài)障礙物和小物體的檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)最高厘米級(jí)測(cè)距精度。

3.4 蔚來(lái)

蔚來(lái)NAD自動(dòng)駕駛技術(shù)基于視覺和雷達(dá)波的融合感知系統(tǒng)，感知系統(tǒng)包括高清攝像頭、高精度激光雷達(dá)、超聲波傳感器、高精定位單元和V2X車路協(xié)同等高性能感知硬件；圖像數(shù)據(jù)在NIO NAD ADAM超算平臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)算，該運(yùn)算平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)處理復(fù)雜交通場(chǎng)景時(shí)更準(zhǔn)確、迅速，同時(shí)可針對(duì)每個(gè)用戶的用車環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化的訓(xùn)練，以確保每個(gè)用戶自動(dòng)駕駛體驗(yàn)更好，見圖4。

在NAD自動(dòng)駕駛技術(shù)之前的NIO Pilot駕駛技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)泊車、自動(dòng)進(jìn)出匝道和車輛近距離召喚，NAD自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可逐步實(shí)現(xiàn)高速、城區(qū)、泊車和換電場(chǎng)景的全覆蓋，最終將實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的自動(dòng)駕駛服務(wù)。

4 各企業(yè)自動(dòng)駕駛發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)

目前各企業(yè)的主要發(fā)力點(diǎn)是L2基礎(chǔ)功能和L2+進(jìn)階功能，通過(guò)進(jìn)一步的硬件利用和算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更多維度的功能發(fā)展。相對(duì)領(lǐng)先的企業(yè)基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)L2級(jí)功能的全面普及，一部分在中高配車型上全面搭載L2級(jí)功能，另一部分以相對(duì)較低的價(jià)格選裝，可實(shí)現(xiàn)全速域的ACC跟車和車道居中功能；另外，L2+功能是目前各企業(yè)布局的重點(diǎn)方向，包含領(lǐng)航輔助、高階自動(dòng)泊車、車輛召喚、自動(dòng)進(jìn)出匝道等。在L3以上更高級(jí)別的功能上，由于目前在法規(guī)、算法和技術(shù)尚未突破的情況下，企業(yè)采用硬件先行的策略，通過(guò)豪華的感知硬件，如激光雷達(dá)、高清攝像頭等，建立起硬件基礎(chǔ)，再不斷迭代軟件功能，布局更高階的自動(dòng)駕駛功能。

5 自動(dòng)駕駛發(fā)展趨勢(shì)預(yù)判

自動(dòng)駕駛環(huán)境方面：國(guó)家的自動(dòng)駕駛相關(guān)的法規(guī)已形成初步框架，多部委協(xié)同協(xié)作機(jī)制日趨完善，規(guī)劃到2030年率先建成智能汽車強(qiáng)國(guó)，預(yù)計(jì)政策法規(guī)方面未來(lái)將迎來(lái)重大利好；地方上加快布局車路協(xié)同等基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和5G網(wǎng)絡(luò)的部署，同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)公司積極追趕國(guó)外高精地圖相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，為自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐，有望早日實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同。

自動(dòng)駕駛硬件方面：自動(dòng)駕駛硬件在近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要是激光雷達(dá)的普及與核心處理器的快速發(fā)展，激光雷達(dá)體積和成本均有效壓縮，大規(guī)模裝車成為可能；核心處理器算力發(fā)展迅速，高性能芯片成為未來(lái)發(fā)力的主攻方向。

自動(dòng)駕駛功能發(fā)展方面：得益于供應(yīng)鏈的快速發(fā)展，L2級(jí)駕駛輔助功能的開發(fā)成本迅速降低，裝備率迅速增加，如車道保持輔助功能和全速自適應(yīng)巡航功能的裝備率分別由2016年的0.07%和0.08%上升至2021年的28.31%和22.87%，未來(lái)將逐步走向普及；L2+功能快速發(fā)展，L2+功能通過(guò)更高的算力和更豐富的感知硬件，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間、更多場(chǎng)景的輔助駕駛，但仍需駕駛者長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)督，隨著硬件成本的下降，L2+功能是未來(lái)差異化駕駛輔助功能的主要發(fā)力點(diǎn)；但L3以上功能，涉及到法規(guī)、算法和配套的局限，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景覆蓋，還需要長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展與試錯(cuò)。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)階段的技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)的功能，可知L2級(jí)自動(dòng)駕駛功能裝備率正在逐步增加，未來(lái)將逐漸普及，L2+級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)是近期企業(yè)自動(dòng)駕駛技術(shù)的主要發(fā)展方向，L3級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)還需較長(zhǎng)時(shí)間的研究與發(fā)展。

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