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真正自动驾驶尚遥远 ADAS 承诺遇两难抉择
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2 月 8 日,中国市场监管总局等五部门约谈特斯拉,别说自动驾驶,连基本安全都有问题——电池起火、异常加速、车辆远程升级(OTA)等,不一而足。

而之于今天汽车的 ADAS(高级驾驶辅助系统)也还没有做好,却又被 AV(自动驾驶汽车)乱了阵脚。关于 ADAS 和 AV 竟有这么多可讲的故事。

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ADAS 的神话似乎夸大了

为了提高汽车的安全性,ADAS 已经发展了十年有余。将一组传感器(主要是雷达和摄像头)与强大的 ECU(电子控制单元)相结合的技术在过去十年中取得了相当大的突破。2012 年,几篇学术研究论文已经证明,自动紧急制动(AEB)能够将追尾事故减少 40%,并能够将相关死亡人数减少 15%。这发生在“零伤亡愿景”理念在全球传播的之时。高科技的确可以改变人们的生活,而 ADAS 的神话似乎被夸大得不可理喻了。

事实上,ADAS背后还有另一个故事,有两家公司成为了定义 ADAS 目标转变的缩影:Mobileye 和特斯拉(Tesla)。当时,ADAS 的一个全新视角被提上了台面,这就是自动驾驶。就在实现 ADAS 过程中,突发的事件引起了两家公司的骚动。

2016 年 5 月 7 日,骨灰级粉丝 Joshua Brown 在使用基于 Mobileye EyeQ3 的特斯拉 Model S Autopilot(自动驾驶系统,实际上是 ADAS 系统)时,从侧面撞上一辆 18 轮大型货车,当场死亡,成为史上第一起由自动驾驶技术引发的血案。

2016 年 7 月,MobileEye 宣布,当前合约期满后,将不再为特斯拉 Autopilot 提供技术支持,与特斯拉的合作仅限于 EyeQ3。

又过了 8 个月,MobileEye 以 153 亿美元的价格被英特尔收购,当时,它正以 50 美元的 SoC 为全球自动驾驶汽车提供动力。到 2020 年,对于大多数人而言,ADAS 意味着有助于攀登 2014 年 SAE(美国汽车工程师学会)定义的自动驾驶阶梯的一种技术——尽管缺乏证据证明它能爬上一个台阶。ADAS 这项技术获得了 L2、L2+ 和现在的 L2++ 的浮夸表现。可就自动驾驶而言,现实也许是另外一回事。

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算力、传感器、芯片工艺怎么走?

Yole 的这张图有点复杂,值得仔细研究。我们需要思考的是:今天的 ADAS 向上走能不能到达明天的 AD?在这个过程中需要新的计算和新的传感器;还有不断攀升的算力,直至蛮力计算(Brute force computing);是量子计算,还是神经计算?又有这么多公司参与其中,又全是头部企业,该怎么选择?

就算力而言,摩尔定律怎么办?对汽车应用来说,半导体工艺让芯片缩减到几纳米线宽就那么有意义?毕竟汽车不是手机,重要的不是芯片本身就不大的体积,而是恶劣的应用环境,怎么解决越来越小的芯片发热问题?需要研究和解决的问题太多了,它太难了!

自动驾驶汽车创新走向

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安全性能变化不大

早在 2012 年,欧盟就出台规定 2014 年生产的新车必须配备 AEB 系统。以日本和欧盟为首的 40 个国家希望从 2022 年开始所有新车和轻型商用车配备 AEB 系统。

中国的表现似乎还可以,佐思汽研的调查表明,2020 年中国乘用车市场 AEB 系统装配率达到 33.9%,同比增长近一倍。

不过,ADAS 的安全性能并没有太大变化,美国监管机构 IIHS 于 2019 年 6 月召开会议,确认 AEB 将追尾事故减少了 50%,相关伤害索赔率仅减少了 23%……同年,AAA(美国汽车协会)测试显示,在许多情况下,行人检测存在重大限制,比如儿童、成群/鱼贯而行的人或在晚上。

尽管经过了十年的技术升级,安全方面的努力似乎被搁置一旁了。原因应该是想在自动驾驶方面做得更好,不幸的是,事实并非如此。业界每个人都在等待的一大步是 L3——让驾驶者把眼睛从路面移开的能力。这一级别被定义为进入了自动驾驶,除了特斯拉,奥迪是第一家在 2018 款 A8 上试驾 L3 的公司,但它在 2020 年放弃了。这对其他自动驾驶玩家来说可是一个 10 亿欧元的教训。雷克萨斯目前只为一款搭载类似技术的 LS 打上了“L2”烙印。

行业专家认为,目前的移动出行方式正面临着五大限制,其中最被人诟病的是行人安全性的不断恶化。另外四大限制是:公共运输正面临着效率与成本方面的挑战;交通拥堵和拥有车辆成本令汽车作为重要出行方案的地位黯然失色;航空出行快速扩展,但城市到机场的交通状况依然很差;所有现有出行方式都会产生二氧化碳排放,变革迫在眉睫。

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“虚假自动驾驶”的底线在哪里?

“5·7 惨案”中的特斯拉 Model S 使用前向雷达和摄像头作为其 Autopilot 的视觉。不幸的是,那次撞车事故中,一双“眼睛”都没有在晴朗的天空中看到一辆白色的牵引挂车。类似的白色大货车在 2020 年 6 月又被 Model 3 当成了靶子。

2018 年 3 月导致行人死亡的第一起事故是 Uber(优步)的一辆武装到牙齿正在进行自动驾驶测试的沃尔沃XC90。该系统记录了行人在撞击前 6 秒左右雷达和激光雷达的观测结果,当时车辆以 43 英里/小时速度行驶。事发时,车辆并未干预并采取行动。

驾驶者和行人致死的两个第一次及白色庞然大物的类似下场

那么如何解释ADAS期望和交付之间的差距呢?是传感器组的性能有问题?还是需要更多的传感器(冗余)?比如激光雷达(全天候)和热敏摄像头(感知人体)?是否需要更多的计算能力?还是所有这些的结合?

答案确实可以有很多。虽然许多汽车业人士声称,自动驾驶汽车不适合明天,可能只是一个幻想,但目前已有 4000 多辆自动驾驶汽车在世界各地的街道上漫游,当然主要是用于研发目的。

到 2019 年底,随着 Waymo 推出商业叫车服务——Waymo One,无人驾驶出租车已成为现实。目前,该公司 600辆的车队中约有四分之一为客户提供无人驾驶出租车服务,同时准备在密歇根州工厂开业时,每年改装 10 万辆车。

研发自动驾驶汽车的公司并不孤单。通用汽车有 Cruise,来福车(Lyft)的后盾是 Aptiv,百度有阿波罗计划,亚马逊有 Zoox,福特和大众投资 Argo.ai,阿里巴巴支持 Autox,丰田注资 Pony.ai。全世界有 20 多家头部公司加入了这场竞争,并有真正的自动驾驶汽车在道路上行驶。

Yole 分析师认为,在公路上拥有一辆具有一定自动驾驶能力的汽车当然很容易,但很少有公司能达到真正自动驾驶的信心水平。Waymo 可能是第一家为自动驾驶提供所需“合适素质”基准的公司。

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AV 是一个烧钱的游戏

Waymo 的“合适素质”是从一个传感器组开始的,该传感器组提供的数据是当前 ADAS 系统的 10 倍,使用的传感器数量是当前 ADAS 系统的 2 到 3 倍,分辨率也是当前 ADAS 系统的 2 到 3 倍。

在计算能力方面,Waymo正在寻找 100 倍以上的能力。使用英特尔 MobileEye EyeQ4 芯片的典型 ADAS 系统的算力已经从 0.25 TOP(高端笔记本电脑的 10 倍)提升到 2.5 TOP,而无人驾驶汽车的最高算力已经超过 250 TOP,智己和蔚来都在用上千 TOP 的芯片,简直是天壤之别。但算力是否等于真实性能,还是用每秒准确识别了多少帧图像更为准确?业界众说纷纭。

当 L2 ADAS 系统的成本在 400 美元左右时,无人改装设备的成本已达 13 万美元,是 ADAS 的 300 多倍。然而,人们仍然质疑这种无人装置的性能是否比普通人驾驶得更好。

ADAS 的玩家最终可能爬上自动驾驶的阶梯,但这将花更多的钱,更多的时间……和需要更多的创新。与每一种颠覆性技术一样,无人出租车没有被大多数企业重视。

只有特斯拉等新兴厂商准备投入巨资开发自己的 FSD(全自动驾驶)芯片,而 FSD 仅能达到 70 TOP(双芯片算力为144 TOP)。尽管 ADAS 被大肆宣传,但真正的 AV 颠覆正在逼近,亚马逊和阿里巴巴可能是大众和丰田的最大威胁,尽管所有的特斯拉和XPeng们都在炫耀 AV 版权。

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传统车企架构举步为艰

即使 ADAS 车辆正逐步达到 SAE 等级,但自 20 世纪 60 年代和电气架构开始以来,大多数车企使用的 E/E(电气/电子)架构并没有改变。使用“一个 ECU,一个功能”原则的分布式E/E架构仍然存在。

随着时间的推移,更多的传感器得以实现,实现了更多的安全、传感、动力总成、信息娱乐或舒适功能,高端汽车最多可嵌入 150 个 ECU。结果是,添加更多的 ECU 导致线束变得越来越复杂、沉重和膨胀。

E/E 架构的演进

为了解决这个问题,车企必须通过创建与五个域相关的特定于域的控制器(DCU)来改变这种架构。这就是奥迪开始使用 zFAS 域控制器所做的事情,域控制器将前方 ADAS 摄像头、远程雷达和激光雷达等传感器连接在一起,所有与这些传感器相关的处理都可以通过 EyeQ3 视觉处理器、Altera 和 Nvidia 的 SoC 以及 Infineon 的 MCU 实现。

凭借其 Autopilot 硬件,特斯拉正在以另一个数量级来做这件事——由 8 块电子板和 3 倍于 zFAS 的组件组成的域控制器。除了能够融合来自传感器的大量原始数据外,Autopilot 硬件还可以控制音频、导航和RF通信,除此之外,还可以实现空中下载(OTA)更新。对于特斯拉来说,开发这样的架构比较容易,因为它是从一张白纸开始的,而传统车企想要实现自动驾驶功能,将不得不转向一个更集中的 E/E 架构。

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ADAS 相关感测和计算成长可期

根据 Yole 的《2020 ADAS 车辆传感和计算》报告:2020 年用于 ADAS 传感器和计算的市场收入为 86 亿美元,其中 AEB 系统所必需的雷达和摄像头模块分别为 38 亿和 35 亿美元。预计 2020 年至 2025 年该市场将以 21% 的复合年增长率增长,达到 220 亿美元以上。由于 AEB 系统的渗透率将继续增长,与雷达和摄像头模块相关的收入将分别达到91亿和81 亿美元。ADAS 计算将达到 35 亿美元,而仅在高端汽车上使用的激光雷达的相关收入将达到17亿美元。

2020-2025 ADAS 车辆传感器和计算预测

在无人车辆方面,预计到 2020 年,摄像头、雷达和激光雷达的相关收入将达到 1.45 亿美元,激光雷达将达 1.07 亿美元,其次是摄像头和雷达,分别为 2700 万和 1100 万美元。2025 年,这些传感器的收入预计将达到 9.56 亿美元,复合年增长率接近 46%。

值得一提的是,由于逐步从高端走向低端车型,期间激光雷达将反客为主,达到 6.39 亿美元,其次是摄像头和雷达,分别为 2.28 亿美元和 8900 万美元。与此同时,无人车辆的年产量将从目前的 4000 辆增长到 25000 辆,其中包括无人出租车和穿梭巴士。

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ADAS 的预期

综上所述,虽然人们对 ADAS 车辆实现自动驾驶寄予了很大希望,但车企现在已经意识到,让 ADAS 车辆走向自动驾驶比预期要复杂得多,因为不同类型的传感器必须集成,大量数据必须处理,并且要避免碰撞。

与此同时,无人出租车已经成为现实,在中国也已率先落地。在这方面,能够处理大量数据的科技巨头做出了表率,其芯片算力不断增加。无人出租车正在打乱 ADAS 的节奏。Waymo 就是一个例子,它已先后与日产-雷诺、菲亚特克莱斯勒、捷豹路虎和沃尔沃合作开发无人出租车,希望在限于特定地理位置和特定天气等条件的场景实现 L4 自动驾驶,预计 2022 年将有这样的车开上高速路。

不过,号称最安全的无人驾驶汽车 Waymo 也发生过两次交通事故,一次在 2018 年 5 月,为了躲避撞上另一辆撞来的车,与其他车相撞;另一次是因“其他人的鲁莽驾驶”发生了追尾。

但,ADAS 和自动驾驶的脚步不会因此而停滞不前,而是要更进一步。

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