探討自動駕駛系統(tǒng)感知系統(tǒng)

隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展，技術(shù)開發(fā)人員、科研人員等對自動駕駛的研究越來越火爆。自動駕駛并不是一項單一的技術(shù)，而是汽車電子、智能控制以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，其原理為自動駕駛系統(tǒng)通過感知系統(tǒng)，獲取車輛自身信息與周圍環(huán)境信息，經(jīng)過處理器對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析計算和處理，從而做出決策控制執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)車輛加減速和轉(zhuǎn)向等動作。SAE將自動駕駛分為L0-L5共6個等級，L0為沒有加入自動駕駛的傳統(tǒng)人類駕駛，L1-L5是隨著自動駕駛的成熟程度進(jìn)行等級劃分，層級越高則自動駕駛等級越高。目前走在自動駕駛技術(shù)前列的大多屬于L3級別。自動駕駛等級劃分表如下。

從表中可以看到，自動駕駛的發(fā)展升級從輔助駕駛到完全控制汽車駕駛，從對應(yīng)特定場景到所有場景。自動駕駛的關(guān)鍵技術(shù)主要為感知、決策和控制三個方面，這些關(guān)鍵技術(shù)與車輛及環(huán)境的交互關(guān)系如下圖。

自動駕駛首先應(yīng)具備一套完整的感知系統(tǒng)，那么首先看看感知系統(tǒng)是什么？感知系統(tǒng)是以多種傳感器的數(shù)據(jù)與高精度地圖的信息作為輸入，經(jīng)過一系列的計算及處理，對自動駕駛車的周圍環(huán)境精確感知的系統(tǒng)。隨著自動駕駛中人為干預(yù)度的不斷減小，感知系統(tǒng)獲取環(huán)境信息的全面性、準(zhǔn)確性和高效性要求越來越高，是自動駕駛的重要一環(huán)，是車輛和環(huán)境交互的紐帶，是無人汽車的“眼睛”，貫穿著升級的核心部分。一個自動駕駛系統(tǒng)的整體上表現(xiàn)好壞，很大程度上都取決于感知系統(tǒng)的做的好壞。感知系統(tǒng)主要包括環(huán)境感知、內(nèi)部感知和駕駛?cè)烁兄１疚闹饕接懙氖黔h(huán)境感知。

NO.1

傳感器

講到感知，不得不講到傳感器。傳感器是自動駕駛感知環(huán)節(jié)中最主要的工具，我們對傳感器適用的工況以及局限性等特性都非常熟悉，才能更好為我們的感知系統(tǒng)選擇匹配的傳感器，并充分開發(fā)傳感器的各項性能。傳感器的感知對象包括行駛路徑、周圍障礙物和行駛環(huán)境等。行駛路徑感知包括可通行道路、標(biāo)志牌、信號燈、車道線等的識別。感知周圍障礙物一般指的是車輛行駛所遇到的靜止的或者運(yùn)動的物體，包括路障、行人等元素。行駛環(huán)境主要指的是道路情況、天氣情況等方面。主流的傳感器主要分為攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)四種。它們的工作原理有所不同，介紹這部分的篇幅較長，有興趣的伙伴們可以到網(wǎng)上搜取相關(guān)資料學(xué)習(xí)探索，后面筆者也會單獨(dú)介紹這些部分的內(nèi)容。

NO.2

定位

傳感器感知為自動駕駛車輛提供周邊環(huán)境信息，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，大范圍環(huán)境感知以及全局環(huán)境的高精度定位不可或缺。定位系統(tǒng)的應(yīng)用可以實現(xiàn)車輛位置、速度、航向等信息的反饋，為車輛提供全局定位、路線引導(dǎo)等功能，將車輛與環(huán)境有機(jī)結(jié)合，規(guī)劃行車路徑，提高行駛平順性和經(jīng)濟(jì)性。常用的定位導(dǎo)航包括GPS導(dǎo)航、磁導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航，它們之間的對比如下圖。

NO.3

車聯(lián)網(wǎng)通信

車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信是實現(xiàn)環(huán)境感知、信息交互與協(xié)同控制的重要關(guān)鍵技術(shù)。其借助新一代信息通信技術(shù)，實現(xiàn)車內(nèi)、車與人、車與車、車與路等全方位連接，與傳統(tǒng)車載激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波等感知傳感器優(yōu)勢互補(bǔ)，為自動駕駛汽車提供雷達(dá)無法實現(xiàn)的超視距和復(fù)雜環(huán)境感知能力。從時間、空間維度擴(kuò)大了車輛對交通與環(huán)境的感知范圍，能夠提前獲知周邊車輛操作信息、交通控制信息、擁堵預(yù)測信息、視覺盲區(qū)等周邊環(huán)境信息。支持車輛在高速移動的環(huán)境下實時可靠通信的無線通信技術(shù)是V2X車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，直接決定了信息交互的實時性和有效性。下表對常用的無線通信技術(shù)進(jìn)行了比較。

感知系統(tǒng)通過應(yīng)用傳感器將真實世界信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸給自動駕駛車輛，為車輛了解周圍環(huán)境、自動駕駛提供了基礎(chǔ)的支持。目前自動駕駛在一些特殊或者極端惡劣的天氣狀況下（雨、雪和大霧），處理是非常困難的，即使是人類駕駛員。無論是基于視覺的感知系統(tǒng)還是基于雷達(dá)的感知系統(tǒng)都存在識別感知的困難，相機(jī)會因為有雪的附著不能正確識別道路標(biāo)記，雪的密度也會影響激光雷達(dá)光束的反射效果，干擾自動駕駛車輛對周圍環(huán)境的判斷。

自動駕駛感知系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度和精度，增強(qiáng)針對復(fù)雜城市路況和惡劣天氣狀況下的處理能力。通過交叉驗證障礙物的位置信息，減少感知系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的不確定性。增強(qiáng)車聯(lián)網(wǎng)通信，使用新型低成本高效的傳感器，通過多傳感器融合來減少各個分立傳感器缺點(diǎn)的影響，進(jìn)一步加強(qiáng)傳感器融合算法的開發(fā)，并通過使用傳感器的互補(bǔ)性和亢余度來發(fā)揮每個傳感器的優(yōu)勢，以提高自動駕駛感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。