作者： TIM GRAI瑞薩電子美國(guó)公司 ADAS 和自主系統(tǒng)總監(jiān)

汽車技術(shù)取得了巨大的創(chuàng)新和進(jìn)步——從幫助車輛“看到”駕駛環(huán)境的激光雷達(dá)、雷達(dá)、攝像頭和其他傳感器，到為正在生成的海量數(shù)據(jù)帶來(lái)智能的 CPU 和 SoC在自動(dòng)駕駛汽車中。汽車行業(yè)在開(kāi)發(fā)從消費(fèi)車到商用車的自動(dòng)駕駛汽車原型方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。最大的問(wèn)題是：自動(dòng)駕駛汽車要成為主流需要什么？

測(cè)試車輛為生產(chǎn)就緒提供了墊腳石。但是測(cè)試車輛，就像今天上路的車輛一樣，不能直接過(guò)渡到準(zhǔn)備從經(jīng)銷商處購(gòu)買的自動(dòng)駕駛汽車。測(cè)試車輛是工程師可以工作和學(xué)習(xí)的環(huán)境。它提供了一個(gè)反饋循環(huán)，工程師可以在其中不斷改進(jìn)他們的系統(tǒng)并在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中測(cè)試新想法。使用測(cè)試車輛，事情可能不會(huì)一直有效，工程團(tuán)隊(duì)會(huì)從這些結(jié)果中學(xué)習(xí)和改進(jìn)，以便為生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

對(duì)于可量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛汽車，標(biāo)準(zhǔn)更高。車輛必須始終連續(xù)且安全地運(yùn)行。這意味著車輛不僅必須是故障安全的——它們必須是故障操作的。這是一個(gè)巨大的工程挑戰(zhàn)。以下是汽車工程師在通往量產(chǎn)型自動(dòng)駕駛汽車的道路上面臨的五個(gè)問(wèn)題。

L3-L5 閉眼功能的數(shù)據(jù)和測(cè)試要求如何變化？3 級(jí)至 5 級(jí) (L3–L5) 車輛的標(biāo)準(zhǔn)非常嚴(yán)格。在這些層面上，人類被排除在外。假設(shè)沒(méi)有人作為備份。ISO 26262 汽車安全完整性等級(jí) (ASIL) 標(biāo)準(zhǔn)需要新的功能和性能來(lái)滿足不斷提高的安全要求。今天，最先進(jìn)的技術(shù)是功能安全，車輛系統(tǒng)設(shè)計(jì)為安全失效。隨著 L3-L5 車輛的發(fā)展，系統(tǒng)必須能夠在操作上出現(xiàn)故障——也就是說(shuō)，即使發(fā)生故障，系統(tǒng)也需要保證功能的完整或降級(jí)運(yùn)行。

因此，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試以處理所有“假設(shè)”場(chǎng)景。這意味著需要結(jié)合測(cè)試的多種場(chǎng)景，包括模擬和車輛級(jí)測(cè)試，從需要隨時(shí)準(zhǔn)備的緊急制動(dòng)到車輛控制系統(tǒng)，以在車輛被禁用的情況下將車輛導(dǎo)航到最近的安全停車點(diǎn). 我們還需要確定為訓(xùn)練系統(tǒng)收集多少數(shù)據(jù)就足夠了。我們收集的數(shù)據(jù)可以幫助解決所有“假設(shè)”場(chǎng)景。

我們?nèi)绾尾拍軐?shí)現(xiàn)分布式架構(gòu)所需的時(shí)間同步？在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中，當(dāng)您知道數(shù)據(jù)來(lái)自同一時(shí)刻時(shí)，您只能融合數(shù)據(jù)或比較來(lái)自不同來(lái)源的數(shù)據(jù)（用于診斷目的）。

因此，隨著越來(lái)越多的傳感器、雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)分布在整個(gè)車輛中，了解各種數(shù)據(jù)如何及時(shí)相互關(guān)聯(lián)非常重要。例如，中央控制單元需要及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)收集所有需要的信息，以決定它應(yīng)該在低延遲下做什么。準(zhǔn)確的時(shí)間同步對(duì)于 L3-L5 自動(dòng)駕駛汽車所需的機(jī)器學(xué)習(xí)模型也至關(guān)重要。

挑戰(zhàn)在于可以從以不同速度傳入的各種來(lái)源獲得不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)。但是，時(shí)間同步對(duì)于理解數(shù)據(jù)至關(guān)重要。以傳感器融合為例。與高級(jí)傳感器融合數(shù)據(jù)相比，提供汽車環(huán)境詳細(xì)信息的低級(jí)傳感器融合數(shù)據(jù)需要更多帶寬和更復(fù)雜的時(shí)間同步。

時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)因網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而異，為汽車工程師增加了更多的復(fù)雜性。以太網(wǎng)時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 和以太網(wǎng)音頻視頻橋接 (AVB) 提供了一種網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)解決汽車控制系統(tǒng)的時(shí)間同步問(wèn)題。GNSS 是另一種方法，特別是對(duì)于自主導(dǎo)航系統(tǒng)。

我們?nèi)绾螡M足傳感器和攝像頭的要求？鑒于 L1-L2 車輛具有人的因素，對(duì)于 L3-L5 車輛，攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和其他傳感器必須充當(dāng)車輛的“眼睛”。因此，他們需要解決幾個(gè)因素，包括來(lái)自多個(gè)來(lái)源和在多種環(huán)境條件下運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)。

傳感器和攝像頭必須能夠以高精度檢測(cè)車輛周圍環(huán)境中的多種類型的特征，以實(shí)現(xiàn)一致、舒適和安全的駕駛體驗(yàn)。這包括在道路上發(fā)生的人類駕駛員會(huì)看到并采取行動(dòng)的所有異常事物，例如意外跑到道路上的動(dòng)物、其他不遵守交通規(guī)則的汽車、坑洼或從意想不到的地方過(guò)馬路的行人。

視覺(jué)系統(tǒng)還必須在從明媚的陽(yáng)光到下雨或從雪到霧的天氣條件下運(yùn)行。視覺(jué)系統(tǒng) - 基于高精度視覺(jué)處理和傳感器融合技術(shù)以及針對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)優(yōu)化的高性能硬件的組合 - 提供所需的計(jì)算和軟件功能，以支持越來(lái)越多的傳感器和車內(nèi)的攝像頭。

我們?nèi)绾卧诮档凸牡耐瑫r(shí)仍提供允許這些系統(tǒng)運(yùn)行所需的計(jì)算能力？產(chǎn)量推動(dòng)成本壓力，從而推動(dòng)工程創(chuàng)新。當(dāng)您談?wù)撟詣?dòng)駕駛汽車設(shè)計(jì)的計(jì)算挑戰(zhàn)時(shí)，這也是一個(gè)權(quán)力討論。使用 L3-L5，在滿足所需成本點(diǎn)的同時(shí)，以低功耗實(shí)現(xiàn)盡可能多的計(jì)算。

解決這一挑戰(zhàn)的一種方法是通過(guò)優(yōu)化。例如，軟件是消耗大量電力的地方，這與微處理器、GPU 和其他芯片的架構(gòu)方式有很大關(guān)系。增加的功能安全要求帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。故障運(yùn)行需要三重冗余。Fail-silent 需要冗余系統(tǒng)。車輛不能提供無(wú)限的動(dòng)力。熱量也是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樯釙?huì)隨著功耗的增加而增加。

專用硬件加速器使處理器能夠以極低的功耗滿足特定的應(yīng)用程序性能要求。了解未來(lái)的系統(tǒng)需求并專門針對(duì)這些需求設(shè)計(jì)硬件加速器也將實(shí)現(xiàn)具有成本效益和功耗意識(shí)的自主系統(tǒng)。

如何利用現(xiàn)有的 ADAS 投資更有效地轉(zhuǎn)向大規(guī)模生產(chǎn)？隨著過(guò)去幾年向聯(lián)網(wǎng)汽車的轉(zhuǎn)變，汽車行業(yè)已經(jīng)積累了廣泛的專業(yè)知識(shí)，圍繞開(kāi)發(fā)和部署主動(dòng)安全功能到生產(chǎn)中。

高級(jí)緊急制動(dòng)、自動(dòng)巡航控制、車道輔助、交叉路口警報(bào)、環(huán)視、交通擁堵輔助和自動(dòng)停車等功能對(duì)于從入門級(jí)到高端的車輛來(lái)說(shuō)變得越來(lái)越普遍。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在從測(cè)試和原型轉(zhuǎn)向主流車輛時(shí)面臨著類似的挑戰(zhàn)。汽車行業(yè)可以利用之前的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 投資和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來(lái)克服當(dāng)前的挑戰(zhàn)，并允許自動(dòng)駕駛擴(kuò)展并實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛。

審核編輯 黃昊宇