安全第一!在自动驾驶初级阶段,做好ADAS有多重要?

2020年09月17日 11:13
新冠疫情肆虐,之所以人人自危,皆因它使每个人的安全受到了威胁。受疫情影响,鼠年的汽车市场喧嚣不再。作为世界第一大汽车市场,中国的疫情也让众车企和供应商眉头紧锁。虽说未来市场走向难以预测,但有一点是可以肯定的,不管是什么样的汽车,不管汽车技术如何发展,都不能让其成为交通参与者的安全隐忧。

回想几年前的预测:2020年日本将有高度自动驾驶车上路,ADAS(高级驾驶辅助系统)即将大规模商用普及,但时至今日,ADAS远未普及,自动驾驶仍在孕育当中,出于道路安全考虑,当务之急仍是做好和普及ADAS。

ADAS和自动驾驶的现状

2016年11月,中国发布《无人驾驶技术路线图》,2020年,具有辅助驾驶功能车辆的占有率达到50%。到2025年,高度自动驾驶车辆市场占有率达到约15%。2030年,具有无人驾驶技术的车辆市场占有率接近10%。到2018年6月,已有9个城市根据国家标准《机动车运行安全技术条件》2017版出台了自动驾驶路测法规。

2017年有预测说,随着智能驾驶技术的不断发展,高度自动驾驶车辆有望2020年出现。当时使用谷歌SDV(软件定义汽车)系统行驶的无人驾驶测试里程已超过40万英里,其中需要驾驶员控制的里程小于1%。各大车企、互联网公司也相继推出了自动驾驶汽车计划。


图1 : 自动驾驶发展路线图(来源:中国产业信息)

ADAS的作用

毫无疑问,现在推进ADAS的初衷是为了安全,也是无人驾驶的关键落地点,并将率先普及。目前欧美日均已将ADAS列入汽车安全法规,中国或将跟进。话说回来,当下连自动驾驶的雏形都够不上,许多人这辈子真不一定能开上一辆真正的自动驾驶汽车上路。长假期间,笔者通过微信朋友圈进行了一次关于ADAS和自动驾驶的问卷调查,提交者200多人,年龄30-62,行业五花八门,既有电子元件厂商、媒体人,也有开车的同学、发小儿,结果如下:


图2 :  ADAS和自动驾驶调查结果      

调查表明,65%在用车没有ADAS,而没有使用过ADAS功能的人近60%。不难看出,虽然ADAS还不是自动驾驶,而只是实现真正自动驾驶之前经历的一个过渡,目前也还远没有预测的那样普及。事实上,一些人使用的并不是特斯拉那种功能的ADAS,只是防撞预警等初级ADAS,而非自适应巡航、自动紧急刹车、车道保持等主动控制类ADAS。普通消费者只是获得了一种类似自动驾驶的错觉。可以说,基于现有计算力、执行器精度、传感器感知距离、车辆CAN传输速率都是无法实现真正自动驾驶的。   

ADAS的技术趋势


虽然如此,专攻自动驾驶技术的公司APTIV与波士顿咨询集团(BCG)合作,在美国、中国和德国进行了研究,表明越来越多的人接受自动驾驶的想法。该研究也认为,自动驾驶的道路始于消费者对ADAS的大规模采用。


图3:  无人驾驶市场分布(来源:APTIV)

专门从事电动交通、自动驾驶和互联汽车测试解决方案的是德科技在2020年技术趋势展望中指出,2020年自动驾驶汽车仍在孕育中。虽然当前车辆已具备主动巡航控制功能,但要实现高度自动驾驶尚待时日。2020年,车载传感器的数量和复杂程度将会增加,但高度自动驾驶汽车需要更加普遍的5G网络连接和更高级的人工智能技术。

现在,普通消费者只到这个程度,还是战战兢兢。车企对类似这样发生的事故回应是:驾驶人未将双手放在方向盘上,没有及时地接管车辆控制,避免车祸发生。

还有一些人认为,ADAS既然是自动驾驶初级阶段的L2级,不断升级就可以达到完全可靠的L5级自动驾驶。其实,就本质而言,ADAS是辅助驾驶,核心是环境感知,再依靠设定好的程序决策并执行和控制。而自动驾驶是人工智能,两者的运作体系差别巨大。从高级辅助驾驶到高度自动驾驶的变革需要全新的车辆软硬件重构,还需要人工智能,而非机器智能。

ADAS的技术趋势和应用

汽车世界在不断变化,ADAS功能已被证明可以减少事故、挽救生命。世界卫生组织(WHO)统计,全球每年有约135万人死于道路交通事故,而高速公路安全保险学会(IIHS)调查显示,与2017年没有配备前方碰撞预警和自动紧急制动系统的汽车相比,配备了这些系统的汽车碰撞事故减少了50%。不幸的是,大多数事故发生在连最基本的ADAS应用都没有安装的车主身上。

ADAS采用毫米波雷达、激光雷达、单/双目摄像头等传感器的数据进行决策控制,算法上的局限决定了ADAS的用户体验与人类驾驶存在差距,且很多ADAS功能只能在特定场景使用。例如车道保持和自适应巡航功能,由于系统对车辆在车道中位置和前车距离的刻意控制,导致车辆对方向和速度的控制非常生硬。另外,ADAS无法保证感知所有场景,也不保证100%准确预警,更不保证对任何危险情况主动采取措施,且不承担任何事故责任。目前情况下,使用ADAS千万不能掉以轻心,驾驶者始终要对自己的驾驶行为负责。

在用户体验方面,大多数车上的ADAS并没有达到消费者爱用的程度,几乎没有人对花掉的银子赞不绝口。对于用户来说,ADAS过于难懂,鳞次栉比的专业词汇让人一头雾水。因此,半导体厂商、一级供应商和车企是时候脚踏实地将众多细分功能转换成用户便于理解的说法,让功能成为体验,或许更有利于ADAS的推广和普及。

安全是最难的。尽管许多人认为完全自动驾驶终将到来,最难的不是技术问题,而是社会、法规及人的思想层面的问题,那么,令其成为最难问题的又是什么问题呢?只有安全!不死人就没有这些问题!现在,标榜自动驾驶(实际上是ADAS)的高档车也没有逃出事故的厄运。所以,做好ADAS,避免严重车祸是必由之路。

(二)

接下来将主要介绍自动驾驶的安全性、ADAS的重要性以及ADAS系统的应用等相关技术问题。

自动驾驶的安全性

自动驾驶汽车的安全性是一个敏感话题。我们应该明白,ADAS毕竟是一套软硬件系统,还谈不上智能,更不是百分百可靠,下面是一些自动驾驶(实际上是ADAS)的事故实例。

车祸均为高档车自动驾驶功能未识别前方物体酿成。据央视报道,2018年3月,中国首例自动驾驶致死事故后,相关公司将“自动驾驶”改为了“自动辅助驾驶”。

不过,特斯拉还是信心满满,在2019年第4季安全报告指出:自动驾驶系统或许远比我们想象中要更加可靠。该报告统计了特斯拉售出车辆的事故数据,第4季在使用Autopilot自动驾驶功能情况下,平均每494万公里发生一次事故;未使用Autopilot但有主动安全系统情况下,平均每338万公里发生一次事故;两者皆无平均每264万公里就会发生一次事故。从这一点看,自动驾驶(ADAS)在作为驾驶辅助之余,对削减事故还是很有用的。

ADAS的重要性

为了安全,让更多车装上ADAS,半导体厂商是汽车电子的上游供应商,其研发的芯片直接关系到一级供应商的产品功能。德州仪器(TI)Jacinto处理器产品线总经理Curt Moore认为,随着ADAS不断向汽车工程师协会定义的L4和L5级自动驾驶汽车的方向发展,我们有机会通过创造可用于更大范围汽车的自动驾驶汽车技术,对道路产生更大的影响。

他说,尽管从经济的角度来说,给所有汽车配备全ADAS技术是不切实际的,但我们的目标仍应为尽可能多的汽车配备驾驶辅助功能。这意味着,道路上的更多车辆需要能够对实时数据和行车状况进行高效感知、处理和应对。

他告诉记者,保持ADAS在不同路况下持续运行是一项挑战。在突遇恶劣天气或道路情况欠佳等意外情况时,需要车辆实时适应。这些情况很难用传统模式来处理,通过一个能够帮助汽车感知、理解周围世界并对其作出快速反应的动态系统,汽车就可以成为司机的得力副驾驶。这样的系统不仅需要数据,而且需要结合计算机视觉和高效深度学习神经网络实时处理数据的能力。

ADAS系统的应用

ADAS解决方案需要从不同的传感器集中提取数据,并将数据转换为车辆的行为情报。这些传感器至少需要配备不同类型的摄像头和相关光学、雷达和超声波技术;在更复杂的情况下,还需要激光雷达和热夜视仪。此外,该系统可以通过比较从传感器数据提取的特征与高清晰度地图数据来定位车辆。对此种多模式传感器数据的理解和分析必须实时进行(新数据每秒到达60次),而无需在汽车后座架设数据中心服务器。


图4: ADAS应用实例(来源:Texas Instruments)

该公司利用数十年汽车和功能安全专业知识开发的Jacinto TM 7处理器平台致力于解决感测、并行操作和系统级难题,采用以汽车为中心的设计方法优化动力和系统成本。它可以提高驾驶者在更高驾驶速度、雨雾天气等的环境感知;支持800万像素摄像头,让汽车看到驾驶者看不到的事物;在单芯片上接入并处理4到6个三百万像素摄像头的数据,增强车辆感知能力和360度环视处理功能;系统能够直接上路使用。


图5 :  ADAS应用——避障 (来源:Texas Instruments)

Curt Moore认为,眼下最重要的是先做好和让更多车辆装上ADAS,减少事故,挽救生命,毕竟安全最重要。他胸有成竹地表示,高性能片上系统(SoC)可以帮助ADAS技术实现大众化,只要做得好,给更多的汽车配备强大的ADAS功能指日可待。

不过,笔者以为,从安全角度看,汽车后装市场不建议随便加装ADAS。我们不能因为想享受ADAS的便捷和乘驾体验,而忽略了更重要的安全问题。这或许是最近两年后装ADAS比较沉寂的原因。

(三)

最后,我们着重介绍ADAS技术的未来发展方向、技术趋势以及完全自主化驾驶技术的特点。ADAS技术也给汽车行业带来了很多挑战。正如很多技术处于其早期阶段一样,ADAS应用曾涉及到很多发展方向,最终会全方位的推动智慧交通市场的发展。

汽车安全需要平民化

回到自动驾驶,在一个由苹果、谷歌和Uber等硅谷宠儿及特斯拉等电动车企主导的世界里,大家都在研究自动驾驶汽车背后更安全、更环保、更互联的技术,安全首当其冲。

在通往自动驾驶的道路上,Aptiv耕耘先进安全领域20多年,一直在开发灵活和可扩展的高级安全解决方案。作为汽车Mobility(出行)领导者,Aptiv 1999年就首次在一辆车上部署了自适应巡航控制雷达,也曾在CES上为与会者提供自动驾驶汽车,实现全自动点对点乘车体验,展示了按需自动出行的未来。


图6 : 智能车辆架构(Smart Vehicle ArchitectureTM) 展示(来源:Aptiv)

统计表明,全世界平均每6000万英里就会发生一起致命车祸。Aptiv高级副总裁、首席技术官兼总裁Glen De Vos表示:“我们的首要目标是安全。我们的目标是实现一个零道路伤亡的未来,为此,积极的安全措施对防止事故的发生起着至关重要的作用。在一个94%事故都是由驾驶员失误造成的世界里,ADAS有助于完全避免事故。”

他认为,Mobility对每个人都应该更安全。安全出行解决方案的平民化(Democratization)意味着先进的安全功能,如自动紧急制动或车道偏离/盲点警告广泛可用,而不限于高档车辆。下一代传感器将应用人工智能、机器学习和低级别融合(Low Level Fusion)能力,进一步提高持续硬件改进带来的性能收益——所有这些都有助于实现这项拯救生命技术的平民化。“只有高级安全才能创造一个更安全的今天和明天,使社会实现零死亡、零伤害和零事故”,他强调。

自动驾驶的未来是全方位交通

在最近的技术论坛上,Aptiv自动出行总裁Karl Iagnemma分享了汽车行业技术和安全方面的现状及创新趋势。他表示,安全性是最大的挑战,现在先进的安全功能正在汽车中迅速扩展,消费者真正认识到了这些功能的价值,OEM也可根据其车辆上安装的功能实现安全性。他说:“从技术角度来看,我们能够在碰撞前预警、辅助车道保持等所有先进技术方面做得更多。因此,这一部分市场的确实在快速增长,它需要一些最先进的感知能力以及有史以来最先进的车辆控制技术。”

他介绍说,Aptiv旨在打造安全可靠的完全自动驾驶汽车,采用Aptiv技术的汽车完成了有史以来最长的自动驾驶旅行,大约3400英里,从旧金山到纽约。几乎整个行程都是在无人驾驶模式下完成的。Lyft和Aptiv在拉斯维加斯部署了商用自主乘车服务的公司,到几年2月,自动驾驶汽车队已经实现了100000次以上付费公共租用,平均乘客评分4.95。这也许是全球唯一的商业自动驾驶出租车运营。

Karl Iagnemma认为:“我们正将下一代完全自动驾驶技术视为一个为拯救生命而进行的创新机会。开发一款安全的自动驾驶汽车不仅需要建立强大的技术,还需要建立强大的支持和对乘客和监管机构的信任。实现这种信任是几个要素包括:一是自动驾驶车辆技术开发人员之间的行业合作;二是自动驾驶车辆运营商、监管机构和广大公众之间的透明度;最后是所有利益相关者就自动驾驶车辆如何安全的问题达成一致?”

他自豪地表示,Aptiv正在为自主车辆安全的共同定义铺平道路。2019年7月,Aptiv联合宝马和百度等10家全球行业领先企业发布了迄今为止第一份最全面的自动驾驶安全蓝图,题为“自动驾驶的安全第一(SaFAD)”。

他强调:“接下来,作为一个行业,我们有责任共同制定一个安全自动化系统的统一定义,并为一个问题提供一个全行业的答案:安全性如何?”

他坚信,在具有挑战性的城市驾驶环境中,通过大型自动驾驶车队实现点对点出行,不仅保证了道路更加安全,可大大减少每年135万的全球道路死亡人数,而且为我们的社会提供了一种比现在更安全、更方便、更实惠、更高效的出行方式。“我们相信我们的出行解决方案有能力改变世界。”

得益于连通性的不断提升,自动驾驶汽车将有更广泛的应用。5G的部署为流入和流出车辆的数据和内容提供了一条快速管道。它可以让很多非常有价值的数据进出车辆。因此,它为新的、令人兴奋的内容进入汽车,以及新的商业模式和新的价值创造了机会。“当你想到它给我们带来的安全效益,当你想到我们关于安全、绿色和互联的使命时,嘿,这真是我们要追求的梦想。”Karl Iagnemma兴奋不已。

让自动驾驶助力“无障碍”

Karl Iagnemma还提出了一个被人们忽略的问题——无障碍。他认为,自动驾驶汽车技术最终应造福所有人。围绕交通基础设施的未来,自主或自动驾驶汽车技术一直占据着主导地位。这常常会让人想起一组无人驾驶的汽车和公共汽车可以方便地进行有效的运输,但除了能够提供安全性和智能性,无障碍问题也应关注。

据调查,五分之一美国人有一定残疾,老龄化人口正在快速增长:2020年,65岁以上的明尼苏达州人口将超过学龄儿童。为了让广大人口受益于新兴技术,需要在与设计师、汽车制造商和监管机构的讨论中提出这些问题。

对于老年人和残疾人这样的人群来说,交通可能成为巨大的障碍,从而影响生活质量。不能让他们因为害怕驾驶限制了获得食物、药品和医疗保健的机会,更不用说社会隔离对个人的心理健康影响了。美国交通部报告说,42%的美国残疾人都有旅行障碍,超过65岁的美国人中也有20%根本不开车。

毫无疑问,自动驾驶汽车等技术的一个更令人兴奋的点是它能给这些人带来更大的独立性和生活幸福感。那些不能开车的人现在可以获得挨家挨户的自动化交通服务,而不必总是依赖家庭成员和护理人员。这些车辆将能够加速、转弯、制动,并在没有任何用户指示的情况下执行所有其他驾驶功能,使它们成为那些无法驾驶汽车的人的理想选择。

实现无障碍,需要行业领袖和整个业界进行适当的规划、研究和讨论,有针对性地提供相应的服务,包括:为固定收入的老年人和残疾人提供负担得起的自动乘车服务;为需要使用出行辅助设备和步行设备出行的乘客或携带医疗设备出行的乘客提供交通便利;为农村和偏远地区的人们提供公共交通基础设施以外的服务。

电气化有助于车辆重构

至于汽车电气化,Karl Iagnemma谈到,因法规要求以及消费者群体对电气化车辆的需求正在增加,包括混合动力车和下一代电池电动汽车。它带来的不仅仅是车辆推进系统的改变,还有车辆的结构。所以,当使用电池驱动汽车时,你真的可以从一张干净的白纸开始,利用软件来优化架构。这似乎也印证了,ADAS只是辅助驾驶,并非自动驾驶,后者需要用人工智能重构全新车辆硬件的说法。

就在2月初,英国政府宣布,计划在2035年前逐步停止汽油、柴油和混合动力汽车的销售,这比最初计划提前了5年。英国首相鲍里斯·约翰逊表示:“我们必须解决二氧化碳排放问题。作为一个国家,一个社会,一个星球,一个物种,我们现在必须采取行动。”自动驾驶与电动车的结合应该是另一个挑战,好在特斯拉、Waymo等电动车企已在先声夺人的路上。

总结

汽车的自动驾驶是按级别定义的。总部位于伦敦的研究分析公司GlobalData称,到2028年,将有250万辆L4级汽车和70万辆L5级汽车在地球上行驶。该公司还预测,到2033年,L4级汽车产量将达到650万辆,L5级汽车产量将达到400万辆,累计量将大大增加。彼时,自动驾驶汽车将成为增长最快的汽车领域,年销量超过1100万辆。其时间节点要比本文开头的路线图提前了两年左右。

但是,从目前情形看,即使真实现了上面的预测,在现阶段仍不能不做好ADAS,让它造福于当下的行车安全,同时为高级别自动驾驶的实现积累更丰富的经验。


文章来源:贸泽电子

作者简介:马玺,多年来深耕半导体产品的技术开发及市场营销。曾任职于梅特勒-托利多研发工程师,富士通半导体产品工程师,贸泽电子技术营销产品经理等职位。具有10多年国际知名企业电子半导体相关领域产品研发及技术营销专业背景,熟悉嵌入式系统、微控制器,存储器及无线领域相关的市场与技术。