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传感器在无人驾驶汽车道路识别上的应用

发布日期:2020-12-18 09:47

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  无人驾驶汽车采用时刻保持工作状态的传感器来识别道路并避免碰撞。此类技术也逐渐投入生产,但是完全自主驾驶的汽车很可能到2025年前都不会真正进入市场。

  通用公司在1956年Motorama汽车展上誓言旦旦地表示,其旗下Firebird II概念车到1976年便可以实现无人驾驶,驾驶员将转变为乘客,坐在电脑操控的玻璃顶篷汽车里风驰电掣地驶向目的地。车型拥有喷气式战斗机一般的线条且配备涡轮推进动力装置。

  作为那个时代的运动健将,著名棒球手尤吉贝拉(Yogi Berra)后来表示,“未来,世界将大不同。”2016年将迎来1956年Motorama汽车展的第60周年,我们将看到一些早期限量版的自主驾驶展示车出现在展厅里。

  今天,谷歌公司或许可以说是未来的先锋代表,其在量产型丰田及雷克萨斯混合动力车基础上改造的车型取代通用喷气式畅想车,借助安装在车顶上的激光雷达(LIDAR)成为首批“火星探测车”。

  不难想象,依赖一级供应商的帮助,丰田自己也在努力研发自主驾驶汽车――最终所有汽车制造商也将走上这条道路。“丰田投放了几百万美元用于建设其位于日本的ITS试验场及自主驾驶车型的开发――丰田在这项技术方面是动真格的,”丰田汽车销售美国公司北美业务战略集团负责人表示。

  “当你第一次驾驶自主驾驶汽车时,你把手从方向盘上拿开,把脚从油门踏板上移开,汽车自己在加速前行,那种感觉真的很难想象,”Pisz说道。“你会有点不知所措。那种感觉令人难以置信。对普通人来说,这绝对是一个革命式的改变。”

  通用汽车公司负责人认为,这种变革需要得到消费者的认可。“我们没有理由不相信电脑可以帮助我们开车,”他说。“我们让电脑帮我们做了很多事情。我们还要进一步开发技术,让其可以做到这一点。”

  “对自主驾驶汽车系统建立信心的过程其实就是不断验证其可靠性的过程,驾驶过程涉及各种各样潜在的状况,我们都需要做到有效的处理,”谷歌一名发言人表示。“这样,我们针对各种状况做了大量的测试,同时帮助我们的系统学习处理各种状况。”

  不利因素包括自主驾驶汽车的合法化及法律责任的判定以及保险问题等。不过汽车公司可以帮助解决这些问题,因为随着汽车采用的自主驾驶技术越来越多,自主驾驶汽车的实现是迟早的事。

  “有关汽车驾驶的法律法规在制定的时候从来没有想到有一天汽车会自动驾驶,”谷歌发言人说道。“幸运的是,一些立法机构已经认识到这项技术的发展潜力,而且已经做了很多工作,为自主驾驶汽车能够合法安全地行驶准备了基本的框架。”

  谷歌已经有一些展示车可以自动行驶到目的地,所以并不是这项技术还不存在。问题的关键是要车辆可以做到万无一失,产量达到一定程度,且对消费者是安全的,此外价格还要在消费者可以支付得起的范围内。

  谷歌无人驾驶汽车上采用的是Velodyne Lidar公司的传感器,价格达7万美元,这个价格加上其外观造型都无法达到主流汽车消费者的要求。据美国交通部Volpe全国交通系统中心表示,一款自主驾驶汽车的成本约是同等档次传统车型的十倍。与此同时,J.D.Power公司报告称,20%的消费者认为他们仅愿意多花3000美元购买一辆自主驾驶汽车。

  车辆可以通过传感器来实现自主驾驶。在这个过程中,传感器的作用是通过与其他车辆及设施的通讯,或各种通讯方式的结合使用,来观察车辆周围环境的状况。通用凯迪拉克正在验证SuperCruise原型系统,该系统通过六个雷达和摄像头来实现在高速公路上对速度和转向的控制,但是对于真正自主驾驶来说,这点还远远不够。

  与此同时,雷克萨斯LS460也安装了毫米波雷达、近红外行人探测及高精度立体摄像头来探测前方道路。

  问题的关键是,今天,这些传感器都是量产型的,而且已经应用在车辆上。据大陆汽车公司高级驾驶员辅助系统业务部负责人表示,大陆公司在对这些系统进行可行性测试。大陆公司的奥迪原型车在车辆的各个角落都安装了短程雷达,此外还有远程前向雷达以及车道感应立体摄像头。我们利用测试车来了解这些量产型传感器可以帮助我们实现什么,甚至不用花很多的钱在那些非汽车领域的传感系统上。

  电装美国公司工程部高级副总裁Doug Patton表示,量产型传感器技术也会进一步得到提高,这也会提升它们在自动驾驶汽车上的作用。今天常见的汽车用雷达最大视角范围约为60度。“如果可以增加视角的线度,那么你可以在车上放三个,就可以覆盖所有范围,”Patton解释道。“而现在这样做并不具备成本效益,”他补充说道。

  但是用于实现自主驾驶,这还远远不够。车内传感器还需要来自其他车辆及设施的数据支持。车与车及车与设施之间的通讯将越来越重要。传感器并不能拐过障碍物进行探测。

  这些通讯以帮助避免有遮挡的交叉路口的碰撞、前方有停车的追尾以及盲区碰撞等。通过车与车之间的通讯带来这些好处的一个最大障碍就是目前许多车辆上无法实现这样的通讯。解决方法是通过后市场在这些车辆上安装价格合理的通讯装置,让老车型可以与新车型实现通讯。成熟的后市场是实现V2V技术的关键。

  考虑到传感器的限制,汽车制造商仅集中于一些有限的驾驶状况,如泊车、低速驾驶及高速公路上的高速巡航。这些应用选择了一些目前系统可以胜任的功能,然后借助技术的不断发展,逐渐缩小高速和低速之间的差距。

  奥迪公司在2013消费类电子展上通过一款原型车演示了车辆在没有驾驶员的情况下自主泊车的功能。“我们先集中于低速驾驶状况,因为在商业模式中,低速应用可以确保系统的可靠性,”奥迪汽车电子开发实验室高级工程师Annie Lien说道。“慢慢地,我们会将其拓展到较高的车速范围内,比如高速公路的行使速度。在这个过程中,不仅传感器的性能会提高,软件的智能程度也会提升,”她补充说道。

  较高车速的挑战并不是需要较快的数据传输速度,而是系统面临的状况要复杂得多。“需要探测和分析的物体和障碍物很多,”她说道。在短期内(十年内),奥迪会推出“交通堵塞辅助”原型系统。该系统会在最高车速40mph(64km/h)范围内在拥挤的交通中实现对车辆的操控。

  今天的技术还无法实现全速自主驾驶还有一个原因就是目前的驾驶员辅助系统由不同的供应商提供,采用各自不同的技术。不过Lien表示,未来同一辆自主驾驶汽车上的所有子系统和控制这些系统的计算机都将来自同一个供应商,从而实现最大程度的系统整合。“我们会对技术平台做一点调整。”她说道。贵州快3

  大陆汽车公司的负责人认为,最早到2014,最晚到2016年,我们将会看到交通堵塞辅助系统首次应用在车辆上,适用车速范围为20-25mph(32-40km/h)。该系统的目标是,车辆可以在有限制的环境状况下自行驾驶,同时在系统离开“舒适区域”时给予驾驶员5-10秒警告,告诉驾驶员需要切换到手动驾驶模式。

  切换到手动控制模式需要大量的研发工作。这是我们投入大量时间和资源的地方,也是如何进入和离开工作环路。也许有一天,我们可以完全不需要驾驶员。不过在这个过程中,我们还是需要实现自主驾驶模式的切换的。

  电装公司也在研究实现驾驶员切入的最佳方式,而且认为抬头显示屏是一种不错的方式,来引起驾驶员的注意。“我们认为这是将信息传递给驾驶员的一种非常重要的方式,”他说道。电装公司也在研究通过中控台控制器触摸及声音控制的方式,让驾驶员与自动驾驶系统进行互动。

  到2020年,在大多数的高速公路条件下,很多汽车都可以实现自主驾驶,而到2025年,第一批可以真正实现自主驾驶的汽车将会推向消费市场。

  虽然谷歌公司在自主驾驶汽车研发方面引发了广泛的关注,但是该公司并无意要出售自主驾驶汽车,同时也认识到将自主驾驶汽车推向市场所面临的种种挑战。很现实的是,要将这项技术推向市场还需要一定的时间。不过有一点很明确的是,整个行业正在朝这个方面前进。

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