本文來自微信公眾號中國電子報，作者/張依依
“圣城”耶路撒冷的駕駛文化以野性奔放而聞名。當白天城市的喧囂漸漸湮沒于夜間的燈火闌珊，耶路撒冷的道路迎來了一輛自信又果決的自動駕駛汽車。這輛不需要駕駛員的車輛自主完成了網(wǎng)約出租車服務的全過程，不僅行駛到多個目的地，還在需要接送乘客的地方自動停下。
日前，英特爾子公司Mobileye發(fā)布最新自動駕駛視頻，這輛搭載了“真正冗余傳感系統(tǒng)”的“聰明”汽車正是主角。正是因為搭載了該系統(tǒng)，這輛自動駕駛汽車才能夠順利完成網(wǎng)約車接駁服務。無獨有偶，就在Mobileye發(fā)布視頻后，集度智能駕駛技術方案首度曝光，將純視覺和雙激光雷達方案融合上車，預計在量產(chǎn)后實現(xiàn)“真正冗余”。此前，新納傳感推出新型三重冗余傳感器，用精確感知為自動駕駛安全保駕護航。在特斯拉“純視覺”自動駕駛技術路線飽受詬病之時，冗余傳感會是自動駕駛的未來嗎？
自動駕駛車輛的“眼睛”
安全、成功地繞過亂穿馬路的行人，并且在有多個交通信號燈的十字路口完成掉頭……在Mobileye發(fā)布的未剪輯視頻里，盡管夜間道路照明不佳、道路標志設計復雜，但Mobileye自動駕駛汽車依然成功完成了復雜的駕駛操作。
賦予Mobileye自動駕駛汽車“感知超能力”的系統(tǒng)，是其搭載的真正冗余傳感系統(tǒng)。據(jù)Mobileye介紹，該系統(tǒng)包含兩個獨立的子系統(tǒng)，其中一個采用攝像頭，另一個則采用激光雷達和雷達的結合。
車輛在搭載一個正常工作傳感器的同時，還擁有一個備份傳感器系統(tǒng)。Mobileye所說的冗余傳感系統(tǒng)，其實就像是人們的兩只眼睛。在接受《中國電子報》記者采訪時，西安中星測控有限公司總經(jīng)理谷榮祥如此生動形象地比喻：人們的左眼和右眼可以假設為兩個圖像傳感器。當一只眼睛被遮擋住，另一只眼睛仍然可以正常地分辨物體，不影響正常生活。
新納傳感主管算法工程師董博以三重冗余IMU（慣性測量單元）模塊為例，進一步向《中國電子報》記者說明，冗余傳感系統(tǒng)是如何在自動駕駛領域發(fā)揮作用的。他表示，傳統(tǒng)上，一個IMU模塊包含一個三軸加速度計和一個三軸陀螺儀。當加速度計的任何一軸，或者陀螺儀的任何一軸發(fā)生故障時，整個IMU模塊就會失效。新納傳感的三重冗余IMU模塊集成了三個三軸加速度計和三個三軸陀螺儀，只有當超過一個三軸加速度計或者三軸陀螺儀故障時，整個IMU模塊才會失效。
為了大幅提升高階自動駕駛的安全性，冗余傳感系統(tǒng)必不可少。賽迪顧問物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心高級分析師徐田雨向《中國電子報》記者表示，在自動駕駛的環(huán)境感知領域，超聲波雷達、毫米波雷達、攝像頭、激光雷達會形成至少雙重360°的感知能力，即至少保證擁有兩套傳感器系統(tǒng)，每套均能夠實現(xiàn)對自車四周360°無死角探測。在一套系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，另一套設備能夠自動切換并立即發(fā)揮作用，確保行車安全。
總體來說，基于安全性考量，自動駕駛車輛的視頻傳感器和毫米波雷達傳感器必須做到冗余設計，而且要考慮多種傳感器方案。谷榮祥解釋道，這是因為路面和行駛環(huán)境具有復雜多變的特點，汽車本身的行駛狀態(tài)也容易突然發(fā)生改變，因此自動駕駛系統(tǒng)的前端需要“眼觀六路，耳聽八方”。
繞不過的“推廣考驗”
目前，Mobileye搭載“真正冗余傳感系統(tǒng)”的自動駕駛出租車計劃在今年晚些時候投入小規(guī)模商用；集度汽車機器人通過加持冗余雙系統(tǒng)與雙激光雷達，在高階自動駕駛之路上不斷前行；此前，新納傳感推出新型三重冗余傳感器，為自動駕駛安全保駕護航。
冗余傳感系統(tǒng)紛紛“上車”，但在自動駕駛車輛安裝冗余傳感器之前，幫冗余傳感器“找位”和“定位”并不是一件容易的事。谷榮祥表示，在安裝冗余視頻傳感器時，首先要綜合考量方向、清晰度、夜間行駛和刮風下雨沙塵暴等多種因素，再來確定該傳感器的安裝位置；在安裝冗余毫米波雷達傳感器時，則要考慮方向、雷達的感知距離和分辨率等多重因素。
冗余傳感系統(tǒng)在車輛上的成功安裝并不是自動駕駛事業(yè)的“終點”。要想實現(xiàn)完全自動駕駛，冗余傳感系統(tǒng)還必須走向市場，實現(xiàn)大規(guī)模推廣和應用。但需要看到的是，由于技術復雜和成本較高的原因，冗余傳感系統(tǒng)正面臨繞不過的“推廣考驗”。
首先是來自技術的考驗。徐田雨談道，在傳感器微型化方面，只有傳感器尺寸減小，才能保證冗余傳感器系統(tǒng)的安裝。針對傳感器微縮，目前可以采用MEMS技術，將微傳感器、微執(zhí)行器、微機械結構、微電源微能源、接口等集成在一塊芯片上，極大減小傳感器的外形尺寸。
在冗余系統(tǒng)切換方面，需要考慮如何進行故障判斷，如何實現(xiàn)切換過程中無需人為干預、主備切換無中斷、切換過程無用戶感知等問題。徐田雨說，這就需要采用邊緣計算、邊緣控制器來實現(xiàn)。
其次是來自成本的考驗。激光雷達每臺近1000美元價格，考慮冗余設計后車輛成本將顯著增加。對此，徐田雨表示，如果出于降低車輛成本考慮，也可以采用半導體制造方法(MEMS等)，批量制造以降低單個傳感器成本。
在谷榮祥看來，傳感器關系到駕駛安全，因此必須將精度等要素考慮在內(nèi)；傳感器必須擁有非常高的安全等級，更需要綜合、全面地考量外部環(huán)境因素、路面環(huán)境因素和車輛自身的狀況，在復雜多變的內(nèi)外部環(huán)境中進行精確感知。這對于傳感器來說，無疑是非常大的技術挑戰(zhàn)。而除了要提升精準、智能等性能方面的參數(shù)之外，傳感系統(tǒng)的可靠性和環(huán)境適應性也是非常重要的。
傳感器系統(tǒng)朝車路協(xié)同方向發(fā)展
展望未來，冗余傳感是否是實現(xiàn)自動駕駛的必由之路？董博向《中國電子報》記者表示，多傳感器融合是必要條件，但冗余傳感是否必須，則取決于單顆（無冗余）IMU能否滿足可靠性的要求以及整個自動駕駛系統(tǒng)的設計。
多傳感器融合和冗余傳感存在差異。董博向記者解釋道，多傳感器融合通常是為了實現(xiàn)單個傳感器無法實現(xiàn)的功能，或者克服單個傳感器內(nèi)在的不足；冗余傳感則意味著，當一個或者多個傳感器出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)仍能正常工作，且性能指標不受影響。
無論如何，要想實現(xiàn)真正的自動駕駛，“聰明”的車還需要與“智慧”的路協(xié)同發(fā)展。當前，日益提升的自動駕駛安全性要求，促使傳感器系統(tǒng)朝著車路協(xié)同方向不斷發(fā)展。
為什么車路協(xié)同會成為傳感器系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢？事實上，這是因為車載傳感器無法對道路情況進行全面準確的感知，而在道路兩側安裝感知傳感器，可以為自動駕駛車輛提供“上帝視角”，與車載傳感器信息形成互補。
徐田雨向《中國電子報》記者進一步解釋道，車載傳感器的感知范圍其實較為有限。以毫米波雷達和激光雷達為例，前者的最大探測距離為200米，后者的最大探測距離為150米。而在多個路基傳感器聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，它們的探測距離在理論上可以達到無限遠，能夠有效擴大自動駕駛汽車的感知范圍。
此外，車載傳感器僅能探測環(huán)境而無法探測自身，而路基傳感器的應用可以對車載傳感器信息進行有效補充。
環(huán)境傳感器、路面?zhèn)鞲衅骱蛙囕d傳感器的有機協(xié)同，可以為自動駕駛車輛提供更可靠的連接和準確的判斷。谷榮祥向記者表示，在道路兩旁安裝相應的傳感器能夠更好地解決自動駕駛感知的部分問題，但這只是解決車與環(huán)境協(xié)同的一個方面，并不能徹底地解決自動駕駛安全及可靠性的問題。
實現(xiàn)安全又可靠的自動駕駛并不能僅僅依靠冗余傳感器，還必須在系統(tǒng)和算法上做精準而科學的規(guī)劃。
在谷榮祥看來，真正解決自動駕駛問題需要做到以下四點：第一，具備全面、真實、可靠的感知，這包括車本身的感知、對路面狀況的感知、對周圍環(huán)境的感知；第二，在全域范圍擁有毫秒級的信息傳輸；第三，具備類似于人腦級別的智能計算；第四，毫秒級別的準確度以及果斷的執(zhí)行控制力。
