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一文带您了解自动驾驶

自动驾驶
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驾驶是人类日常从事的活动中最困难的之一。遵循交通规则,通过眼神与其他司机沟通交流、对天气状况做出反应是成为优秀司机的先决条件。在自动驾驶汽车中,所有这些信息都由算法处理,算法可以构建其他汽车、自行车、行人和障碍物所在位置以及模拟他们的移动轨迹。本文将带您了解自动驾驶的方方面面。

驾驶是人类日常从事的活动中最困难的之一。遵循交通规则,通过眼神与其他司机沟通交流、对天气状况做出反应是成为优秀司机的先决条件。在自动驾驶汽车中,所有这些信息都由算法处理,算法可以构建其他汽车、自行车、行人和障碍物所在位置以及模拟他们的移动轨迹。本文将带您了解自动驾驶的方方面面。


什么是自动驾驶?

自动驾驶汽车是指能够在不需要人类参与的情况下、感知周围环境并运行的车辆。在任何时候,人类都不需要接管汽车的控制,甚至不需要人类出现在车辆中。一辆自动驾驶汽车可以去普通汽车去的任何地方,做到合格驾驶员能够做到的一切。


自动驾驶是如何工作的?

自动驾驶汽车的工作基于传感器 (Sensor)、促动器 (Actuator)、高级算法 (Algorithm)、机器学习系统 (Machine Learning) 和用于运行软件的强大处理器 (Processor)。在大量传感器的帮助下,自动驾驶系统构建并维护涵盖其周围环境的地图。

其中,雷达传感器 (Radar) 可以用来密切监测周围汽车的运动。视频摄像(Video Camera) 用于捕捉交通信号、阅读和解释道路标志、观察其他车辆以及检查行人。激光雷达 (LIDAR) 传感器用于测量距离,通过从周围汽车的反射光脉冲来识别车道,判断路口或路肩,停车时,车轮中的超声波传感器 (Ultrasonic sensor) 会检测障碍物和其他车辆。

在处理完所有感官数据后,复杂的软件会为车辆绘制路线并向车辆的促动器发出指令,控制汽车的加速、制动和转向。该软件遵循交通法规,在软件设计中,通过硬编码规则 (Hard-coded Rules) 使其遵循当地交通法规,通过避障算法 (Obstacle Avoidance)、预测建模 (Predictive Modelling) 和物体识别算法 (Object Recognition) 躲避障碍物。




自动驾驶等级

汽车工程师协会 (SAE) 为自动驾驶汽车定义了五个主要的自主级别,从 0 级(完全手动)到 5 级(完全自主)。


0 级 - 无驾驶自动化

当今道路上的大多数汽车都是手动驾驶的,它们的级别为 0。在这些车辆中,驾驶员负责操作车辆实时所需的所有功能。在这个级别上,某些自动功能可以帮助驾驶员,例如紧急制动系统 (Emergency Brake) 和标准巡航控制 (Cruise Control)。


1 级 - 驾驶员辅助

虽然道路上的大多数车辆都是手动驾驶的,但许多较新的车型都有自动驾驶辅助技术,如自适应巡航控制 (Adaptive Cruise Control) 和车道控制辅助 (Lane Control Assist)。这些功能有助于汽车和驾驶员的整体安全。但是,驾驶员仍然需要负责大部分任务,例如转向和制动。


2 级 - 部分自动化

2 级自动化的一个重要特征是拥有高级驾驶员辅助系统 (ADAS)。这些车辆可以自行制动、加速和转向。然而,它们并不是完全意义上的自动驾驶的汽车,因为驾驶员仍然需要把手放在方向盘上并必须时刻注意道路状况。


3 级 - 有条件的全自动化

3 级汽车可以使用自动驾驶系统 (ADS) 自行驾驶,但仅限于有限情况。虽然这仍不属于完全自动驾驶,但可以自主在高速公路上行驶很长的距离。在这个级别,驾驶员不需要双手放在方向盘上,但仍需时刻注意突发情况并做好随时操控的准备。


4 级 - 高度自动化

在 4 级自动化下,汽车可以完全自主地在自动驾驶模式下运行,即使遇到困难,汽车仍然可以在没有驾驶员操控的情况下处理紧急状况。在第 4 级,驾驶员仍然可以操控汽车并放弃自动驾驶模式。

尽管现在道路上已经出现了4 级自动驾驶汽车(数量很少),尚有欠缺,因此,4 级自动驾驶汽车的使用通常被限制在有限的区域和速度范围内。


5 级 - 完全自动化

该级别的车辆可以完全自动驾驶的,它们能够在所有路况下执行所有驾驶职责。这个级别不需要驾驶员。在目前看来,即使 5 级自动驾驶的大部分技术和软件已经到位,公众仍需要几年时间才能看到它们上路。


自动驾驶的挑战

全自动驾驶汽车正在世界许多国家进行测试,但尚未向公众开放销售。自动驾驶面临的挑战是全方位的,从技术到法律,再到环境和哲学。以下是自动驾驶汽车面临的一些挑战:

激光雷达和普通雷达——激光雷达价格昂贵,并且仍在探测距离和分辨率之间找到正确的平衡点。我们不知道,如果几辆自动驾驶汽车在同一条路上行驶,它们的激光雷达信号会相互干扰吗?如果有多个无线电频率可用,频率范围是否足够允许大量无人驾驶汽车?

交通和道路信号——自动驾驶汽车在通过隧道或过桥时会遇到困难吗?他们将如何管理高峰时段的交通状况?这些车会被限制在一条特定车道上吗?这些问题仍亟待解决。

事故责任——谁对自动驾驶汽车造成的事故负责?制造商、乘客,还是车主?根据最新的设计,完全自主的 5 级自动驾驶汽车没有仪表盘或方向盘,这意味着人类将无法在紧急情况下控制车辆。


在过去的几年里,随着许多科技巨头对这一概念的支持,围绕自动驾驶汽车的热度越来越高。谷歌的 Waymo 部门的成立就是为在全球开发和销售面向个人消费者的自动驾驶汽车。包括谷歌在内,多家 IT 和汽车公司声称,在不久的将来,自动驾驶汽车将彻底改变我们环游世界的方式。

尽管有一些显著改进,但在当前道路上还没有看到 5 级的全自动驾驶汽车。当前市场上,我们唯一能看到的技术仅限于在发生碰撞时,可以自动停车,确保汽车行驶在车道上,并且可以实现高速上的自动驾驶。

不管关于自动驾驶的争论是什么,这是一个时代的趋势并将很快到来。虽然接受它的过程是需要时间的,但其带来的便利和低成本将使其成为人们未来生活的必要部分。就像面对任何其他技术革命一样,公司只有提前准备和快速反应才能有机会生存下来。

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