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5G时代已经来临,自动驾驶离我们还有多远?面临哪些挑战?
来源:通信c友之家    发布时间:2019/12/02   浏览:()次


  自动驾驶,是最近几年最热门的话题之一。早在2009年谷歌就开始研究自动驾驶汽车,但是到目前为止经过了数百万公里的测试,仍然没有披露正式上市的时间。可见要实现绝对安全的自动驾驶是一件多么困难的事情。

  直到2016年2月,美国国家公路安全管理局NHTSA发布公开信息称谷歌自动驾驶汽车内部的智能机器人可以认定为“驾驶员”,这是无人驾驶汽车历史性一刻!其实,早在2014年,美国国家公路安全管理局NHTSA根据10多年对V2V(车辆到车辆)的通信技术的研究,宣布未来美国汽车将通过强制安装V2V设备来提醒驾驶员一些潜在危险发生。

  所以有的人说,自动驾驶汽车距离正式开跑的日子或许已经不远了!但事实真的如此吗?

  自动驾驶从技术层面看,他需要解决三个方面的问题。第一个方面就是机器与汽车的控制接口的问题;第二个方面是解决自动驾驶汽车与外界通信的问题;第三方面就是自动驾驶系统的智能化问题。

  首先我们来看看什么是机器与汽车的控制接口。其实我们自动驾驶汽车就是在普通汽车上安装了一套智能控制装置来自动控制汽车。虽然我们现在的汽车已经较早期有很大的技术改进了,电气化程度也得到了空前的提升,但是目前绝大多数汽车都是燃油汽车。经过这么多年的改进,他是越来越符合人类驾驶的习惯。但是现在要用机器来控制他,就会有很多问题。

  例如,汽车动力这一块,如果我们要在燃油汽车上安装一套启动和刹车的控制系统的话,那么他必须将运算完成的结果指令,首先转换成机械能,再作用到汽车的油门和刹车控制系统上,然后才能改变汽车的行进状态。

  假如自动驾驶装置要向汽车传递一个让汽车加速的指令,如果在传统的燃油车上,它会这样做。首先会将指令转换成一个控制汽车油路的机械动作,然后这个机械动作再对汽车的油路进行操作,让更多的油进入发动机,发动机随即提高转速,再带动变速齿轮加速,最后汽车的速度才会上去。您看看,从系统发出指令到汽车真正做出反应,这中间要经历这么多步骤。这个时间延时是很大很大的。这就大大的影响了自动驾驶汽车的实用性和安全性。

  我们来看看,就算是运算这一块,计算机算的比人脑快,但是指令转换成机械能,机械能再作用到汽车的油路上,在等油路反应到发动机的动力系统上,这个时间延时是很大的。这就大大的影响了自动驾驶汽车的实用性和安全性。

  所以这一块,最终是等到特斯拉纯电动汽车的出现,才彻底解决了指令传递的这个问题。因为大家都是电信号,可以直接将运算结果以光速传递到汽车的对应控制电路上,直接作用于电机工作。这个就少了中间的机械传递过程,大大提高了反应速度,并减少了故障率。

  说到这里,我就想起以前在一个汽车论坛上看到过的帖子。说楼主买了一辆帕沙特,回来很傲娇的想要跟他朋友的比亚迪秦比一下(关注汽车的朋友都知道,帕沙特是一款带涡轮增压的燃油车,比亚迪秦是一款纯电动汽车)。结果比试完以后,楼主差点把他的帕沙特给砸了。比试的结果是:无论是0到100公里加速,还是短距离竞速,帕沙特都跑不过比亚迪秦。这可见纯电动汽车较传统燃油车在汽车运动状态转换过程中有明显的优势。正是有这样的优势,所以纯电动汽车为自动驾驶功能提供了一个很好的操控平台。

  好了,下面介绍第二个问题,自动驾驶对外通信的问题。

  近两年3GPP也在热火朝天的开展对车联网V2X的相关研究与标准化工作。2015年3月,3GPP 就有一个工作组率先立项,启动了对V2X业务的研究工作。其主要研究内容包括识别以下三类通信的用例和相关需求:

  第一类是:车到车的通信V2V;

  第二类是:车到人的通信:V2P;

  第三类是:车到基础设施/通信网络的通信:V2I/N。

  这个应该很好理解吧,首先如果我们把汽车内部的自动驾驶系统认为是一个驾驶员的话,那么他首先应该能够与周围车辆通信吧,例如十字路口两个车相向而行,A车对B车说我要准备直行,你呢?B车回,我要准备左转。那么A车一听,那好,转弯让直行,那你停一下,等我过了你再走。B车回:好嘞。这样车到车的通信需求就有了吧。

  作为一个辅助人类的自动驾驶系统,肯定是需要将信息和数据传递给人的,上报驾驶数据和车辆状态这些,或者是接收人类的指令之类的。就像钢铁侠和他的智能助理:贾维斯一样。这就是车到人的通信了。

  车到基础设施以及通信网络的通信需求,这个就更好理解了。例如道路周边的交通标志设施这些,如果我们要想让车辆识别一个红绿灯,你是设计成让车辆通过摄像头去识别更靠谱呢,还是通过交通灯与车辆的通信来传递更加靠谱呢?我想,这个就不用我多说了吧。另外,作为自动驾驶系统,单单靠本地的车载电脑系统的运算能力是远远不够的,需要借助更加强大的云计算来实现更加高级和更加精密的运算。所以这就需要用到车到通信网络的通信能力啦!

  3GPP的这个研究车联网V2X的工作组在2015年6月确认,在三类通信中给予V2V最高优先级。同月,在工作组的会议上LG携手CATT和华为成功的通过了针对V2X的研究课题立项,开启了V2X在接入网侧技术定义的新篇章。

  这个项目的主要工作内容包括:

  定义给予LTE的V2V、V2I/N和V2P的业务仿真方法,包括场景、车辆密度与移动性、业务源和性能指标等;

  研究基于PC5端口的V2V业务传输的增强方案、满足所需时延、开销和容量等性能指标;尤其是对于高速场景,会产生多普勒效应。这个对超低延时通信的挑战是非常大的。研究项目组需要从技术上让PC5端口解决这个问题。(PC5端口,就是指车联网系统的终端到终端的连接的一种接口,这种连接甚至不需要通过基站的参与。应该有点类似5G中的P2P技术。)

  截止到2015年12月,工作组已经率先完成了基于Pc5端口的V2V业务相关研究。预计V2V项目的核心部分标准将于2016年第三季度完成。性能部分标准将在2017年第一季度完成。

  好了,前面说到3GPP在自动驾驶的通信方面所做的成果。要实现自动驾驶还需要在汽车上安装自动控制系统。那么这边的情况又是怎么样的呢?

 

  接下来我们来谈谈第三问题,自动驾驶系统的智能化问题。

  在移动通信领域我们知道有3GPP组织和IEEE国际电气和电子工程师协会两个组织在通信领域做规范的制定。同样在自动驾驶系统的标准制定方面也有两个组织在定义汽车的智能化分级。他们分别是:美国国家高速公路管理局NHSTA和汽车工程师协会SAE。(两个组织同时定义标准的现象似乎是一个国际惯例,在好多地方都是这样的)

  这两个标准化组织对汽车的智能化分级的划分方式极为相近,都是根据汽车的智能化程度划分L0到L5六个级别,唯一的差异在于L4级的定义释意上——美国国家高速公路管理局NHSTA认为L4级别为,带有设计适用范围的全自动驾驶,而汽车工程师协会SAE所定义的L4级自动驾驶则是,车辆具备部分激烈驾驶工况的应对能力。(这个读起来有点拗口呀!)

  我们来看看这六个等级是如何划分的:

  1) L0级是无自动化,这个就是我们普通大众能在4S店里面购买到的普通家用型汽车,什么自动驾驶功能都没有的。

  2) L1级叫辅助自动驾驶:他是以特斯拉/沃尔沃/奥迪为代表的车企们。

  L1级辅助驾驶的应用就现在来说应该算得上是很成熟的,该技术普及在大部分高端车型中了,通俗的讲它是一种高级版的自适应巡航,在自适应巡航的基础上增加方向盘辅助修正的功能,但是前提是你的双手绝对不可以长时间离开方向盘!

  而且即使是最基础的L1级,在早期也是有不少交通事故甚至致人死亡的案例出现的。所以即使是L1,到现在为止,它也并不是十全十美的。而好多人有一种误区,那就是过度的相信L1级别的自动驾驶能力。如果你把L1用好了,它绝对是帮助你缓解长途驾车疲劳的好帮手,但是如果你过度相信它,真的非常非常危险。

  所以L1,只能被称为「辅助驾驶」,而L1级别对电子设备的要求并不是很高,一般常见的都是以毫米波雷达配合传感器再配合行车电脑系统的一种搭配。

  3) L2级是部分自动驾驶,目前只有少数车企的部分车型上配备了相关硬件。

  比如特斯拉是全系布满了L2级别所需要的硬件,如全车拥有8个摄像头,它比L1多的地方也主要集中在开启更多数量的摄像头以及雷达传感器,而开启更多硬件的基础是系统的运算能力需要翻倍翻倍再翻倍。

  技术上L2的问题其实并不大,但是考虑到现在,各国法律对于L2级自动驾驶的约束性,L2并没有很大规模的普及,目前它只可以在某些相对封闭式的场地或路段进行测试。

  而最普及L2的地方,应该是在美国,但是2018年3月18号晚上,不幸还是降临了,美国亚利桑那州一名女子被优步自动驾驶汽车撞伤后不幸身亡,这也是全球首例自动驾驶车辆致人死亡的事故。很难说这起事故对于自动驾驶研究或推广进程的影响究竟有多大,但是总结来看,L2的普及还是不会离我们太远,只是时间问题。

  4) L3级被称为有条件自动化,这一级的定义是,汽车在特定情况下可以全面控制转向、加速和刹车。但驾驶员必须随时准备接管汽车驾驶。什么是有条件:包括道路类型、地理区间、速度区间、环境、气候等。在规定的范围内视为有条件。

  在我的印象里似乎只有最新一代的奥迪a8装配了L3级自动驾驶的硬件,而实际的感受和测试情况,我不得而知。

来自于百度图片库

  5) L4级别是高度自动化,在这个级别下,汽车可以在几乎所有情况下全自动驾驶,而驾驶员可以作为一个乘客,但是当收到汽车无法自动驾驶的提示时需要接管驾驶。

来自于百度图片库

  这个级别现在还没有任何一家企业能够完全做得到,都在测试和研究中。包括我们国家也在多个城市建设了“智能汽车与智慧交通示范区”进行大量的测试和实验。除了传统的汽车制造商以外,还包括阿里巴巴、百度在内的非汽车制造的高科技企业也积极投入了这个级别的研究工作。在这些示范区里面包括道路交通标志、控制中心等设施的通信,都用到了5G的车联网技术。

  我们经常能够在媒体上看到一些记者进入交通示范区进行无人驾驶体验。这就是L4级别的自动驾驶系统。目前的体验效果,不用我说可能大家也都看到了。 L4级别的自动驾驶系统目前还处于最初级阶段,要达到L4级自动驾驶技术的成熟,我估计还能需要8~10年的时间。

  6) L5级才是真正意义上的完全自动化,在这个级别的自动驾驶系统全面负责车辆驾驶,可以在任何环境任何情况下中完全操控汽车,而无需人类干涉。

  根据这一个级别的描述和我们目前达到的技术来看,要真正达到L5级自动驾驶的技术成熟度,还需要一个相对漫长的时间。我一个朋友曾给我说过,他认为可能在他的有生之年是看不到真正意义上的自动驾驶了。虽然我不太同意他的观点,但是不可否认的是,这个时间会非常的长,长到我们无法准确的预见。  其实我个人还是很看好5G车联网的,大家觉得呢?好了,今天就写到这吧,有时间再跟大家一起探讨这方面的问题。

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