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实现汽车自动驾驶要解决的三大技术难题

2021-04-15       浏览:  
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目前整车厂及那些主要来自技术领域的市场新入者各显神通,竭力通过不同方式使自动驾驶成为现实。 

实现汽车自动驾驶要解决的三大技术难题(图1)

现有的行业参与者,即整车厂,倾向于温和渐进的策略。他们认为只有当技术足够成熟、社会阻碍彻底清除时,全自动驾驶汽车才可能实现。在此期间,整车厂将遵从既定的方式进行市场化,首先在高端车型上配备自动驾驶模块。

科技企业及其他的行业新参与者,如谷歌和百度,则选择了一条截然不同的道路。与科技行业快速原型开发的文化相同,大多数参与者都希望尽快测试他们的技术,并运用测试结果迅速改进技术。比起直接将产品投放大众市场,他们更倾向于选择经营团队进行合作,比如市政府、出租车行业、或者那些需要提供班车服务的企业和教育机构。

自动驾驶汽车采用的许多技术都拥有专利, 比如控制自动操作的软件算法等。这些专利技术在很大程度上将会是整车厂和供应商寻求差异化的关键所在。

但其他的许多技术难题,如网络安全、高精度地图、车对车/车对基站间通信技术,都需要所有自动驾驶汽车的利益相关者携手共同解决。

一.网络安全。自动驾驶汽车:网络犯罪的潜在目标

网络安全对于汽车行业或商业领域而言都不是什么新的威胁了。但是由于自动驾驶汽车是高度复杂和互联的设备,想使其免受网络攻击就显得困难重重。这些攻击往往来自于两个方面:

间接攻击 :黑客可以通过蜂窝网络、交通及 基础设施信号、GPS信息及其他源头操控数据流,并利用自动驾驶汽车的互相连通向其植入错误信息。安全研究人员已经证实了这种攻击方式的可能性。然而相较间接攻击, 直接攻击带来的危害要更加严峻。

直接攻击 :黑客可以入侵自动驾驶汽车的系统,以扰乱其运作来引起车祸,或利用自动驾驶汽车来进行绑架或谋杀。这样的事故将会瞬间摧毁公众对自动驾驶汽车的信心,使长年累月且耗资巨大的研发投入付诸东流。

实现汽车自动驾驶要解决的三大技术难题(图2)

安全研究人员 已经发现了数十种不同的途径入侵各种车企车型的软硬件。在一个公开的测试中,两名美国研究员将一台手提电脑直接与一辆传统车辆的总线系统相连接(该系统用于连接车辆上各控制单元)。这个简单的行为使这两位研究员获得了对这辆汽车系统的几乎全部控制权。他们能够通过远程控制,使该汽车的刹车失灵。另一次,一些中国学生在参加2014年北京网络安全会议时进行了一项黑客挑战活动,他们成功获取了一辆崭新汽车的远程控制权,将其解锁、鸣响喇叭、开启车灯并打开了其车顶。而当时,这辆汽车仍在行进中。

汽车行业面临着广泛且严峻的网络安全挑战。正如一名研究人员所说:“真正的问题并不在于某一辆车的不堪一击,而是人们长期以来依赖于封闭系统,对其安全性过于信任的错误意识。”基于这种意识,工程师们采用了一种车内网络,即总线系统,但该系统并未从本质上考虑到外界入侵的可能性。总线系统连接着车内所有的电子控制单元,因此黑客只要攻陷一个系统,哪怕是一个较小的系统,就能够获得车辆所有功能的控制权。

到要清除网络威胁不现实,各方应着眼于如何应对这些威胁。整车厂在其行业内外需要团结起来,与监管机构共同努力,找出各种威胁的存在形式,寻求可行的防御策略,并且通过合作开展反击。

二.精确、实时的地图是关键

传感器及传感融合技术对自动驾驶汽车的运作至关重要,但这还不够。自动驾驶汽车需配备能够准确显示周围环境的高精度地图,误差不能大于10厘米。( 参阅下图)传感器和地图的结合使自动驾驶汽车能够及时修正数据上的误差,辨识车辆的准确位置并导航。并且,高精度地图能够核对传感器所接收的数据并帮助汽车精确监测周边环境。因此,数字地图及现实世界之间如果有微小的误差是可以容忍的;但如果偏差较大,自动驾驶汽车就会直接瘫痪。

实现汽车自动驾驶要解决的三大技术难题(图3)

目前,用于导航的数字地图误差保持在十米之内,包含街道和路口的位置以及诸如单行道等交通限制信息。这对于使用交互式导航系统的驾驶员和诸如转向辅助等高级驾驶辅助系统而言已经足够精确。而对于更复杂的驾驶辅助系统,地图的精确度还需要进一步提升,需要包含交通灯及其他信号标志,并显示特定路段的车道数量、坡度及弯道曲度。这些信息使 系统能够提出更好的行驶建议,比如在急转弯时的建议速度。

完成与地图的协调配合要应对两大挑战。

1.数据收集。多渠道的数据采集,包括从各厂家制造的多款自动驾驶汽车上附带的众包传感器采集的数值,或者是道路管制部门、制造厂商、政府部门等提供的数据。

2.数据的处理和传播形式。地图供应商必须快速检查所有更新数据的准确性,避免数据误用,之后继续完成数据的转换和规范化,将小区域更新后的数据整合到现有地图数据中。各方因而必须就数据标准进行协调配合,确保从各来源(包括自动驾驶汽车本身)获取的数据可以交互使用。最后,一定要保证实时更新。

到目前为止,并没有收集、分析和更新地图数据的规范机制,支撑这些规范的商业模式也没有形成。“众包模式”或许能够在这一过程中起到基础性的作用。各企业可以用一种标准格式分享来源于自动驾驶汽车传感器的大量数据,或者仅分享与安全相关的信息数据。

三.V2x:机器之间的眼神交流

在自动驾驶汽车的开发过程中,亟需解决的关键问题之一在于车辆的自动安全运行是否需要车对车(V2V)通讯及其应用技术,和车对基站(V2I)通讯。以上两个技术统称为车对外界的信息交换技术(V2x)。

随着自动驾驶汽车的普及,V2x很有可能会逐渐成为驾驶员之间进行视觉沟通的替代品。如果没有V2x,自动驾驶汽车可能会加剧而不是缓解交通堵塞。原因在于:自动驾驶汽车会被设定为防御性驾驶模式。在复杂情况下,譬如汽车准备从高速公路匝道开往其他车道,融入车流时,如果按照各自的驾驶模式,没有车辆对车辆之间的协调合作,必会造成车辆减速,或者车辆停滞,最终加剧交通阻塞的后果。

要使V2x得到最大限度的使用,必须克服至少五大困难:

1.确保可信赖的 V2x通讯 。保护V2x数据必须不受外界干扰,并且系统内须包含一个安全模块以保证每条V2x消息的可靠性。

2.为 V2x 划拨足够的无线电频段 。美国联邦通讯委员会已将5.9GHz划归为V2x通讯频率,且正在考虑向多方开放此频率,比如私人Wi-Fi网络。在监管机构采取措施之前,需对此是否会干扰V2x的功能进行必要的测试。

3.解决责任的不确定性 。现在的车载安全系统,驾驶员担负着正确使用的责任,而V2x则会使整车厂更多地承担这种责任。自动驾驶汽车无法控制其他车辆传递过的信息,这无疑会使鉴定事故责任变得更加复杂。

4.消除消费者对数据隐私的担忧 。用户需要V2x承诺绝不会收集或存储车主和乘客的个人信息。

5.建立 V2x 软件维护及升级机制 。对售后维护方面的担忧可能会不利于V2x技术的普及,实行安全认证的自动更新可以打消这些顾虑。

目前,欧洲和美国正在进行V2x通讯的试验。欧洲的利益相关方包括公共高速公路当局、收费公路经营者、市政官员、整车厂以及供应商。他们在通往奥地利、德国和荷兰的道路中设立V2x装置,以表明实现道路信息实时共享的可能性。V2x系统通过短程Wi-Fi或无线电进行沟通,初步用于发布道路建设和交通状况相关的警告。这样一个系统在理论上可以为司机及时提示交通拥堵状况,帮助司机选择其他路线,以及预警威胁交通安全的风险。在美国密歇根州的安娜堡,人们也开展了类似的 V2V试验。

综上所述,目前实现自动驾驶还有技术问题需要解决。但是整车厂、新的行业参与者一定会克服本中所提及的技术障碍。在目前的过渡阶段,全球一些地区已经开始实施试点项目,我们相信在不久的将来还会出现更多类似项目。这类试点很可能选择在特大城市开展,特别是那些领导者热情满满的城市,他们希望以此解决交通拥堵、空气污染、公共交通基础设施不足等问题,实现美好城市生活的新愿景。


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