實現(xiàn)自動駕駛汽車的必要硬件設(shè)備

1.激光雷達(dá)vs傳統(tǒng)雷達(dá)與攝像頭

首先，傳感器是至關(guān)重要的硬件設(shè)備，對于自動駕駛汽車來說相當(dāng)于它的眼睛。通過傳感器無人駕駛汽車能夠識別道路、其他車輛、行人、障礙物及交通基礎(chǔ)設(shè)施。目前傳感器主要分為激光雷達(dá)、傳統(tǒng)雷達(dá)和攝像頭這三個部件，在應(yīng)用層面攝像頭又有單目和雙目之分。

激光雷達(dá)：

激光雷達(dá)目前是被采用比例最大的設(shè)備，Google、百度、Uber等公司的自動駕駛技術(shù)目前都依賴于它，這種設(shè)備被架在汽車的車頂上，能夠用激光脈沖對周圍環(huán)境進(jìn)行距離檢測，并結(jié)合軟件繪制3D圖，從而為自動駕駛汽車提供足夠多的環(huán)境信息。

但目前的問題是激光雷達(dá)的價格高達(dá)80000美元，在其降低成本之前不可能被量產(chǎn)的自動駕駛汽車采用。好在目前已經(jīng)有一些方案能夠降低激光雷達(dá)的成本，例如將上述“機械”式的激光雷達(dá)改變?yōu)椤肮虘B(tài)”激光雷達(dá)。

固態(tài)激光雷達(dá)能夠通過電子部件進(jìn)行相控陣掃描，并不需要依靠內(nèi)部機械部件的旋轉(zhuǎn)，這樣不僅能把激光雷達(dá)越做越小，也控制住了成本。目前全固態(tài)激光雷達(dá)的主要研發(fā)廠商有Quanergy、以色列的Innoviz以及TetraVue等企業(yè)，但均未實現(xiàn)量產(chǎn)，Quanergy宣布其純固態(tài)激光雷達(dá)已經(jīng)在進(jìn)行測試，如果順利的話2018年初可實現(xiàn)量產(chǎn)。

而前不久接受了百度與福特投資，目前是機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)最大企業(yè)的Velodyne，僅開發(fā)出“混合固態(tài)激光雷達(dá)”，而這一產(chǎn)品還是要靠內(nèi)部的機械部件實現(xiàn)360°的高速旋轉(zhuǎn)，僅僅實現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化，算是過渡產(chǎn)品。國內(nèi)企業(yè)鐳神智能、禾賽科技及北科天繪也推出了內(nèi)部旋轉(zhuǎn)式的混合固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品。

傳統(tǒng)雷達(dá)與攝像頭：

由于激光雷達(dá)的高昂價格，走實用性技術(shù)路線的特斯拉便采取了更加切合實際的路線發(fā)展其“輔助駕駛”功能，其采用的硬件便是傳統(tǒng)的雷達(dá)和單目攝像頭。這一設(shè)備其硬件原理與目前車載的ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)類似，依靠覆蓋汽車周圍360°視角的攝像頭及前置雷達(dá)來識別三維空間信息，從而確保交通工具之間不會互相碰撞。

具體來說，單目攝像頭先通過圖像匹配進(jìn)行目標(biāo)識別，再通過目標(biāo)在圖像中的大小去估算目標(biāo)距離，準(zhǔn)確識別是準(zhǔn)確估算距離的第一步。因此單目識別技術(shù)需要建立并不斷維護龐大的樣本特征數(shù)據(jù)庫，如果缺乏待識別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就會導(dǎo)致系統(tǒng)無法識別以及測距，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。

目前基于單目攝像頭的半自動駕駛系統(tǒng)還遠(yuǎn)未成熟，此前特斯拉導(dǎo)致駕駛員死亡的事故便是因為其單目攝像頭誤將掉頭的白色集裝箱貨車錯誤的識別為了空中的白云而未能及時剎車。

雙目攝像頭的測距方式則是通過對圖像視差進(jìn)行計算，直接對前方景物進(jìn)行距離測量。雙目攝像頭的原理與人眼相似，難點在于計算量大，對計算單元的性能要求非常高，這使得雙目系統(tǒng)的產(chǎn)品化、小型化的難度較大。因此目前寶馬i3、特斯拉以及日產(chǎn)ProPilot等自動駕駛技術(shù)均采用了單目攝像頭設(shè)備。

星河研究院預(yù)計，短期內(nèi)基于雙目攝像頭的算法與處理器將會得到較快的發(fā)展與自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)的青睞，但其低解析度、相對激光雷達(dá)準(zhǔn)確性較低的特點在面對未來成本不斷降低的激光雷達(dá)的競爭中很大概率要敗下陣來，因此不出意外的話實現(xiàn)第五級別的全自動駕駛功能很大概率還是要建立在激光雷達(dá)技術(shù)之上。

V2Xvs紅綠燈：

2X是一個能夠讓車輛與周圍的移動交通控制系統(tǒng)通信的技術(shù)，V2V技術(shù)則允許車輛與其他車輛互相通信。這是未來全自動駕駛汽車所依賴的一項技術(shù)，但遺憾的是相比于火熱的傳感器領(lǐng)域，V2X技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新還很冷清。

通過V2X技術(shù)，道路上的汽車彼此間可以通過開放頻段交換數(shù)據(jù)，具備了與其他汽車和路邊基礎(chǔ)設(shè)備分享實時駕駛信息以及生成預(yù)測路況信息的能力。

通過實時共享汽車駕駛數(shù)據(jù)，在同一條道路上的汽車就能共享自己的實時位置以防止交通事故，交通信號設(shè)施也可以依據(jù)車輛的通行需求合理安排交通順序，降低車輛的等待時間，而V2P技術(shù)則能讓行人和自行車騎行者也加入到這個V2X的環(huán)境中來，使用他們的手機來發(fā)送和接收警示信息，保證行人的安全通行。

更大膽的設(shè)想是，如果汽車之間可以互相通信，并且實現(xiàn)了完全的自動駕駛，那么紅綠燈便沒有理由繼續(xù)存在了。沒有了紅綠燈后，交通設(shè)施將會需要智能的調(diào)度算法和對交叉路口極嚴(yán)密的監(jiān)控，但相比于交通運輸效率的提升，這些設(shè)施的成本就不是問題。

另外在一些情況下車輛能夠提早的預(yù)判危險情況，如果一定會發(fā)生事故或是在車輛已經(jīng)確認(rèn)遭遇撞擊后可以通過V2X系統(tǒng)廣播信息求助，從而極大的提升車內(nèi)人員被救治的效率。

根據(jù)美國交通部的數(shù)據(jù)，V2X技術(shù)能夠降低80%的交通事故率。僅僅在美國，這就將每年減少59.4萬次交通事故并拯救多達(dá)1321條人命。