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   自動駕駛車輛按定義可以包括三種主要系統(tǒng)組件。第一種,負(fù)責(zé)感知車輛周圍的環(huán)境;第二種,測繪車輛周圍的環(huán)境,然后使其能夠在任何時間確定其位置;第三種,在各種行車場景下負(fù)責(zé)自動駕駛車輛的決策能力。



   圍繞自動駕駛車輛新技術(shù)應(yīng)用的一個重要問題,是哪種類型的傳感器或傳感器組合能夠提供最佳的價格和性能。這個問題很復(fù)雜,因?yàn)橹挥性谟糜诳刂栖囕v的系統(tǒng)能力得到表征之后,才能按要求選擇用于執(zhí)行特定任務(wù)的傳感器。


   自動駕駛車輛按定義可以包括三種主要系統(tǒng)組件。第一種,負(fù)責(zé)感知車輛周圍的環(huán)境;第二種,測繪車輛周圍的環(huán)境,然后使其能夠在任何時間確定其位置;第三種,在各種行車場景下負(fù)責(zé)自動駕駛車輛的決策能力。


   根據(jù)當(dāng)前主要汽車廠商和眾多第三方供應(yīng)商所進(jìn)行的研究,業(yè)界似乎已經(jīng)達(dá)成某種共識,即自動駕駛汽車需要應(yīng)用多種類型的傳感器,以感知并測繪車輛周圍的環(huán)境。Robert Bosch(羅伯特·博世)、Aptiv(安波福,拆分自德爾福)和Continental(大陸)的工程師都認(rèn)為自動駕駛汽車需要利用雷達(dá)、攝像頭以及激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)來捕獲數(shù)據(jù)。


   這些傳感器技術(shù)可以相互補(bǔ)充,在白天和夜晚、雨、霧或雪等天氣中提供最佳的可靠性。事實(shí)上,F(xiàn)ord(福特)、General Motors(通用汽車)、Volkswagen(大眾)和Nissan(日產(chǎn))等主要汽車廠商的開發(fā)人員似乎也都對此表示認(rèn)可,因?yàn)樗鼈兌枷嗬^展示了采用各種類型傳感器的自動駕駛汽車。



   大多數(shù)廠商的自動駕駛試驗(yàn)車輛均采用了包括攝像頭、雷達(dá)和LiDAR在內(nèi)的多種傳感器技術(shù),據(jù)麥姆斯咨詢報道,2022年預(yù)計自動駕駛汽車市場應(yīng)用的激光雷達(dá)市場營收將達(dá)到16億美元,雷達(dá)市場營收將達(dá)到4400萬美元,攝像頭市場營收將達(dá)到6億美元。


   通常,攝像頭構(gòu)成了大多數(shù)汽車傳感系統(tǒng)的核心,它們能夠捕捉車輛周圍環(huán)境360°視場(FOV)的完整圖像。當(dāng)然,也可以使用24GHz短程雷達(dá)(SRR),以及77GHz頻段的遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)系統(tǒng)。另一方面,LiDAR系統(tǒng)可提供最遠(yuǎn)300米、360°視場范圍內(nèi),垂直和水平分辨率高達(dá)0.1°的實(shí)時3D數(shù)據(jù)。


   裝配在車輛中使用時,LiDAR系統(tǒng)可以從車輛周圍固定和移動的物體捕捉密集的3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)。而發(fā)射和接收無線電波而非激光的雷達(dá)系統(tǒng),可以與LiDAR系統(tǒng)互補(bǔ),因?yàn)樗鼈兛梢杂糜谔峁┑头瓷渎饰矬w的速度和方位數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程雷達(dá)傳感器可以跟蹤高速物體(例如迎面駛來的車輛),而短程雷達(dá)傳感器則可以提供車輛附近的移動物體的豐富信息。另一方面,攝像頭則可以測量物體反射或發(fā)射的光,進(jìn)一步增強(qiáng)車輛周圍物體本身的細(xì)節(jié)。


   自動駕駛車輛如果包含所有上述類型的傳感,可以確保其中一種傳感器的固有技術(shù)局限,能夠被一個或多個其他傳感器的優(yōu)勢所補(bǔ)償。然而,如果采用這種方案,那么問題就在于必須開發(fā)一種車載處理模型,來處理由各種傳感器捕獲的大量數(shù)據(jù)。


   處理這一難題的一種方案,是將來自車輛上的多個傳感器源的數(shù)據(jù),在處理之前在空間上、幾何上和時間上進(jìn)行對準(zhǔn)融合,這會帶來一個龐大的單個傳感系統(tǒng)。這種方案可以使一個或多個車載處理器,在某個傳感器探測不夠準(zhǔn)確時,估算自動駕駛車輛的狀態(tài)。另一種方案,是設(shè)計多個獨(dú)立的傳感器處理系統(tǒng),每個系統(tǒng)都可以自行支持完全自動駕駛。然而,無論采用哪種方案,都需要具備多功能、冗余和失效運(yùn)行的系統(tǒng)架構(gòu),來實(shí)現(xiàn)自動駕駛。


   博世的工程師正在開發(fā)一種自動駕駛車輛網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)可以將來自車輛中所有傳感器的數(shù)據(jù)在一種被稱為“傳感器融合”的過程中進(jìn)行整合。這些傳感器數(shù)據(jù)由車輛中的電子控制單元評估,以規(guī)劃車輛的行駛路徑。為了實(shí)現(xiàn)安全性和可靠性最大化,必要的計算工作由許多并行工作的處理器共同完成。


   不過,Intel(英特爾)/Mobileye的工程師則正在開發(fā)一種不同的方案,來努力攻克他們認(rèn)為不能擴(kuò)展,因而成本很高的一種自動駕駛車輛控制系統(tǒng)。



   英特爾/Mobileye提出了一種完整的數(shù)學(xué)模型,以確保自動駕駛汽車以安全的方式運(yùn)行。這種被稱為“Responsibility-Sensitive Safety(RSS)”的模型,為人類的責(zé)任和謹(jǐn)慎概念提供了具體且可衡量的參數(shù),并定義了一種“安全狀態(tài)”,旨在無論其他車輛采取何種反應(yīng)和行為,防止自動駕駛車輛成為事故的誘因。


   他們已經(jīng)展示了一種僅配備攝像頭的自動駕駛汽車,作為其策略的一部分,將包括在公司構(gòu)建的所謂的“真正冗余”的系統(tǒng)中。現(xiàn)在,他們打算構(gòu)建一個由多個獨(dú)立設(shè)計的傳感系統(tǒng)組成的傳感系統(tǒng),以補(bǔ)充基于攝像頭的系統(tǒng),其中也包括了雷達(dá)和LiDAR。來自攝像頭的數(shù)據(jù)融合將用于定位車輛,來自雷達(dá)和LiDAR的數(shù)據(jù)融合將在規(guī)劃車輛軌跡的后期使用。與最初融合來自攝像頭、雷達(dá)/LiDAR的原始數(shù)據(jù)相比,每個系統(tǒng)都能夠自行支持完全自動駕駛。


   除了感測車輛周圍的環(huán)境之外,安裝在自動駕駛車輛上的傳感器套件還將負(fù)責(zé)周圍環(huán)境的測繪,使車輛能夠在任何時間確定其所在的位置。目前已經(jīng)采用的一種方案,是記錄由LiDAR先前捕獲的3D點(diǎn)云以創(chuàng)建地圖,然后通過將車輛LiDAR行駛中獲得的3D點(diǎn)云與地圖上的3D點(diǎn)進(jìn)行比較,來定位車輛的位置。


   另一種方案,也就是英特爾/Mobileye所支持的方案,是充分利用已配備攝像頭和特定軟件的大量車輛,其軟件可以檢測車輛周圍有意義的物體。這種方案將帶來基于眾包的地圖創(chuàng)建,然后將其上傳到云端。然后,所有自動駕駛車輛可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有通信平臺接收這些地圖數(shù)據(jù)。


   由眾多傳感捕獲的如此大量的數(shù)據(jù),將需要新的車載計算基礎(chǔ)設(shè)施,來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)的車輛內(nèi)傳輸。


   據(jù)ABI Research自動駕駛高級分析師James Hodgson稱,由攝像頭、雷達(dá)、LiDAR以及超聲波傳感系統(tǒng)等多種傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量,每8小時可達(dá)到32TB。為了定義可以處理如此高數(shù)據(jù)速率的基礎(chǔ)設(shè)施,Aquantia、博世、大陸、NVIDIA(英偉達(dá))和大眾汽車建立了自動駕駛汽車網(wǎng)絡(luò)(Networking for Autonomous Vehicles, NAV)聯(lián)盟。通過合作,這些公司計劃在自動駕駛汽車內(nèi)部搭建數(shù)千兆位的以太網(wǎng),同時解決與噪音和抗擾、功耗、可靠性以及安全標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的挑戰(zhàn)。


   最后,為了安全進(jìn)行驗(yàn)證和認(rèn)證,車輛計算架構(gòu)中的車載系統(tǒng),存在如何處理來自傳感器的數(shù)據(jù),以使車輛能夠在各種駕駛場景下恰當(dāng)運(yùn)行的問題。車輛僅能夠感知其環(huán)境并實(shí)現(xiàn)定位是不夠的,它還必須能夠基于所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃并執(zhí)行。


   不用說,在這方面人工智能(AI)系統(tǒng)的作用將變得越來越普遍,人工智能將使車輛能夠獲得可能發(fā)生的眾多潛在交通狀況的完整認(rèn)知。這種在交通狀況中學(xué)習(xí)的系統(tǒng)過程被稱為“深度學(xué)習(xí)”,并從中得出自己的推論,從而提供一系列行動方案。然而,由于這種人工智能系統(tǒng)的運(yùn)行概率問題,因此業(yè)界擔(dān)心它們的可靠性可能不夠。


   為此,Mobileye等公司正在人工智能決策解決方案之上,增加一個單獨(dú)的、確定性的軟件層。Mobileye的RSS模型將人類安全駕駛的理念,形式化為具有邏輯上可證明的可驗(yàn)證模型,定義恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng),并確保自動駕駛車輛僅做出安全的決策。其模型本身負(fù)責(zé)基于來自路徑規(guī)劃系統(tǒng)的結(jié)果來驗(yàn)證車輛的軌跡,路徑規(guī)劃系統(tǒng)則基于車輛傳感器獲取的數(shù)據(jù)創(chuàng)建行動計劃。


   顯然,無論在自動駕駛車輛中使用何種軟件,都需要進(jìn)行驗(yàn)證和認(rèn)證,以確保自動駕駛車輛做出的決策是安全的。事實(shí)上,自動駕駛車輛可能會遇到各種各樣的潛在行駛狀況,在這種車輛中驗(yàn)證所使用的軟件采用何種適當(dāng)?shù)陌踩燃壦婕暗奶魬?zhàn),可能是工程師面臨的最大挑戰(zhàn)之一。特別是考慮到所使用的許多人工智能軟件系統(tǒng)本質(zhì)上是非確定性的,因此測試很困難。


   因此,雖然一些供應(yīng)商可能會認(rèn)為創(chuàng)造真正的自動駕駛汽車的技術(shù)挑戰(zhàn)已經(jīng)解決,但自動駕駛功能仍然依賴于廣泛的軟件驗(yàn)證,更不用說監(jiān)管部門的批準(zhǔn)了。直到這些問題也被解決,完全自動駕駛車輛本身,可能還需要幾年時間。


   本文來自:http://www.gongkong.com/news/201809/385772.html


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