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工程师深度解析为啥全新奥迪A8自动驾驶这么原创

2017-10-11 11:43:32 来源: PCauto 作者:pazhangzhou01
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作为一名主机厂研究自动驾驶的工程师,经常会在朋友圈或新闻报道中,看到各种关于自动驾驶的危言耸听——“主机厂早晚会被互联网造车的企业颠覆”、“特斯拉才是自动驾驶领域的领导者,主机厂都是战五渣”。

直到全球首款达到Level 3级别的自动驾驶量产车——全新奥迪A8的发布,给了这些报道一记响亮的耳光。奥迪毫不吝啬地公布了自己的传感器配置方案及合作方,以此来推动高级别自动驾驶的快速落地,可算是诚意十足。

为什么全新奥迪A8能率先量产Level 3级别的自动驾驶?下面我从技术的角度做一下分析。

全新奥迪A8传感器配置 

首先看到的是全新奥迪 A8的传感器配置。

以下是市面上几款拥有自动驾驶功能汽车的传感器配置对比图:

仅从配置上可以看出,全新奥迪 A8的自动驾驶传感器配置是所有量产车型中最为丰富的,不仅有完备的长短距离的毫米波雷达(图中的Corner radar 和 Rear radar)和前置摄像头(Front camera),以及复杂路况自动驾驶不可或缺的激光雷达(位于车头的Laser scanner),还有自动泊车神器——超声波雷达和4路高清环视摄像头。

传感器感知范围

视频中的红色区域为12个超声波雷达(泊车雷达)的感知区域;一大圈橙色区域为4路高清环视的感知区域;黄色锥形区域为前向摄像头的感知区域;绿色锥形区域为激光雷达的感知区域;紫色锥形区域为长测距雷达的感知区域。感知范围越广,自动驾驶功能的可扩展性和可靠性就会越高。

准确来说,这张图还缺少4个中测距雷达的感知区域。可能是传感器太多,但颜色不够用了吧。

多车道车道线检测

全新奥迪A8使用的是Mobileye提供的前向摄像头以及处理芯片EyeQ3,在多车道线道路上识别车道线是它最基本的功能。

车道保持是目前相对成熟的技术,前有Tesla Model 系列,后有凯迪拉克CT6均能实现该功能。不过Tesla Model 和 CT6 的场景仅限定在高速公路,普通的城区开放道路要么禁止该功能开启(CT6),要么在免责条款中声明了不支持非高速路段的自动驾驶(Tesla)。

对于从事自动驾驶研究的人来说,高速公路自动驾驶到开放道路自动驾驶是一个巨大的跨越。因为场景由单一的结构化道路转变为复杂的非结构化道路。没有统一的边界条件,则意味着自动驾驶需要面对更多的场景,需要工程师建立大量的场景库,由此带来的系统标定和测试工作量将成指数级别增长。就开放道路自动驾驶这一点这来说,Audi的自动驾驶技术确实走在其他车企前面太多。

当然,在自动驾驶领域的专利数量位列主机厂第一位,也从侧面说明奥迪在该领域的技术积累深厚。

护栏检测

护栏检测是自动驾驶领域一个极易被忽略的点,而这正是长测距雷达和中测距雷达(以下统称为毫米波雷达)的强项。

很多工程师认为毫米波雷达仅用于对车辆的检测,是摄像头和激光的一个冗余设计。错!他们没有仔细研究毫米波雷达的数据,就做了想当然的判断。

其实毫米波雷达不仅对车辆上的金属检测效果好,对护栏这种连续金属物体的检测效果也很好。

在图示路段中,毫米波雷达的数据会使十分均匀,且稳定的点状信息,这些点状信息拟合出的曲线就是实际场景中的护栏。有了护栏信息,不仅可以作为车道线检测的冗余,还可以用于做自动驾驶的横向定位。博世也一直在尝试使用该方法,用以辅助汽车在高速公路上的横向定位,但目前依然没有发布可量产的产品 。

Audi AI 交通拥堵自动驾驶系统

TJP(Traffic Jam Pilot)是针对行车过程常见的堵车工况开发的自动驾驶功能,驾驶员只需要按下中控台中的”Audi AI“按键。这种简单但不粗暴的切换方式简直就是新、老司机们的福音。相比于开启一个ACC自适应巡航都要对一大推按键进行设置的体验,这种设置才能称得上人性化。

拥堵路况中起主要作用的传感器是前置摄像头和激光雷达。各传感器感知信息的融合使车辆保持在车道线内,直到拥堵结束,在此期间驾驶员不用实时监视道路状况,交由系统完成。

之前提到前置摄像头使用的是Mobileye提供的镜头和芯片EyeQ3。EyeQ3的处理对车道线和车辆尾部的识别的准确度还是较高的,但“较高”不代表所有情况都能正确检测。某些不在Mobileye训练库中的车型(比如形状奇特的改装车,三轮车等),视觉传感器也表示鸭梨巨大。

为了解决这个问题,全新奥迪 A8装备了Valeo的四线激光雷达,这也是全新奥迪A8达到Level 3的关键所在,就是下面这位:激光雷达。

激光雷达相比于毫米波雷达传入自动驾驶系统的信息,是由多条线段组成的一个面。有了面状信息,系统就可精确地判断自车及周围障碍物的位置关系,进而进行精确的控制。

当系统检测到车速超过60km/h后,此时已脱离拥堵路段。Audi AI会有8~10秒的缓冲时间,提示驾驶员接管汽车。若10秒后驾驶员依旧未接管汽车,系统处于安全的考虑,会缓慢减速,直到停止,并打开双闪灯。

控制器单

全新奥迪A8直接在宣传视频中公开了自己的传感器方案及控制器方案,这是很有魄力的。毕竟这些都是真金白银换来的经验。“一将功成万骨枯”用于自动驾驶的研发领域一点不为过。为了在性能和成本上妥协,天知道zFAS之前有多少方案被否决掉了。

zFAS共有四块高性能的处理器,图中也写清楚了各模块的功能。

Mobileye的EyeQ3由于是封闭的芯片,其他模块只需要接收它输出的消息即可。

Nvidia的Tegra K1包含192颗GPU,用于做4路环视图像处理,自动泊车库位线的检测就靠它了。Altera的Cyclone 5 FPGA负责自动驾驶的核心功能,包括障碍物、地图的融合及各种传感器的预处理工作。

Infineon的Aurix多核微控制器用于提供安全服务,以满足诸如ISO 26262这样的安全标准。

传感器网络

信号传输频率的稳定性对实时系统的重要性不言而喻。奥地利的TTTech作为供应与奥迪合作开发了这套与Autosar兼容的网络传输架构,这套高实时性的以太网足以满足不同传感器的信息传输。

TTTech与奥迪合作之前,其主要的业务领域是航天和航空,因此制作出满足车规级的通信网络架构对它来说,并不是难事。

AL频道小结

全新奥迪A8上的传感器和控制器,是目前最为超前的自动驾驶量产配置方案,硬件上的配置3年内都不会落后。传感器的冗余,使得更多Level 3级别的自动驾驶功能成为可能。

我相信随着全新奥迪A8软件的逐步更新,它将拥有更丰富的自动驾驶功能。上车,选择目的地,全程自动驾驶的日子并没有那么遥远。

声明:本文由行家作者撰写,观点仅代表个人,不代表太平洋汽车网。文中部分图片来自于网络,感谢原作者。

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