自动驾驶的核心技术,你知道多少?

文章来源:汽车电子联盟 发布时间:2021-08-30
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自动驾驶已经成为目前汽车发展的热点和必然趋势,针对这个问题很多优质的回答基于自动驾驶系统的组成:感知——车的传感器“看”到了什么、决策——车的大脑思考怎么去处理、执行——车的控制系统去执行相应的操作,已经说的很详细了,而这三大系统在结合了人工智能技术以后也有了飞速的发展和进步。

自动驾驶已经成为目前汽车发展的热点和必然趋势,针对这个问题很多优质的回答基于自动驾驶系统的组成:感知——车的传感器“看”到了什么、决策——车的大脑思考怎么去处理、执行——车的控制系统去执行相应的操作,已经说的很详细了,而这三大系统在结合了人工智能技术以后也有了飞速的发展和进步。

 

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但要实现自动驾驶,仅仅依靠这三大系统是远远不够的,自动驾驶和未来的智慧交通系统还需要一些基础的共性技术进行去支撑,其中最主要的即是高性能运算技术、车与外部设施通信的V2X技术。前者能为传感器的识别算法和系统的决策算法提供巨量的运算能力支持,后者让汽车与交通标志、行人、其他车辆、云端等参与交通的所有对象通信,让汽车不再是一个单一的个体,而成为智慧交通中一个有机的组成部分。另外,高精度定位技术在实现自动驾驶中也不可或缺。

 

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1. 自动驾驶的大脑——高性能运算处理器平台


与人驾驶类似,汽车要能实现自动驾驶就需要能准确的识别周围的环境,通过摄像头、毫米波雷达等传感器将所处场景中的车辆、行人、道路等信息准确识别;再通过复杂的决策算法对所处环境进行判断,为下一步的行动进行决策。这个过程中会涉及图像识别、感知融合、人工智能决策等诸多复杂的算法。而要高效、准确的实现这些算法,就需要强大的运算能力进行支持。就如同为了实现复杂多样的手机功能我们需要强大的处理器一样,自动驾驶汽车也需要具备一颗足够聪明的“大脑”——高性能运算处理器平台,这便是与传统汽车最为基本的区别。

 

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全球的芯片行业也针对这个需求推出了适宜自动驾驶开发的高性能处理器平台。Qualcomm公司依托在移动互联网和手机领域积累的强大基础,基于性能顶尖的高通骁龙系列处理器也在自动驾驶领域为实现车载应用进行了深入的布局,推出了满足汽车苛刻使用环境要求的高性能处理器高通骁龙820A(A:automobile)。

 

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高通骁龙820A基于手机领域大放异彩的820芯片研发而来,通过工艺的优化和提升使工作温度范围拓展到-40℃~110℃,可以满足汽车复杂的使用环境要求和高可靠性要求;高通骁龙820A车载平台继承了四核64位的CPU的强大运算能力和Adreno 530 GPU,并带有机器学习处理器,可通过认知计算和实时识别发现道路上的潜在危险,为自动驾驶提供强有力的保障。

 

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除了高通骁龙820A车载平台以外,Qualcomm为了满足自动驾驶系统日渐庞大的运算能力需求,在后期开发手机处理器芯片时也会同期进行同内核的车载高性能处理器的开发,并与全球各大汽车厂商和顶尖的自动驾驶公司进行合作,为他们提供性能更优异、更可靠的高性能运算处理器平台。

 

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Qualcomm高性能自动驾驶运算平台

 

2. 让汽车能心灵感应——通信与C-V2X技术

为了实现全场景的自动驾驶,除了应付基本的驾驶环境以外,自动驾驶汽车还需要克服雨天、大雾、黑夜等恶劣环境的限制,而此时仅仅依靠自动驾驶汽车自身的传感器已经远远不能满足要求。这就需要汽车具备“心灵感应”的能力——能与道路、交通标志、其他车辆等交通场景的参与者进行远距离通信,让汽车可以在超过视线范围的距离下提前感知道路的复杂情况。

 

 

目前基于移动蜂窝通信的C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)技术便能让汽车具备这种“心灵感应”的能力。比如,与红绿灯进行通信,便能让汽车提前知道红绿灯的状态,提前进行减速慢性操作;与其他车辆通信,便能将车辆紧急刹车、变道、转弯状态及时告知其他车辆,让其他车辆有足够的时间进行预判和处理。

 

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更重要的是,V2X通信技术不仅可以让车与车通信,还能云端的大数据平台与汽车进行通信,除了让汽车能享受各种丰富多彩的网联化服务外,还能让云端平台对所有的交通参与者进行统一的调度和整合,实现真正智慧化的无拥堵交通。而这一技术作为实现智慧交通的基础,已经列入多个国家的自动驾驶产业计划中,中国发改委也在《智能汽车创新发展战略》明确规划规划:到2020年,大城市、高速公路的LTE-V2X覆盖率将达到90%。


在这一领域,Qualcomm依托于移动通信时代领先的4G通信技术,在2017年便主导了LTE-V2X(基于4G LTE通信的V2X)标准体系的建立,并推出9150 C-V2X芯片组,预计在今年即可量产搭载。同时,作为5G技术的先驱,Qualcomm还推动成立了支持C-V2X发展的行业组织——5G汽车联盟(5GAA);2018年这一联盟便将车辆与交通灯及交通管理中心实现网络互联,示范运行了基于V2X技术的紧急刹车、碰撞预警、车辆减速预警、信号灯预警及行人预警等功能。

 

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QualcommV2X合作项目



3. 自动驾驶开天眼——VEPP高精度定位技术


除了环境感知和V2X技术准确探知车辆周围的环境,为了更可靠精确的提高感知结果的精确性和可靠性,还需要能准确知道汽车的实时位置,才能更安全实现自动驾驶。比如,只有在亚米级(0.1m级)的精度下,才能准确判断车辆所处的车道,并与本条车道内的车辆建立联系;或者只有准确知道车辆与交通信号等和路口的距离,才能进行更为精确的预判和准备,就好像给汽车开了天眼。

 

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可能有人会奇怪,GPS定位难道还不够么?不够!远远不够!商用的GPS技术精确度只有米级并且极易受到隧道遮挡、信号延迟等因素的干扰,想想平时我们用导航的感觉吧。


为了解决这个问题,Qualcomm开发了基于视觉增强的高精度定位(VEPP)技术,该技术通过融合GNSS全球导航卫星、摄像头、IMU惯性导航和轮速传感器等多个汽车部件的信息,通过各传感器之间的相互校准和数据融合,实现精确到车道线的全球实时定位。而由于VEPP技术使用的是常见的车载传感器,因此成本上也控制的更为合理,这也更有助于该技术的推广。

 


4. 自动驾驶时代的车内体验——数字座舱


在未来实现自动驾驶以后,我们也将从驾驶行为中解脱,那时车内的空间将不再是现在这副模样,而是进化成为注重交互和体验的智慧座舱,甚至成为智慧出行的“第三空间”。在这种情况下,汽车内的显示屏将会更大更多,互联网属性将更加重要,娱乐属性也将被发挥到极致。在那时,就如同现在的手机一样,汽车内最重要的将是依托于智能操作系统实现的各种极致体验的功能;而我们也不用再面对如今车内交互极其不友好的车机系统。

 

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在这种趋势下,移动互联网时代的资源和技术将会被迅速导入到汽车中。而Qualcomm由于在手机领域摸爬滚打的充足经验,也在为数字座舱这一领域的应用进行布局,推出了多款高性能芯片。例如,上文提到的高通骁龙820A车载平台不仅可以进行高性能运算,还能支持蓝牙、Wi-Fi、视频渲染、游戏引擎等多种功能,这也让高通骁龙820A车载平台可以无缝的进行智能网联终端和数字座舱等多种车载应用的开发,并将移动平台的各种资源和技术直接导入。

 

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高通骁龙第三代数字座舱平台

 

另外,与手机版的820不同,通过对多核资源的充分利用,高通骁龙820A车载平台还可以同时驱动多块高清显示屏,并通过hypervisor虚拟化技术在单个处理器上运行多个不同的操作系统,以实现娱乐和信息显示等性能要求不同的功能。

 

5. 总结


实现完全的自动驾驶和智慧交通是一个注定艰难的过程,无论是人工智能、环境感知、智能决策这类新技术,还是运动控制、远程通信这些基础技术,甚至基础设施建设、法律法规……自动驾驶领域有太多技术等待我们去突破,太多山峰等待我们去翻越。


这一未来必将造福全人类的技术正在各行各业的努力下快速发展着,而Qualcomm也在运用自己的优势,基于对这个行业的理解贡献这一份自己的力量。


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