詳解Uber自動(dòng)駕駛汽車傳感器系統(tǒng)

　　當(dāng)?shù)貢r(shí)間19日凌晨，Uber一輛自動(dòng)駕駛汽車在亞利桑那州撞死了一名橫穿馬路的婦女。因是第一起自動(dòng)駕駛汽車在公共道路上發(fā)生的致人身死事故，Uber一時(shí)間被推上了風(fēng)口浪尖。

　　然而，僅幾個(gè)小時(shí)之后，負(fù)責(zé)調(diào)查此次事故的利桑那州坦佩警察局局長(zhǎng)卻表示，根據(jù)事故的初步調(diào)查顯示，在此次交通事故中，Uber可能不存在過(guò)錯(cuò)。

　　劇情的反轉(zhuǎn)，讓人有些摸不著頭腦。

　　從事故現(xiàn)場(chǎng)視頻和Uber事故汽車的配置看，雷達(dá)和攝像頭“失職”或是原罪

　　為了還原事故真相，利桑那州坦佩警察局公開了一段由事故汽車拍攝的視頻。從事故現(xiàn)場(chǎng)視頻看，Uber的自動(dòng)駕駛事故汽車(沃爾沃XC90)當(dāng)時(shí)正超速行駛在一段光線環(huán)境極差，甚至可以說(shuō)完全黑暗的道路上，僅有的光線來(lái)自于汽車前燈。而受害者就是這樣的環(huán)境下“突然”出現(xiàn)在了汽車前方，加之汽車行駛速度極快，瞬間就被撞倒。顯然，無(wú)論是車上的測(cè)試人員還是自動(dòng)駕駛汽車，都沒(méi)能及時(shí)反應(yīng)過(guò)來(lái)。

　　然而，人沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車就應(yīng)該反應(yīng)不過(guò)來(lái)嗎?自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)，難道就僅在解放司機(jī)雙手，“駕駛技術(shù)”也只與人類司機(jī)持平就可以了嗎?

　　答案顯然是否定的。

　　那么，到底是什么讓Uber的這輛自動(dòng)駕駛汽車“失職”的?解答這一問(wèn)題之前，我們有必要了解一下，這輛事故車到底是如何做到自動(dòng)駕駛的。

　　根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)圖片看，Uber的這輛事故自動(dòng)駕駛汽車正是由其ATG(Uber先進(jìn)技術(shù)部門)研發(fā)的。依據(jù)Uber此前公開的相關(guān)信息，該汽車應(yīng)是配備了一整套的傳感器系統(tǒng)：

　　頂部激光雷達(dá)，能夠以每秒多次的速度生成汽車周圍的3D成像;

　　前端無(wú)線電波雷達(dá)，位于汽車前后，可實(shí)現(xiàn)360度無(wú)死角的探測(cè);

　　短焦和長(zhǎng)焦光學(xué)相機(jī)，對(duì)成像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

　　很顯然，Uber是希望能夠通過(guò)這一套傳感器系統(tǒng)做到實(shí)時(shí)、全范圍探測(cè)的，但事故還是發(fā)生了。

　　這種情況下，造成事故最大的可能就是各傳感器自身性能不足以及搭配方案不合理。甚至可以說(shuō)，正是因?yàn)轫敳?、前端雷達(dá)與攝像頭圖像處理協(xié)作不善，才導(dǎo)致了這場(chǎng)事故的發(fā)生。

　　自動(dòng)駕駛汽車想要安全上路，需要先了解各傳感器特性及不足

　　對(duì)于Uber此次事故，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)前主席馬克·羅森克表示，這起事故或成自動(dòng)駕駛技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)阻礙，必須設(shè)法解決其中的問(wèn)題，才能重獲公眾對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的信任。顯然，雷達(dá)和攝像頭就是這些問(wèn)題的重中之重。

　　· 雷達(dá)

　　雷達(dá)方面，當(dāng)前已在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的有三種：激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。

　　激光雷達(dá)

　　激光雷達(dá)，也稱Lidar，就是激光(Laser)與雷達(dá)(Radar)的集合，通常有16線、32線和64線，線束越多，性能越強(qiáng)。

　　激光雷達(dá)，工作在紅外和可見光波段，其探測(cè)精度很高，探測(cè)范圍也很廣，能夠再短時(shí)間內(nèi)區(qū)分障礙物除此之外，還可在光線條件差的環(huán)境中正常運(yùn)行。

　　但其易被環(huán)境中“雜物”干擾，所以在雨雪等極短天氣中性能較差，無(wú)法提供全天候服務(wù)。此類雷達(dá)成本極高，因此，一輛汽車上通常只配備一個(gè)，且位于頂部。

　　超聲波雷達(dá)

　　超聲波雷達(dá)，通過(guò)發(fā)射近距離超聲波及收集、分析反射數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行探測(cè)。此類雷達(dá)能量消耗較緩慢，穿透性強(qiáng)，在短距離測(cè)量中，具有非常大的優(yōu)勢(shì)。此外，因其測(cè)距的方法簡(jiǎn)單，所以該類雷達(dá)成本很低。

　　除去自動(dòng)駕駛，超聲波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域早有廣泛應(yīng)用，如警示周邊3米以內(nèi)的障礙物，幫助駕駛員停車等。

　　毫米波雷達(dá)

　　毫米波雷達(dá)，是工作在毫米波波段探測(cè)的雷達(dá)，可穿透霧、煙、灰塵，具有全天候(大雨天除外)、全天時(shí)的特點(diǎn)，對(duì)金屬異常敏感。而由于毫米波短波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)尺寸較小，其更適用于30km以下的近距離探測(cè)，但也只能做到識(shí)別出前方有一團(tuán)東西，不知道具體是什么。

　　因?yàn)槌杀镜?，且技術(shù)相對(duì)成熟，毫米波雷達(dá)是當(dāng)前自動(dòng)駕駛傳感器中應(yīng)用最普遍的。

　　· 攝像頭

　　相較于雷達(dá)，攝像頭較為簡(jiǎn)單，其主要功能就是借由鏡頭采集圖像，再通過(guò)攝像頭內(nèi)的感光組件電路及控制組件對(duì)圖像進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為電腦能處理的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)感知車輛周邊的路況情況，實(shí)現(xiàn)前向碰撞預(yù)警，車道偏移報(bào)警和行人檢測(cè)等功能。

　　當(dāng)前，車載攝像頭有單目攝像頭、后視攝像頭、立體攝像頭和環(huán)視攝像頭四大類。其中，市場(chǎng)上主要以單目攝像頭為主。

　　縱觀各大自動(dòng)駕駛汽車，大多選擇的是混合搭配上述設(shè)備的方案，以形成一套完整的傳感探測(cè)系統(tǒng)。如撞人致死的Uber自動(dòng)駕駛汽車，其頂部就配備了一個(gè)Uber自家的激光雷達(dá)，前后也配備了多個(gè)無(wú)線電波雷達(dá)以及短程和長(zhǎng)程光學(xué)相機(jī)。

　　雖然尚不知曉Uber自研激光雷達(dá)和使用的其他傳感器真實(shí)性能如何，但可以肯定的是，除去出傳感器自身性能有限之外，Uber自動(dòng)駕駛汽車在這種搭配方案之下，依就發(fā)生了事故，該方案就一定沒(méi)能做到360度無(wú)死角探測(cè)，才不足以保證汽車在光線環(huán)境較差、極端天氣等情況下正常行駛的。

　　那么，怎樣的搭配方案才是最合理，能最大程度上避免安全事故的發(fā)生呢?

　　特斯拉以攝像頭為主，百度以雷達(dá)為主，各有利弊

　　和Uber一樣，特斯拉也非常熱衷于自動(dòng)駕駛汽車的研發(fā)與路測(cè)。2016年10月20日，馬斯克宣布將為所有的特斯拉新車搭載“具有完全自動(dòng)駕駛功能”的硬件系統(tǒng)——Autopilot 2.0，其大致的搭配如下：

　　1.車頭6個(gè)、車尾6個(gè)，共12個(gè)超聲波傳感器;

　　2.前擋風(fēng)玻璃下內(nèi)后視鏡上端長(zhǎng)焦、標(biāo)準(zhǔn)、短焦共3個(gè)前視攝像頭;

　　3.外后視鏡前端翼子板后端兩側(cè)共2個(gè)后測(cè)視攝像頭;

　　4.前后門中柱靠上端兩側(cè)共2個(gè)側(cè)視攝像頭;

　　5.后窗上部中間1個(gè)后視攝像頭;

　　6.后車牌位置上一個(gè)倒車攝像頭;

　　7.前保險(xiǎn)杠中部1個(gè)毫米波雷達(dá)。

　　很明顯的，特斯拉的硬件系統(tǒng)滯后于Uber，由毫米波雷達(dá)+攝像頭+超聲波傳感器組成。從這一搭配看，整體投入成本較低，不僅沒(méi)有激光雷達(dá)加持，還以攝像頭為主，全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)售價(jià)僅8000美元。