ADAS 和自動(dòng)駕駛可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)方法白皮書 2024 -一種可擴(kuò)展的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛方法

JamesHodgson，研究總監(jiān) 1 3 3 4 6 6 7 9 9 15大力投資于輔助駕駛和自動(dòng)駕駛的開發(fā)和部署。一系列廣泛的應(yīng)用要么將為駕駛員提供輔助，幫助駕駛員更安全地駕駛、代替駕駛員執(zhí)行某些任務(wù)，或最終通過整個(gè)每個(gè)自動(dòng)駕駛應(yīng)用都結(jié)合了一組特定的功能和一定程度的駕駛員脫離，即在一定程度上由駕駛員負(fù)責(zé)的前提下進(jìn)行縱向和橫向自動(dòng)化的組合。這里所說的駕駛員負(fù)責(zé)是指，可能需要駕駛員進(jìn)行持續(xù)監(jiān)督，或者也可能允許駕駛員“脫手”、“脫眼”一個(gè)極端是主動(dòng)安全系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)用于僅在特殊情況下通過警告或減輕碰撞的操作輔助駕駛員，并保持駕駛員完全控制；而另一個(gè)極端是無人駕駛汽車，將完全取代11更多自動(dòng)駕駛功能更多自動(dòng)駕駛功能功能：大范圍駕駛操作監(jiān)督：全面、持續(xù)功能：有限車道保持和速度控制監(jiān)督：全面、持續(xù)功能：有限車道保持和速度控制●監(jiān)督：脫眼、保持警覺功能：大范圍駕駛操作監(jiān)督：脫眼、脫腦或不需要駕駛員更多無人監(jiān)督操作從消費(fèi)者的角度來看，這些功能/監(jiān)管組合在價(jià)值、成本和對(duì)個(gè)人出行體驗(yàn)的整體影響方面似乎有著根本的不同。然而，從架構(gòu)的角度來看，這些應(yīng)用共享一套通用的支持技術(shù)，通過添加額外因此，汽車行業(yè)應(yīng)該采取可擴(kuò)展的方法來實(shí)現(xiàn)他們的主動(dòng)安全、半自動(dòng)駕駛和全自動(dòng)駕駛應(yīng)用。?降低成本：由于無需為每個(gè)自動(dòng)駕駛應(yīng)用構(gòu)建一個(gè)新平臺(tái)，使用一套通用的支持技術(shù)來支持中，可以在短期、高銷量機(jī)會(huì)中獲得大量經(jīng)驗(yàn)，為無人監(jiān)督自動(dòng)駕駛的未來成功部署奠定22汽車行業(yè)短期內(nèi)最大的機(jī)會(huì)是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，它通過識(shí)別障礙物和危險(xiǎn)情況來輔助駕駛員，并輔助駕駛員避免碰撞。在大多數(shù)情況下，這涉及使用主動(dòng)傳感器來檢測(cè)和分類道路一般而言，汽車制造商通常不會(huì)通過安全性來區(qū)分。這反映了消費(fèi)者的普遍態(tài)度，即每輛汽車都應(yīng)該在最先進(jìn)技術(shù)允許的情況下盡可能安全。因此，典型車輛的安全規(guī)范由法規(guī)和準(zhǔn)法規(guī)推在安全評(píng)分中反映這些測(cè)試的性能的具體路線圖各不相同。然而，總體而言，安全測(cè)試領(lǐng)域的使用主動(dòng)傳感器檢測(cè)和緩解車輛內(nèi)部危險(xiǎn)的系統(tǒng)。典型的應(yīng)用包括疲勞和駕駛員分心檢測(cè)，33安全評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)的路線圖越來越多地獎(jiǎng)勵(lì)使用蜂窩連接和廣播V2X等非視距(NLOS)技術(shù)識(shí)別視雖然安全評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)制定了測(cè)試協(xié)議來獎(jiǎng)勵(lì)能夠成功檢測(cè)和緩解特定事故場(chǎng)景的ADAS，但他們采用的是技術(shù)中立的策略，允許汽車制造商在采購ADAS解決方案時(shí)從各種競(jìng)爭(zhēng)性的替代方案中進(jìn)行選擇。然而，汽車行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了能夠以可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式提供所需性能的技術(shù)解為了對(duì)各種潛在障礙物進(jìn)行穩(wěn)定可靠的檢測(cè)、識(shí)別和測(cè)距，汽車制造商通常采用兩種感知方法中的一種。最廣泛采用的方法是攝像頭/雷達(dá)傳感器融合，兩種傳感器模態(tài)的對(duì)比優(yōu)勢(shì)能夠提供并通過使用光流分析和運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，還可以通過非概率方法提供深度輸入。然而，在極端光照和惡劣天氣條件下，攝像頭傳感器可能會(huì)遇到困難。相比之下，雷達(dá)傳感器分辨率相對(duì)較低，但在影響攝像頭性能的相同情況下仍能繼續(xù)正常工作。雷達(dá)傳感器還提供諸如距離和相對(duì)速度等圖2：攝像頭/雷達(dá)傳感器融合分辨率雷達(dá)攝像頭在惡劣天氣下在惡劣天氣下的性能在極端光照條件下的性能測(cè)距精度速度相對(duì)成本44方式類似于人類使用雙目視覺確定深度和距離。這種方法實(shí)現(xiàn)了一種計(jì)算效率極高的方由于汽車制造商通過主動(dòng)安全實(shí)現(xiàn)差異化的途徑有限，選擇獨(dú)立/專用計(jì)算來提供必要的應(yīng)用處理、圖像信號(hào)處理、安全性和汽車級(jí)設(shè)計(jì)。特別是，將主動(dòng)安全所需的功能安全負(fù)擔(dān)限制在專用SoC中的能力已經(jīng)幫助汽車制造商限制了與主動(dòng)安全相55SAEJ3016將2級(jí)自動(dòng)駕駛定義為“……為駕駛員提供轉(zhuǎn)向和剎車/加速度輔助……”，駕駛員必須“持續(xù)監(jiān)督”。對(duì)于大多數(shù)2級(jí)自動(dòng)駕駛汽車，這種縱向和橫向輔助的組合通常以兩個(gè)不同的越來越多的原始設(shè)備制造商將提供協(xié)調(diào)的縱向和橫向輔助的2級(jí)系統(tǒng)推向市場(chǎng)，利用最初為3級(jí)和如果這些功能在人類駕駛員的持續(xù)監(jiān)督下執(zhí)將多種自動(dòng)化功能與駕駛員持續(xù)監(jiān)督結(jié)合起來的半自動(dòng)駕駛應(yīng)用在汽車行業(yè)被稱為“2+級(jí)”或程。雖然一些地區(qū)現(xiàn)在正開始制定無人監(jiān)督自動(dòng)駕駛汽車的類型批準(zhǔn)和保險(xiǎn)仍然復(fù)雜，汽車制造商將在可預(yù)見的未來應(yīng)對(duì)不同市場(chǎng)的不同要求。相比之商仍然擔(dān)心他們的品牌與車輛在無人監(jiān)督的情況下行駛時(shí)可能發(fā)生的任何事故相關(guān)聯(lián)查得出的最終結(jié)論認(rèn)定另一道路使用者為過錯(cuò)方，但在此期間備受矚目的事故對(duì)品牌程中的中心地位，同時(shí)通過2+級(jí)功能為他們提供輔助，有助于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的原始設(shè)備制造商在未66為人類駕駛員提供了這種冗余）。這使得2+級(jí)部署的成本效益在中短期內(nèi)要高出許多。隨著一步提高其安全性。與通常受安全評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)測(cè)試協(xié)議影響的主動(dòng)安全系統(tǒng)不同，2+級(jí)系統(tǒng)的從而推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車的革命。原始設(shè)備制造商及其供應(yīng)商和合作伙伴已經(jīng)投資了數(shù)十億美元進(jìn)過利用最初打算在高度自動(dòng)駕駛汽車中部署的軟件，原始設(shè)備制造商可以提供一種比消費(fèi)者以前在特殊情況下，主動(dòng)安全先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)為了提供這種一體化的縱向和橫向輔助，2+級(jí)系統(tǒng)需要覆與主動(dòng)安全實(shí)現(xiàn)相同的原因，攝像頭傳感器通常由雷達(dá)傳感器支持，兩種傳感器的對(duì)比優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。然而，由于駕駛員在持續(xù)監(jiān)督系統(tǒng)的運(yùn)行，因此無需激光雷達(dá)或成像/高清雷達(dá)等額外的774444341420000030605800111111主動(dòng)安全系統(tǒng)通常依靠高能效的精益計(jì)算，在盡可能最小的成本和計(jì)算功耗范圍內(nèi)提供確保最種駕駛功能，而且往往還需要超出銷售點(diǎn)功能的必這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)?+級(jí)系統(tǒng)的訂閱業(yè)務(wù)模式非常普遍，在這種模式下，消費(fèi)者需要支付月費(fèi)或年費(fèi)來維持對(duì)2+級(jí)功能的使用權(quán)限。在這種商業(yè)模式中，最大限度地減少客戶流失并為消費(fèi)者保持價(jià)值至關(guān)重要，而定期提供新功能是留住消費(fèi)者并讓消費(fèi)者為2+級(jí)訂閱付費(fèi)的最佳策略。這88這些2+級(jí)計(jì)算平臺(tái)比通常用于主動(dòng)安全的離散能仍然會(huì)同時(shí)使用一些離散的計(jì)算集群和一個(gè)高性能SoC。在某些情況下，這將采取在中央SoC內(nèi)融合之前預(yù)處理傳感器數(shù)據(jù)的形式，但也適用于一些傾向于駐留在專用計(jì)算上的應(yīng)用，由于駕駛員在所有2+級(jí)應(yīng)用中發(fā)揮著持續(xù)觀察者的關(guān)鍵作用，大多數(shù)原始設(shè)備制造商在其2+級(jí)系統(tǒng)中配置一個(gè)強(qiáng)大的駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)，以確保駕駛員持續(xù)觀察外部環(huán)境?；跀z像頭的駕數(shù)字地圖具有豐富的屬性信息，可以幫助車輛在行車道內(nèi)更好地定位，即使在沒有可見車道線的情況下，也可以幫助車輛在繁忙的十字路口順利穿行。即使攝像頭傳感器受到極端照明或遮360度感知，需要更高的計(jì)算能力來提供更多功能和未來更新空間，需要駕駛員監(jiān)控來確保在在3級(jí)和4級(jí)系統(tǒng)中，人類駕駛員能夠脫離駕駛過程。在3級(jí)自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)中，這種脫離只是部分脫離，駕駛員在駕駛過程中可以“脫手”和“脫眼”，但如果3級(jí)應(yīng)用不能在道路情況中安全地行駛，駕駛員需要能夠恢復(fù)控制，并有合理的時(shí)間接管控制權(quán)。如果駕駛員未能響應(yīng)接管相反，4級(jí)系統(tǒng)能夠完成運(yùn)行設(shè)計(jì)域內(nèi)的所有駕駛?cè)蝿?wù)，無需人類駕駛員的任何介入、監(jiān)督或99(000s)雖然從消費(fèi)者價(jià)值的角度來看，這兩種實(shí)現(xiàn)（3級(jí)和4級(jí)）存在很大的不同，但從支持技術(shù)角度來看，它們?cè)?+級(jí)架構(gòu)上都有相同的額外要求，即冗余。隨著人類駕駛員的脫離，無論是(000s)雖然4級(jí)自動(dòng)駕駛汽車配備了更高比重的AV技術(shù)，但它部署的2+級(jí)和3級(jí)應(yīng)用處于不同的量級(jí)。事實(shí)上，全自動(dòng)無人駕駛汽車將部用于輔助在公共道路上進(jìn)行人員運(yùn)輸?shù)臒o人駕駛汽車部署仍然非常有限，并且在立法發(fā)展到適應(yīng)大規(guī)模引入無人駕駛汽車之前，預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持這種狀態(tài)。然而，商用車輛的使用案例?明確的商業(yè)案例：無論是為了彌補(bǔ)駕駛員不足問題，還是為了減少由于駕駛員失誤造成的?非公路：許多商用車輛用例可以在非公路環(huán)境中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛操作，與復(fù)雜的城市環(huán)境相比，這是一個(gè)更容易實(shí)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，復(fù)雜的城市環(huán)境具有多種易生危險(xiǎn)且有時(shí)不可預(yù)測(cè)的因素。在貨場(chǎng)和其他受控的私人環(huán)境中編組、移動(dòng)拖車和重新定位資產(chǎn)可以在相對(duì)容易的0技術(shù)影響?感知、處理和軟件中的冗余為了取代人類駕駛員的監(jiān)督作用，3級(jí)和4級(jí)部署中的自動(dòng)駕駛汽車感知系統(tǒng)需要測(cè)距、速度和語?更高的方位角/水平分辨率：若角度分辨率差，則難以區(qū)分道路上的不同主體，例如車輛和行?最小化旁瓣/誤報(bào)：雷達(dá)傳感器輻射圖主瓣旁邊存在光柵瓣，導(dǎo)致多重誤報(bào)。這又是由當(dāng)前汽解決上述所有缺點(diǎn)的方法是向收發(fā)器陣列添加更多的虛擬通道。這是通過增加物理射頻(RF)通道這些新一代雷達(dá)收發(fā)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前水平，這就要求新一代雷達(dá)處理系統(tǒng)能夠處理Arbe成立于2015年，專注于高清雷達(dá)收發(fā)器、處理器和平臺(tái)的開發(fā)。為了增加其新一代雷達(dá)技RFIC芯片組中提供24個(gè)輸出通道和12個(gè)輸入通道，同時(shí)保持了每個(gè)通道的低成本。這些物理通道可以支持2000多個(gè)虛擬通道，提供1°方位角（水平）和2°仰角（垂直）的角度分辨率以及300塊ARS430天線通道數(shù)量的1.75倍。因此，ARS540能夠提供192個(gè)虛擬天線通道，大具備足夠的角度分辨率以區(qū)分復(fù)雜城市環(huán)境中的道路主體（例如，大型停放車輛旁原型樣車感知套件的重要組成部分，并一直在無人監(jiān)督自動(dòng)駕駛部署中發(fā)揮重要作用。在過去15年的持續(xù)發(fā)展中，激光雷達(dá)技術(shù)的核心原理已經(jīng)發(fā)生了多次迭代，其利用紅外線對(duì)物體進(jìn)行獨(dú)的光脈沖，通過測(cè)量反射的響應(yīng)時(shí)間來確定不同點(diǎn)的距離。然后利用算法來識(shí)別和跟蹤物體，分類和測(cè)量速度等。較新的替代方案是FMCW激光雷達(dá)，其工作原理與傳統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)相同。這種新一代激光雷達(dá)技術(shù)并非以固定頻率發(fā)送短激光脈沖，而是調(diào)制連續(xù)發(fā)射的?NIR與SWIR對(duì)比：大多數(shù)激光雷達(dá)解決方案采用近紅外(NIR)發(fā)射器（800納米至905納米），這種方法使其能夠使用已經(jīng)大規(guī)模采用并受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的常見激光技術(shù)。然而，這種波長可以穿透人眼視網(wǎng)膜，因此在NIR波長范圍內(nèi)的激光器的輸出功率受到嚴(yán)格總體來說，激光雷達(dá)不僅提供距離測(cè)量、速度測(cè)量，并且在光線和天氣條件不佳情況下提供相對(duì)可靠的性能，同時(shí)還提供物體分類、語義分割和自由空間檢測(cè)所需的分辨率。因此，激光雷最后，最近有一個(gè)有趣的動(dòng)態(tài)，特別是在大中華區(qū)等競(jìng)爭(zhēng)激烈的電動(dòng)汽車市場(chǎng)，越來制造商使用激光雷達(dá)作為其他傳感器的補(bǔ)充，甚至在2+級(jí)平臺(tái)，以區(qū)別于采用“僅使用攝像圖4：攝像頭、高清雷達(dá)和激光雷達(dá)傳感器融合高清雷達(dá)攝像頭SWIR激光雷達(dá)攝像頭/高清雷達(dá)攝像頭SWIR激光雷達(dá)傳感器融合分辨率在惡劣天氣下在惡劣天氣下的性能在極端光照條件下的性能相對(duì)成本測(cè)距精度速度均為采用計(jì)算密集型算法的高分辨率傳感器，可實(shí)現(xiàn)測(cè)距、測(cè)速、物體分類、語義分割和此外，配置雙重計(jì)算資源，確保能夠在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)保證性能，確保平穩(wěn)的故障處理或因此，總體趨勢(shì)將是，其比在有人監(jiān)督自動(dòng)駕駛汽車中性能更強(qiáng)大樣，將在使用具有數(shù)據(jù)預(yù)處理功能的智能傳感器和在集中式模塊內(nèi)提取原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間取TM功能，支持高速數(shù)據(jù)聚合、預(yù)處理和分發(fā)，以及針對(duì)2+級(jí)到4級(jí)自于各種ADAS應(yīng)用。最近發(fā)布的一些功能包括Subaru（前視主動(dòng)安全攝像頭(Forward隨著人工智能(AI)在新一代先進(jìn)傳感器中發(fā)揮越來越重要的作用，AMD將通過其新一代圖5：駕駛員脫離對(duì)傳感器和計(jì)算要求的影響有人監(jiān)督無人監(jiān)督有人為干預(yù)無人為干預(yù)駕駛員介入傳感器注視前方、保持警覺、手握方向盤攝像頭/雷達(dá)傳感器融合、立體視覺注視前方、保持警覺、脫手雷達(dá)傳感器融合脫眼、保持警覺、脫手雷達(dá)傳感器融合、1個(gè)激光雷達(dá)、高清雷達(dá)脫眼、脫腦、脫手雷達(dá)傳感器融合、多個(gè)激光雷達(dá)、高清雷達(dá)處理異構(gòu)高性能計(jì)算、異構(gòu)高性能計(jì)算、NNA、冗余處理異構(gòu)高性能計(jì)算、NNA、冗余處理推動(dòng)提高計(jì)算能力、異構(gòu)性、傳感器數(shù)量和傳感器多樣性的最大因素是駕駛員脫離。然而，更高水平的駕駛員脫離具有明確的技術(shù)要求，但在主動(dòng)安全、有人監(jiān)督自動(dòng)駕駛和無人監(jiān)督自動(dòng)駕駛之間采用可擴(kuò)展的方法，最大限度地跨應(yīng)用重復(fù)使用組件，將在短期內(nèi)提供更高的交貨量機(jī)會(huì)，如受限制的運(yùn)行設(shè)計(jì)域的無人監(jiān)督自動(dòng)駕駛汽車的出貨量將擴(kuò)大第三傳感器技術(shù)的生產(chǎn)規(guī)模，從長除了組件重復(fù)使用的明顯成本優(yōu)勢(shì)外，