工程师深度解析为啥全新奥迪A8自动驾驶这么牛
2017年10月11日 11:43
(共计1页)
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。
控制器单元
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作为供应商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。
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。
控制器单元
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作为供应商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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