解決自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)中的難題

自動(dòng)駕駛汽車無疑將開啟了交通運(yùn)輸行業(yè)的新時(shí)代，但整個(gè)行業(yè)尚需解決一些技術(shù)難題，方可真正實(shí)現(xiàn)能夠商業(yè)化的自動(dòng)駕駛技術(shù)。我們已經(jīng)看到，ADAS功能可以減輕駕駛負(fù)擔(dān)，并使駕駛的過程變得更安全。但在某些情況下，該技術(shù)也會(huì)引發(fā)新的問題，例如，人類過分信任或依賴這些新系統(tǒng)。這并不是一個(gè)新現(xiàn)象，當(dāng)安全氣囊成在20世紀(jì)90年代為汽車的標(biāo)配時(shí)，一些駕駛員和乘客將此作為自己可以不佩戴安全帶的理由，顯然這種錯(cuò)誤的觀念將導(dǎo)致額外傷亡事件的發(fā)生。

與之相類似，ADAS功能的標(biāo)配化會(huì)使駕駛員在工況超出ADAS處理能力的情況仍然盲目依靠它。例如，自適應(yīng)巡航控制技術(shù)在汽車直接跟隨另一輛行駛中的汽車時(shí)能夠運(yùn)行良好，但它通常不能發(fā)現(xiàn)靜止的物體。不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中的情況以及受控實(shí)驗(yàn)都表明，對(duì)自動(dòng)化過于信任的駕駛員最終會(huì)以撞上靜止的汽車或其他物體而告終。ADAS目前可實(shí)現(xiàn)的功能有限，而這正是許多早期用戶所沒有真正領(lǐng)會(huì)理解到的。

此外，還有一些因素會(huì)導(dǎo)致安全難題。2015年，在美國，駕駛傳統(tǒng)汽車（即SAE Level 0）的司機(jī)因開車時(shí)分心而引發(fā)的交通事故造成了近3500人死亡，39萬余人受傷。不幸的是，據(jù)專家預(yù)計(jì)，在引入具有某種級(jí)別自動(dòng)駕駛功能但仍要求人類駕駛員隨時(shí)接管車輛控制權(quán)以防止事故發(fā)生（注：即該自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍然無法完全取代人類駕駛員，應(yīng)該指SAE Level 3及以下的自動(dòng)駕駛水平）的汽車之后，一開始車禍發(fā)生的數(shù)量并不會(huì)顯著下降。

安全專家擔(dān)心，半自動(dòng)駕駛汽車的駕駛員可能會(huì)在自動(dòng)駕駛模式下進(jìn)行閱讀或發(fā)短信等活動(dòng)，從而在被要求接管汽車控制權(quán)的瞬間會(huì)缺乏對(duì)環(huán)境必要的感知。隨著駕駛員又再次操控汽車，他們必須立即評(píng)估周圍環(huán)境、確定車輛在其中的位置、分析其所面臨的危險(xiǎn)狀況并選定一個(gè)安全的行動(dòng)方案。而當(dāng)車速達(dá)到65英里/小時(shí)（約合104公里/小時(shí)）時(shí)，汽車只需不到4秒的時(shí)間便可駛過相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)長(zhǎng)度的距離，且駕駛員將控制權(quán)交給汽車的時(shí)間越長(zhǎng)，再次進(jìn)入駕車狀態(tài)的過程也會(huì)越長(zhǎng)。因此，汽車制造商必須開發(fā)更好的人機(jī)界面，以確保新技術(shù)將挽救更多的生命而不是引發(fā)更多的事故。

我們?cè)谄渌麍?chǎng)合也遇到過類似的問題：2009年，因?yàn)轱w行員在客機(jī)處于自動(dòng)駕駛模式下飛行時(shí)沒有及時(shí)接管控制權(quán)，致使該航班飛機(jī)駛過了其目的地機(jī)場(chǎng)約150英里才被發(fā)現(xiàn)。對(duì)于半自動(dòng)駕駛汽車而言，“空域”（對(duì)應(yīng)于汽車行駛的“地面”）將變得更加擁擠，“飛行員”（對(duì)應(yīng)于操控汽車的“駕駛員”）的訓(xùn)練狀況也較差。因此，對(duì)于全神貫注于做其它事情的駕駛員而言，汽車在自動(dòng)駕駛模式下運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)變得更加危險(xiǎn)。

向全自動(dòng)駕駛演進(jìn)

在接下來的5年中，可能會(huì)出現(xiàn)屬于SAE Level 4級(jí)別的自動(dòng)駕駛汽車，該類汽車能夠在特定場(chǎng)景下完成所有原本需要人類駕駛員完成的駕駛?cè)蝿?wù)，期間并不需要人類駕駛員的干預(yù)。雖然此技術(shù)已經(jīng)能夠在有限場(chǎng)景下以將來正常工作的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，但真正驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能可能仍然需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，因?yàn)橄到y(tǒng)必須進(jìn)行大量測(cè)試以求得能夠暴露于罕見場(chǎng)景（注：即機(jī)器學(xué)習(xí)中所謂的“Edge Cases”）中的機(jī)會(huì)，并采取應(yīng)對(duì)措施將其剔除。此外，工程師還需要實(shí)現(xiàn)與保證系統(tǒng)可靠性及安全性方面的目標(biāo)。起初的時(shí)候，公司通常會(huì)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠在特定地理區(qū)域內(nèi)的特定應(yīng)用場(chǎng)景中可靠運(yùn)行，即所謂的設(shè)定“地理柵欄”（Geofence）。另外一個(gè)先決條件是，在調(diào)整系統(tǒng)以確保能在特定場(chǎng)景中成功運(yùn)行之后，當(dāng)“地理柵欄”擴(kuò)展到涵蓋更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和更大面積的地理區(qū)域時(shí)，亦需進(jìn)行相應(yīng)的額外調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)SAE Level 4及SAE Level 5的難點(diǎn)在于需要在任何環(huán)境下且在沒有任何限制的條件下安全地操控汽車，例如，需要在沒有繪制過地圖的地區(qū)或者沒有車道線及重要基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境特征的道路上行駛。因此，由于工程師必須要覆蓋和測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)景（Use Cases）數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，建立一個(gè)可在（大部分）無限制環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)將需要花費(fèi)更多的精力。例如，在沒有車道標(biāo)記或車輛行駛在未鋪設(shè)石板/柏油的道路上，系統(tǒng)必須能夠判斷出哪些區(qū)域是可行駛區(qū)域。這是一個(gè)困難的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)問題，特別是如果路面與周圍環(huán)境沒有顯著差異時(shí)，例如道路被大雪所覆蓋時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛可能需要花費(fèi)10年以上的時(shí)間

鑒于目前的發(fā)展趨勢(shì)，未來10年內(nèi)完全自動(dòng)駕駛汽車（SAE Level 4及以上級(jí)別）將難以真正實(shí)現(xiàn)，其中主要的障礙在于開發(fā)滿足SAE Level 4及以上級(jí)別要求的軟件。雖然硬件方面的技術(shù)創(chuàng)新能夠提供所需的計(jì)算能力，而且價(jià)格（特別是傳感器）會(huì)下降（注：由于反摩爾定律的作用），但軟件仍將是關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。

事實(shí)上，硬件的性能已經(jīng)接近達(dá)到使高度優(yōu)化后的自動(dòng)駕駛汽車軟件（Well-Optimized AV Software）順暢運(yùn)行所需的水平，目前的技術(shù)應(yīng)該能夠很快達(dá)到自動(dòng)駕駛汽車所需的計(jì)算能力，不論是圖形處理器（Graphics Processing Units，GPU）還是中央處理器。

目前攝像頭已經(jīng)能夠滿足測(cè)試距離、分辨率和視場(chǎng)等方面的性能要求，但在惡劣天氣條件下也面臨顯著的局限性。毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，它是惡劣天氣及路況條件下進(jìn)行探測(cè)的最佳選項(xiàng)。提供最佳視場(chǎng)的是激光雷達(dá)，它可以極高的精度探測(cè)車輛周圍360度內(nèi)的環(huán)境狀況。雖然目前市場(chǎng)上出售的激光雷達(dá)的價(jià)格還非常昂貴，但一些商業(yè)上可行的小型廉價(jià)產(chǎn)品應(yīng)該會(huì)在未來一兩年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)。幾家高科技公司聲稱可將激光雷達(dá)的成本降低到500美元以下，另一家公司已經(jīng)推出了一種售價(jià)約為10000美元的能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)（大約有十幾個(gè)傳感器）。從商業(yè)化的角度來看，企業(yè)需要了解SAE Level 5汽車所需的最佳的傳感器數(shù)量，以控制整車的成本。（注：例如，以色列固態(tài)激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司Innoviz在5月23日剛剛推出的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品InnovizPro的售價(jià)將低于7000美元）