駛向自由之路:完全自動駕駛的挑戰(zhàn)與突圍
發(fā)布時間:2025-05-26 00:46:35| 瀏覽次數(shù):
完全自動駕駛技術(shù),被視作汽車產(chǎn)業(yè)乃至交通領(lǐng)域的顛覆性力量。一旦成熟,不僅能大幅提升交通效率、減少交通事故,還將重構(gòu)城市規(guī)劃、物流運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域。然而,從理論研究到實際應(yīng)用,這項技術(shù)的落地仍需跨越重重阻礙。
傳感器性能局限:在自動駕駛的感知體系中,攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等傳感器發(fā)揮著關(guān)鍵作用,然而,其性能在極端條件下的短板十分明顯。以車載攝像頭為例,行業(yè)主流的 120 萬像素攝像頭,在夜間或逆光等低光照場景下,對遠(yuǎn)距離小目標(biāo)物體的識別準(zhǔn)確率不足 50%。即便部分產(chǎn)品向 800 萬像素邁進(jìn),面對暴雨、沙塵等惡劣天氣,圖像采集質(zhì)量仍會大幅下降,導(dǎo)致識別延遲增加 200ms 以上。維寧爾第四代攝像頭雖擁有 170 萬像素分辨率和 100° 視角,集成深度學(xué)習(xí)算法,能實現(xiàn) AEB、ACC 等主動安全功能,但在極端天氣下,性能同樣會受到較大影響。
激光雷達(dá)方面,905nm 激光雷達(dá)受脈沖功率限制,點云最遠(yuǎn)探測距離在 230 米左右,且對人眼存在潛在危害。雖 1550nm 波長技術(shù)將探測距離提升至 300 米,但車規(guī)級可靠性要求突破納米級鍍膜工藝與抗沖擊封裝技術(shù),國內(nèi)企業(yè)在 MEMS 微振鏡加工(線μm 以內(nèi))領(lǐng)域仍依賴進(jìn)口設(shè)備。部分高性能激光雷達(dá),如 TitanM1 - pro,探測距離可達(dá) 200m,支持 480 條激光掃描線 像素的分辨率,水平掃描角度 120°,垂直掃描角度 25°,角分辨率出色,適合小尺寸目標(biāo)探測,然而其高昂的成本限制了大規(guī)模應(yīng)用。此外,在極端天氣下,激光雷達(dá)的探測精度會受到嚴(yán)重干擾,探測距離大幅縮短。
毫米波雷達(dá)同樣存在不足,盡管 4D 毫米波雷達(dá)采用 MIMO 和 DBF 技術(shù),功率和分辨率有所提升,點云最遠(yuǎn)距離能到 330 米,但在復(fù)雜電磁環(huán)境下,容易受到干擾,出現(xiàn)誤報、漏報等問題。
計算平臺算力不足:自動駕駛車輛需實時處理海量傳感器數(shù)據(jù),并做出決策。目前,即使是算力領(lǐng)先的英偉達(dá) Orin、特斯拉 FSD 等車載計算平臺,在面對復(fù)雜路況和大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時,仍存在計算延遲問題。英偉達(dá) Orin 算力為 254TOPS,特斯拉 FSD 芯片算力達(dá) 300TOPS,然而,當(dāng)處理包含復(fù)雜動態(tài)物體、不規(guī)則道路標(biāo)識的場景時,運算速度難以滿足需求,導(dǎo)致車輛在緊急情況下的反應(yīng)速度受限,增加了事故風(fēng)險。
而且,高算力帶來的高功耗,不僅對車輛的電池續(xù)航提出挑戰(zhàn),還需復(fù)雜的散熱系統(tǒng),增加了車輛設(shè)計和制造成本。例如,英偉達(dá) Orin 的功耗高達(dá) 65W,給車輛的散熱和能源管理帶來了較大壓力。此外,隨著自動駕駛算法對數(shù)據(jù)處理精度和速度要求的不斷提高,現(xiàn)有的計算平臺在應(yīng)對未來復(fù)雜場景時,算力儲備明顯不足。
極端場景適應(yīng)性差:盡管深度學(xué)習(xí)算法在自動駕駛領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展,但面對現(xiàn)實中復(fù)雜多樣的極端場景,仍顯得力不從心。如道路上突然出現(xiàn)的動物、非標(biāo)準(zhǔn)交通標(biāo)志或臨時施工場景等,這些場景數(shù)據(jù)難以被全部收集和訓(xùn)練,導(dǎo)致算法在遇到時無法準(zhǔn)確識別和處理,可能引發(fā)嚴(yán)重事故。Momenta研究表明,自動駕駛系統(tǒng)需覆蓋 10^10 種罕見場景才能達(dá)到人類駕駛員的安全性,而當(dāng)前算法在這些極端場景下的識別準(zhǔn)確率僅 78% 左右,對異形車輛(如三輪車、手推車)的分類準(zhǔn)確率更低。
決策邏輯的不穩(wěn)定性:自動駕駛算法的決策邏輯復(fù)雜,且部分基于概率模型。這意味著在某些情況下,算法的決策可能出現(xiàn)隨機性,缺乏人類駕駛員那種穩(wěn)定、可靠的決策能力。例如,在并線、超車等復(fù)雜駕駛場景中,算法可能無法準(zhǔn)確判斷時機和距離,導(dǎo)致操作不當(dāng)。在 L3 級自動駕駛的控制權(quán)切換過程中,存在 4 - 6 秒 “灰色地帶”,駕駛員情境感知恢復(fù)時間長達(dá) 1.8 秒,期間若算法決策出現(xiàn)偏差,極易引發(fā)事故。
責(zé)任界定模糊:一旦發(fā)生交通事故,現(xiàn)行法規(guī)難以明確界定自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)者、車輛制造商、使用者之間的責(zé)任。這種模糊性,不僅增加了事故處理的難度,也給自動駕駛技術(shù)的推廣帶來了法律風(fēng)險。不同國家和地區(qū)對于自動駕駛事故責(zé)任的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)存在差異,導(dǎo)致企業(yè)在全球市場布局時面臨諸多不確定性。
監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)缺失:目前,全球尚未形成統(tǒng)一的自動駕駛監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn),不同國家和地區(qū)的法規(guī)差異較大。這使得自動駕駛企業(yè)在全球市場布局時面臨諸多挑戰(zhàn),增加了技術(shù)研發(fā)和商業(yè)推廣的成本。例如,歐盟的 AVCC 標(biāo)準(zhǔn)與中國 C - ICAP 在技術(shù)要求和測試方法上存在差異,企業(yè)需要針對不同地區(qū)進(jìn)行針對性調(diào)整,增加了研發(fā)和運營成本。
核心零部件依賴進(jìn)口:高精度傳感器、車規(guī)級芯片等自動駕駛核心零部件,大多被國外企業(yè)壟斷。國內(nèi)企業(yè)在這些領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)能力相對薄弱,這不僅限制了我國自動駕駛產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展,還增加了供應(yīng)鏈風(fēng)險。例如,車規(guī)級芯片的制程代差制約產(chǎn)業(yè)自主,國內(nèi)中芯國際 14nm 工藝雖已量產(chǎn),但 7nm 及以下制程的 EUV 光刻機尚未突破,導(dǎo)致國內(nèi)在高端芯片制造方面依賴進(jìn)口。
數(shù)據(jù)共享與安全問題突出:自動駕駛的發(fā)展離不開海量數(shù)據(jù)的支持,但目前數(shù)據(jù)共享機制尚未建立,數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。同時,數(shù)據(jù)安全問題也日益突出,自動駕駛車輛收集的大量敏感數(shù)據(jù),面臨被竊取、篡改的風(fēng)險,威脅到用戶隱私和交通安全。由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和安全規(guī)范,數(shù)據(jù)在不同企業(yè)和機構(gòu)之間的流通存在障礙,限制了數(shù)據(jù)的價值挖掘和應(yīng)用。
新型傳感器研發(fā):科研人員和企業(yè)正積極研發(fā)新型傳感器,以提升其在極端環(huán)境下的性能。如紅外傳感器,能夠在夜間或惡劣天氣下,通過感知物體的紅外輻射來進(jìn)行探測,有效彌補可見光攝像頭在低光照條件下的不足。
固態(tài)激光雷達(dá)則具有更高的可靠性和穩(wěn)定性,有望替代傳統(tǒng)機械式激光雷達(dá),實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。部分固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品已將幀率提升至 200Hz,探測精度和響應(yīng)速度大幅提高。
此外,百度 Apollo 聯(lián)合索尼半導(dǎo)體方案公司、聯(lián)創(chuàng)電子與黑芝麻智能,共同打造的超 1500 萬高像素車載攝像頭模組,通過全尺寸超 1500 萬高像素及感光芯片像素結(jié)構(gòu)設(shè)計,極大地提升了影像識別感知能力,在低感光環(huán)境下也能獲取高質(zhì)量圖像,有效解決色彩還原問題。該模組還具備大視場、小畸變、長焦、景深覆蓋范圍廣的優(yōu)勢,以及多畫幅輸出能力,同一幀可同時輸出縮放、剪裁不同視場數(shù)據(jù),避免關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失。
算力升級與功耗優(yōu)化:一方面,半導(dǎo)體企業(yè)不斷提升芯片制程工藝,研發(fā)更高算力的車規(guī)級芯片。
英偉達(dá) Thor 通過 Chiplet 技術(shù)實現(xiàn) 2000TOPS 算力,為自動駕駛提供了強大的算力支持。黑芝麻智能推出的 7 納米工藝芯片 C1236,以及即將量產(chǎn)的 A2000 芯片,在 AI 計算效率上實現(xiàn)了重大突破,A2000 還支持單芯片高階智能駕駛和數(shù)據(jù)閉環(huán),可靈活拓展,多芯片互聯(lián)。另一方面,通過優(yōu)化計算架構(gòu),如采用異構(gòu)計算、邊緣計算等技術(shù),降低計算平臺的功耗,提高數(shù)據(jù)處理效率。同時,還可以將部分計算任務(wù)從車載端轉(zhuǎn)移到云端,減輕車載計算平臺的負(fù)擔(dān)。例如,AMD 的自適應(yīng) XA SoC 平臺,特別是 Versal AI Edge,可提供超高 AI 性能功耗比,在完成域控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)聚合、預(yù)處理和分發(fā)任務(wù)的同時,實現(xiàn)出色的計算加速,助力打造新一代 ADAS 和 AD 系統(tǒng)。
此外,高通 SA8620P 芯片采用 4nm 制程,30W 功耗與 20TOPS 算力組合,實現(xiàn)了 “每瓦算力” 的行業(yè)標(biāo)桿,搭載該芯片的車型在城市 NOA 場景下,系統(tǒng)響應(yīng)速度提升 30%,極端工況識別準(zhǔn)確率達(dá) 98.2%。
強化學(xué)習(xí)與遷移學(xué)習(xí)應(yīng)用:強化學(xué)習(xí)通過讓算法在與環(huán)境的交互中不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化,提高其在復(fù)雜場景下的決策能力。遷移學(xué)習(xí)則可以將在一個場景中學(xué)習(xí)到的知識,應(yīng)用到其他類似場景中,減少對大量標(biāo)注數(shù)據(jù)的依賴,提升算法的泛化能力。通過這些技術(shù),算法能夠更好地應(yīng)對極端場景和未知情況,提高決策的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
多模態(tài)融合算法發(fā)展:將攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等多種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,充分發(fā)揮各傳感器的優(yōu)勢,提高對復(fù)雜場景的感知和理解能力。例如,通過融合視覺和激光雷達(dá)數(shù)據(jù),能夠更準(zhǔn)確地識別物體的形狀、位置和運動狀態(tài),彌補單一傳感器在感知上的不足,提升自動駕駛系統(tǒng)的可靠性和安全性。
明確責(zé)任界定與監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn):政府部門應(yīng)加快制定相關(guān)法律法規(guī),明確自動駕駛事故的責(zé)任界定原則,建立統(tǒng)一的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。例如,規(guī)定在特定情況下,自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)者或車輛制造商需承擔(dān)主要責(zé)任,同時對自動駕駛車輛的技術(shù)性能、安全標(biāo)準(zhǔn)等做出明確要求。通過清晰的法規(guī)指引,降低企業(yè)的法律風(fēng)險,推動自動駕駛技術(shù)的有序發(fā)展。
推動國際合作與法規(guī)協(xié)調(diào):各國應(yīng)加強在自動駕駛法規(guī)政策方面的合作與交流,協(xié)調(diào)不同國家和地區(qū)的法規(guī)差異,為自動駕駛技術(shù)的全球推廣創(chuàng)造有利條件。例如,通過建立國際統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證體系,減少企業(yè)在全球市場的準(zhǔn)入障礙,促進(jìn)自動駕駛技術(shù)的跨國應(yīng)用和發(fā)展。
加強核心技術(shù)自主研發(fā):加大對高精度傳感器、車規(guī)級芯片等核心零部件的研發(fā)投入,培育本土企業(yè),提高產(chǎn)業(yè)自主可控能力。例如,政府可以通過政策扶持、資金支持等方式,鼓勵企業(yè)與高校、科研機構(gòu)開展產(chǎn)學(xué)研合作,突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。地平線通過持續(xù)研發(fā),推出了四代 BPU 架構(gòu),應(yīng)用于征程系列芯片,憑借在性價比、靈活性和可靠性各方面表現(xiàn),滿足著不同價位、不同動力車型的量產(chǎn)裝配需求,構(gòu)建起適配中國道路的技術(shù)護(hù)城河。
建立數(shù)據(jù)共享與安全保障機制:搭建數(shù)據(jù)共享平臺,促進(jìn)自動駕駛數(shù)據(jù)的合法、安全共享,打破數(shù)據(jù)孤島。同時,加強數(shù)據(jù)安全技術(shù)研發(fā),采用加密技術(shù)、訪問控制等手段,保障數(shù)據(jù)的安全性和隱私性。通過建立規(guī)范的數(shù)據(jù)共享和安全保障體系,充分挖掘數(shù)據(jù)價值,推動自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展。
特斯拉憑借其先進(jìn)的 Autopilot 和 FSD 自動駕駛系統(tǒng),在全球自動駕駛市場占據(jù)領(lǐng)先地位。通過不斷收集和分析用戶駕駛數(shù)據(jù),特斯拉持續(xù)優(yōu)化其算法,提升系統(tǒng)性能。然而,特斯拉也曾因自動駕駛系統(tǒng)事故引發(fā)廣泛關(guān)注,這表明即使是行業(yè)領(lǐng)先企業(yè),也仍需不斷改進(jìn)技術(shù),應(yīng)對復(fù)雜的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。在部分事故中,特斯拉自動駕駛系統(tǒng)在識別交通標(biāo)志、判斷路況時出現(xiàn)失誤,導(dǎo)致車輛操作不當(dāng),凸顯出其技術(shù)在復(fù)雜場景下的局限性。
百度 Apollo 自動駕駛平臺,通過開放技術(shù)、數(shù)據(jù)和資源,吸引了眾多企業(yè)和開發(fā)者參與,構(gòu)建了一個龐大的自動駕駛生態(tài)系統(tǒng)。百度不僅在算法研發(fā)方面取得了顯著成果,還積極推動自動駕駛技術(shù)在多個場景的應(yīng)用,如 Robotaxi、智能物流等,為行業(yè)發(fā)展提供了有益借鑒。通過與合作伙伴的協(xié)同創(chuàng)新,百度不斷優(yōu)化自動駕駛解決方案,提升技術(shù)的實用性和可靠性。
隨著硬件性能的提升、算法的優(yōu)化、法規(guī)政策的完善以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)的協(xié)同發(fā)展,完全自動駕駛有望在未來 10 - 15 年內(nèi)逐步實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。屆時,人們的出行將更加便捷、安全和高效,交通擁堵和環(huán)境污染問題也將得到有效緩解。同時,完全自動駕駛技術(shù)還將催生新的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài),為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。
從技術(shù)發(fā)展趨勢來看,固態(tài)激光雷達(dá)將進(jìn)一步降低成本,提升性能,有望將幀率提升至 200Hz,成本降至千元級。車路協(xié)同技術(shù)將更加成熟,5G - V2X 實現(xiàn) 10ms 低延遲通信,構(gòu)建萬級節(jié)點網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施的高效協(xié)同。能源管理將不斷優(yōu)化,無線充電技術(shù)使 Robotaxi 日均充電次數(shù)降至 1.5 次,提高運營效率。量子計算與多模態(tài)大模型將推動算法突破,覆蓋 10^12 公里級訓(xùn)練數(shù)據(jù),大幅提升自動駕駛系統(tǒng)的智能水平。
完全自動駕駛技術(shù)的發(fā)展,是一場充滿挑戰(zhàn)的馬拉松。盡管面臨諸多現(xiàn)實困境,但通過技術(shù)創(chuàng)新、政策支持和產(chǎn)業(yè)協(xié)同,我們有理由相信,完全自動駕駛的未來可期。
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