手艺、要领、软件、行业领导者——自动驾驶的症结组成部分解读

简要全面总结了自动驾驶汽车(自动驾驶系统)的关键组成部分，包括自动驾驶程度、自动驾驶汽车传感器、自动驾驶汽车软件、开源数据集、行业领导者、自动驾驶汽车应用程序以及面临的挑战。

弁言

在过去的十年里，自动驾驶领域已经公布了许多研究论文。但大多只关注具体的工艺类别，如视觉感知、车辆掌握等。另外，因为自动驾驶汽车技术的快速增长，这样的文章很快就过期了。

近十年来，随着全球自动驾驶系统技术的一系列突破，自动驾驶汽车(自动驾驶系统)商业化的合作比以往任何时候都更加激烈。例如，2016年，Waymo在亚利桑那州推出了自己的自动驾驶出租车服务，引起了广泛关注。此外，Waymo用了大约9年的时间开发和创新其自动驾驶系统，使用了各种先进的工程技术，如机械学习和计算机视觉。这些尖端技术极大地帮助他们的无人驾驶汽车更好地了解世界，并在正确的时间接受正确的行动。

由于自动驾驶技术的增长，近十年来发表了许多科学论文，其引用量呈指数级增长，如图1所示。我们或许可以清楚地看到，自2010年以来，每年的公告和引用数量逐渐增加，并在来年达到顶峰。

图1过去十年独立驾驶研讨会的出版物和引用数量。

一、自动驾驶体系

自动驾驶系统使汽车在没有人类驾驶员干预的情况下行驶成为可能。每个自动驾驶系统由两个重要组成部分组成：硬件(汽车传感器和硬件控制器，即油门、刹车、车轮等。)和软件(功能组)。

在软件方面，已经在多个发散的软件架构中进行了建模，例如Stanley(大挑战)、Junior(城市挑战)、Boss(城市挑战)和同济自动驾驶系统。Stanley软件架构包括四个模块：传感器接口、感知、规划和掌握以及用户界面。初级软件架构由传感器接口、感知、导航(规划和掌握)、线控驱动接口(用户接口和车辆接口)和全局服务五部分组成。老板接受三层结构：义务、行动和活动计划。同济自动驾驶系统将软件架构分为感知、分辨计划和计划、掌握和底盘。本文将软件体系结构分为感知、定位和制图、展望、规划和掌握五个模块。如图2所示，图2与同济自动驾驶系统的软件架构非常相似。

图2自动驾驶系统软件架构

自动驾驶品级分别

根据SAE国际，自动驾驶可以分为六个等级，如表1所示。人类驾驶员0-2自动驾驶系统的驾驶状态监控(DEM)。从第4级开始，人类驾驶员不再致力于动态驾驶职责反馈(DDTF)。现在，最先进的自动驾驶系统在2级和3级都很重要。业内普遍认为，要达到更高水平的自动驾驶还需要很长时间。

表1

安装在传感器's自动驾驶系统中的传感器通常用于感知情况。选择每个传感器来测量采样率、视场(FoV)、精度、局限性、成本和整体系统复杂性。

摄像头经由过程收集反射到三维情况对象上的光来捕捉二维图象。图象质量一般取决于情况前提，即分歧的天色前提，分歧的光照情况，都会对图象质量发生分歧的影响。计算机视觉和机械进修算法一般用于从捕捉的图象／视频中提取有效的信息。

激光雷达运用脉冲激光照耀目的，经由过程剖析反射脉冲，丈量到目的的间隔。因为激光雷达具有较高的三维多少精度，一般用于制造高分辨率的天下地图。激光雷达一般装置在车辆的分歧部位以完成分歧的作用，如顶部、正面和前部。

雷达经由过程发射电磁波并对反射波举行剖析，可以或许正确地丈量出目的的间隔和径向速率。雷达迥殊善于检测金属物体，固然雷达也可以或许检测非金属物体，比如在短间隔内检测行人和树木。雷达已经在汽车工业运用多年，催生了ADAS功用，如自动紧急制动，自适应巡航掌握等。

与雷达相似，超声波传感器经由过程丈量发射超声波旌旗灯号到吸收回波之间的时候来计算到目的的间隔，超声波传感器一般用于自动驾驶汽车的定位和导航。

GPS是美国政府的一种基于卫星的无线电导航体系，可以或许为自动驾驶体系供应时候和地理位置信息。但是，GPS旌旗灯号很轻易被建筑物和山脉等障碍物阻挠，比方所谓的都市峡谷，GPS在此类地区每每显示欠安。因而，惯性丈量单位（IMUs）一般被集成到GPS装备中，以确保自动驾驶汽车在“都市峡谷”等地的定位。

硬件掌握器

自动驾驶汽车硬件掌握器包罗转矩转向机电、电子制动助力器、电子节流阀、变速杆和驻车制动。车辆的状况，如车轮速率和转向角，可自动感知，并经由过程掌握器地区收集（CAN）总线发送到计算机体系。这使得人类驾驶员或自动驾驶体系可以或许掌握油门、刹车和方向盘。