福特工程師:如何從無到有打造一輛自動駕駛汽車?

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Chris Brewer是福特的自動駕駛汽車研發總工程師。最近,他在外媒Medium上撰文分享了他領導團隊研發福特第二代自動駕駛汽車的心路歷程,詳細描繪瞭如何從無到有打造一輛自動駕駛汽車。

加上第一代自動駕駛汽車,福特已經在Fusion混動版車型上研發自動駕駛技術三年了,最新的第二代自動駕駛汽車上整合了福特目前最先進的硬體和三年來福特在軟體層面上積累的一切。

福特第一代自動駕駛汽車

正如我們之前報道過的,相對第一代,新的福特Fusion自動駕駛汽車在感測器佈局上更加美觀,新的鐳射雷達數量從之前的4個下降為2個,同時造型不再突兀。Brewer在文中指出,更為重要的是,新感測器專門適配了自動駕駛視野的佈局調整,使得汽車可以更好的感知周遭的路況。兼顧了減少感測器、佈局美觀和效能提升,Brewer直言他對新車型“感到自豪”。

福特第二代自動駕駛汽車

眾所周知,製造一輛自動駕駛汽車需要兼顧兩個主要方面,自動駕駛汽車硬體平臺和自動駕駛軟體系統。那麼一輛汽車實現自動駕駛所需要的關鍵硬體和技術有哪些?以下是福特的答案:

  • 鐳射雷達、毫米波雷達、攝像頭和其他感測器

  • 用於本地化和路徑規劃的演算法

  • 計算機視覺識別和機器學習技術

  • 高精度地圖

  • 電力驅動的計算機中央處理器

創造一輛不必受人類控製的汽車,意味著汽車製造商需要協同運作上述的技術和硬體,複製一個永不疲勞、永不出錯的機器駕駛員。那負責理解資料、控製和決策的自動駕駛軟體演算法就相當於人類駕駛員的大腦;而那些感測器就相當於眼睛、耳朵;感測器和核心晶片之前的佈線相當於連線大腦和手、腳、肌肉的神經;發動機、轉向和剎車相當於負責落實大腦指令的肌肉;整車硬體相當於身體。

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如何讓汽車“看見”

基於目前和未來可商用的技術,福特(也適用於其他車企)正在努力為自動駕駛汽車構建兩種感知途徑:媒介感知和直接感知。

媒介感知需要高精度地圖來做底層支援,高精度地圖的精度達到了釐米級,與之對應,我們目前車載導航的精度都是米級。高精度地圖需要收集路況中的一切資訊:人行橫道、交通訊號燈、停車標誌和其他靜態物體及其包含的資訊。當自動駕駛汽車上路行駛時,會使用鐳射雷達、攝像頭和其他感測器來連續掃描車身周遭的路況,然後將現場感知到的資訊高精度地圖中的資訊做對比和調整,這要求高精度地圖可以精確的定位自動駕駛汽車的具體位置。除了識別和理解靜態路況資訊,媒介感知還需要學習和理解道路交通規則,這樣自動駕駛汽車在上路行駛時才能做到遵守交通規則。

直接感知是自動駕駛汽車通過使用全部感測器來感知汽車在道路上的定位和當前路況中動態的實體(如行人、自行車和其他汽車),這些資訊對媒介感知而言是一個補充。這些感測器甚至可以幫助理解手勢資訊,例如指揮交通的警察的手勢動作。自然,直接感知能力需要複雜的軟體和計算能力來快速識別和分類各類動態實體,特別是正在過馬路的行人。

這種媒介感知和直接感知的融合技術,將使自動駕駛汽車的駕駛水平與人類駕駛員相當,甚至在未來比人類更優秀。

現在,我們來瞭解一下,如何將一輛普通的福特Fusion轉變成新款福特自動駕駛汽車。為了更好理解,我們簡單的把自動駕駛汽車的駕駛行為分為三部分:感知環境、做出決策、控製車輛。感知環境

從外部看,新款自動駕駛汽車最顯眼的感測器就是A柱上的兩個冰球大小的鐳射雷達了,這兩個鐳射雷達每秒產生數百萬條脈衝,提供車身四周360度的雷達檢視,在每個方向上感知的長度範圍大約兩個足球場那麼遠,高精度雷達擅長區分路況中物體的位置、大小、和形狀。

兩邊行李架上“暗藏”了三個攝像頭,在前擋風玻璃下還有一個前置攝像頭,這些攝像頭負責識別物體和讀取交通訊號燈的資訊。

短波和長波雷達感測器:在大雪、大雨和大霧等極端天氣下提供了另一個雷達檢視,有助於判斷外部動態物體相對汽車的移動

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以上三部分感測器收集的資料傳送給自動駕駛汽車的中央“大腦”,大腦通過機器視覺識別,將得到的資訊與高精度地圖對比和調整。

做出決策

新款自動駕駛汽車的“大腦”位於汽車的後備箱,這個計算機處理系統相當於幾個每小時生成1T位元組的高階計算機——相當於普通手機連續執行45年產生的資料量。

但真正重要的是做出決策的軟體系統,自動駕駛汽車必須在行駛過程中綜合很多因素,快速做出決策,比如,去往同一地,什麼是最好的路線?什麼時候加速超車?什麼時候減速?做出決策後會不會影響路面上的其他汽車?

Brewer表示,福特工程師研發了每秒可處理數百萬條資料的複雜演算法,幫助自動駕駛汽車快速決策。

控製車輛

正如我們的大腦發出指令,要求我們的手和腳做出反應一樣,在外界路況發生變化時,自動駕駛系統會發出電子指令,要求汽車的油門、剎車、方向盤和換擋系統做出反應。為了確保所有機械繫統可以協同運作,需要搭建一個複雜的佈線網路,類似於人體的神經系統。

當然,要做到控製汽車還要具備其他條件,比如,傳統汽車搭載的電池不足以驅動自動駕駛系統,因此福特不得不配備了專用的電源轉換器,將之接入了Fusion混動版的高壓電池組。

Brewer表示,目前,他正帶領團隊規劃、設計、測試和製造沒有方向盤、剎車,沒有燃油驅動的汽車。這一工作的挑戰陡增,“目前的自動駕駛汽車,如果動力轉向系統停止工作,人類駕駛員尚可手動接管汽車,但是在福特下一代自動駕駛汽車上沒有了方向盤,我們需要在動力轉向系統罷工時,開發另一套系統介入,幫助汽車做出反應,這套系統叫做冗餘機械繫統。”

此外,上述所有的感測器、鐳射雷達、長短波雷達、攝像頭以及計算機系統,都需要達到車規級別。這些感測器需要在極端溫度條件和惡劣的天氣環境中安全執行幾十萬英裡,這是目前自動駕駛汽車工程學上遇到的最大的挑戰之一。

目前Brewer的團隊已經與Argo AI團隊展開了合作,福特最近宣佈投資10億美元買下了後者,用以充實自動駕駛團隊。為福特全自動駕駛汽車開發軟體系統。他們正致力於如何協同工作來整合硬體和軟體系統。“創造客戶享受的無縫體驗至關重要。”Brewer寫到。

作為傳統汽車製造商佈局較早,唯一一家把自動駕駛汽車迭代到第二代的車企,Brewer對福特的未來頗具信心:“試想一下,誰能比擁有超過100年造車歷史的福特更好的開發出自動駕駛汽車?”

我是36氪汽車小組記者鄭曉康,關注特斯拉、無人駕駛、新能源車、車聯網、出行及後市場,歡迎直接與我聯絡,


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