隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展，技術(shù)開發(fā)人員、科研人員等對自動駕駛的研究越來越火爆。自動駕駛并不是一項單一的技術(shù)，而是汽車電子、智能控制以及互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，其原理為自動駕駛系統(tǒng)通過感知系統(tǒng)，獲取車輛自身信息與周圍環(huán)境信息，經(jīng)過處理器對采集到的數(shù)據(jù)信息進行分析計算和處理，從而做出決策控制執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)車輛加減速和轉(zhuǎn)向等動作。SAE將自動駕駛分為L0-L5共6個等級，L0為沒有加入自動駕駛的傳統(tǒng)人類駕駛，L1-L5是隨著自動駕駛的成熟程度進行等級劃分，層級越高則自動駕駛等級越高。目前走在自動駕駛技術(shù)前列的大多屬于L3級別。自動駕駛等級劃分表如下。

從表中可以看到，自動駕駛的發(fā)展升級從輔助駕駛到完全控制汽車駕駛，從對應(yīng)特定場景到所有場景。自動駕駛的關(guān)鍵技術(shù)主要為感知、決策和控制三個方面，這些關(guān)鍵技術(shù)與車輛及環(huán)境的交互關(guān)系如下圖。

自動駕駛首先應(yīng)具備一套完整的感知系統(tǒng)，那么首先看看感知系統(tǒng)是什么？感知系統(tǒng)是以多種傳感器的數(shù)據(jù)與高精度地圖的信息作為輸入，經(jīng)過一系列的計算及處理，對自動駕駛車的周圍環(huán)境精確感知的系統(tǒng)。隨著自動駕駛中人為干預(yù)度的不斷減小，感知系統(tǒng)獲取環(huán)境信息的全面性、準(zhǔn)確性和高效性要求越來越高，是自動駕駛的重要一環(huán)，是車輛和環(huán)境交互的紐帶，是無人汽車的“眼睛”，貫穿著升級的核心部分。一個自動駕駛系統(tǒng)的整體上表現(xiàn)好壞，很大程度上都取決于感知系統(tǒng)的做的好壞。感知系統(tǒng)主要包括環(huán)境感知、內(nèi)部感知和駕駛?cè)烁兄?。本文主要探討的是環(huán)境感知。

NO.1

傳感器

講到感知，不得不講到傳感器。傳感器是自動駕駛感知環(huán)節(jié)中最主要的工具，我們對傳感器適用的工況以及局限性等特性都非常熟悉，才能更好為我們的感知系統(tǒng)選擇匹配的傳感器，并充分開發(fā)傳感器的各項性能。傳感器的感知對象包括行駛路徑、周圍障礙物和行駛環(huán)境等。行駛路徑感知包括可通行道路、標(biāo)志牌、信號燈、車道線等的識別。感知周圍障礙物一般指的是車輛行駛所遇到的靜止的或者運動的物體，包括路障、行人等元素。行駛環(huán)境主要指的是道路情況、天氣情況等方面。主流的傳感器主要分為攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達四種。它們的工作原理有所不同，介紹這部分的篇幅較長，有興趣的伙伴們可以到網(wǎng)上搜取相關(guān)資料學(xué)習(xí)探索，后面筆者也會單獨介紹這些部分的內(nèi)容。

NO.2

定位

傳感器感知為自動駕駛車輛提供周邊環(huán)境信息，但這遠遠不夠，大范圍環(huán)境感知以及全局環(huán)境的高精度定位不可或缺。定位系統(tǒng)的應(yīng)用可以實現(xiàn)車輛位置、速度、航向等信息的反饋，為車輛提供全局定位、路線引導(dǎo)等功能，將車輛與環(huán)境有機結(jié)合，規(guī)劃行車路徑，提高行駛平順性和經(jīng)濟性。常用的定位導(dǎo)航包括GPS導(dǎo)航、磁導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航，它們之間的對比如下圖。

NO.3

車聯(lián)網(wǎng)通信

車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信是實現(xiàn)環(huán)境感知、信息交互與協(xié)同控制的重要關(guān)鍵技術(shù)。其借助新一代信息通信技術(shù)，實現(xiàn)車內(nèi)、車與人、車與車、車與路等全方位連接，與傳統(tǒng)車載激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、超聲波等感知傳感器優(yōu)勢互補，為自動駕駛汽車提供雷達無法實現(xiàn)的超視距和復(fù)雜環(huán)境感知能力。從時間、空間維度擴大了車輛對交通與環(huán)境的感知范圍，能夠提前獲知周邊車輛操作信息、交通控制信息、擁堵預(yù)測信息、視覺盲區(qū)等周邊環(huán)境信息。支持車輛在高速移動的環(huán)境下實時可靠通信的無線通信技術(shù)是V2X車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，直接決定了信息交互的實時性和有效性。下表對常用的無線通信技術(shù)進行了比較。

感知系統(tǒng)通過應(yīng)用傳感器將真實世界信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸給自動駕駛車輛，為車輛了解周圍環(huán)境、自動駕駛提供了基礎(chǔ)的支持。目前自動駕駛在一些特殊或者極端惡劣的天氣狀況下（雨、雪和大霧），處理是非常困難的，即使是人類駕駛員。無論是基于視覺的感知系統(tǒng)還是基于雷達的感知系統(tǒng)都存在識別感知的困難，相機會因為有雪的附著不能正確識別道路標(biāo)記，雪的密度也會影響激光雷達光束的反射效果，干擾自動駕駛車輛對周圍環(huán)境的判斷。

自動駕駛感知系統(tǒng)需要進一步提高準(zhǔn)確度和精度，增強針對復(fù)雜城市路況和惡劣天氣狀況下的處理能力。通過交叉驗證障礙物的位置信息，減少感知系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)的不確定性。增強車聯(lián)網(wǎng)通信，使用新型低成本高效的傳感器，通過多傳感器融合來減少各個分立傳感器缺點的影響，進一步加強傳感器融合算法的開發(fā)，并通過使用傳感器的互補性和亢余度來發(fā)揮每個傳感器的優(yōu)勢，以提高自動駕駛感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。