未來的自動(dòng)駕駛汽車 — 從概念驗(yàn)證到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

作者：RTI公司市場(chǎng)開發(fā)總監(jiān) Bob Leigh

汽車行業(yè)在其發(fā)展歷程中已經(jīng)走過了很長(zhǎng)時(shí)間的一段路?，F(xiàn)在，制造自動(dòng)駕駛汽車和自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)已經(jīng)不再只出現(xiàn)在科幻小說里，現(xiàn)實(shí)世界也已在逐漸應(yīng)用。假如把未來世界想象成一個(gè)類似太空時(shí)代充滿飛行器的世界，然后每架飛行器都能夠以精心策劃的精準(zhǔn)方式自由地穿越地球，我承認(rèn)這種假設(shè)真的很誘人，令人心神向往。不過我唯一不希望發(fā)生的是，未來的人們都要被迫穿上電影里那樣的閃亮的銀色連身褲——不知道是誰想到的這個(gè)主意。

當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際情況肯定會(huì)復(fù)雜很多。同樣，對(duì)于未來自動(dòng)駕駛車輛的開發(fā)者來說，他們所面臨的技術(shù)環(huán)境也會(huì)很復(fù)雜，尤其是在概念驗(yàn)證階段。除了獨(dú)特和苛刻的開發(fā)環(huán)境外，工程師們還面臨著各種各樣的關(guān)于定制的預(yù)置和云應(yīng)用軟件方面的難題——所有這些應(yīng)用軟件都必須實(shí)時(shí)地相互通信，這項(xiàng)任務(wù)需要一個(gè)高度自治的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

司機(jī)們，發(fā)動(dòng)引擎吧!

目前，有很多汽車制造商都在積極參與自動(dòng)駕駛汽車（AV，Automonous Vehicle）的項(xiàng)目中。隨著開發(fā)人員逐漸進(jìn)入概念驗(yàn)證階段，他們多多少少都會(huì)在實(shí)踐過程中遇到一些突發(fā)障礙。

首先，自動(dòng)駕駛汽車的系統(tǒng)必須能夠做三件主要的事情: 感知環(huán)境、處理有關(guān)環(huán)境的數(shù)據(jù)以及根據(jù)環(huán)境信息采取行動(dòng)。從本質(zhì)上講，這就是一個(gè)循環(huán)，需要一遍又一遍地重復(fù)。但是這一過程中生成的數(shù)據(jù)量和處理這些數(shù)據(jù)所要求的速度很快就會(huì)變得令人難以承受。

自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)遭遇的共同挑戰(zhàn)

我們需要把上面的問題逐步拆解來看。當(dāng)我們觀察一輛自動(dòng)駕駛汽車時(shí)，它必須有一個(gè)可以觀察環(huán)境的傳感器套件（其中既包括簡(jiǎn)單的駕駛員輔助技術(shù)，也包括較為復(fù)雜的高度自動(dòng)或完全自動(dòng)的車輛系統(tǒng)）。環(huán)境傳感器套件能夠決定數(shù)據(jù)保真度的高低，還能決定從激光雷達(dá)傳感器、雷達(dá)傳感器、驅(qū)動(dòng)器和其他輸入點(diǎn)中收集到多少數(shù)據(jù)。我們稱之為傳感器融合或者數(shù)據(jù)融合，因?yàn)樗挥性谒羞@些組件都能夠彼此互相共享數(shù)據(jù)并且對(duì)結(jié)論的準(zhǔn)確性達(dá)成一致結(jié)論時(shí)才能真正發(fā)揮作用。

接下來我們需要思考，系統(tǒng)在哪些場(chǎng)景必須使用人工智能（AI）來解決問題。例如：我該如何處理這些信息？ 我要左轉(zhuǎn)嗎？我要直走嗎？ 我要右轉(zhuǎn)嗎？ 環(huán)境中發(fā)生了什么？
除此之外，該系統(tǒng)還需要分析不同的瞬態(tài)因素。例如，迎面而來的是人，還是自行車，還是汽車？然后根據(jù)不同的情況做出決策和應(yīng)對(duì)計(jì)劃。當(dāng)然，當(dāng)汽車根據(jù)環(huán)境采取了行動(dòng)之后，反過來也會(huì)改變環(huán)境，因此，整個(gè)循環(huán)又會(huì)重新開始。

由此可見，真正的挑戰(zhàn)在于高水平的互連性:系統(tǒng)的品質(zhì)取決于捕獲并處理數(shù)據(jù)的速度和質(zhì)量上。然后，當(dāng)添加外部互連時(shí)（例如連接到云系統(tǒng)或者連接到其他系統(tǒng)），它們就成為互連解決方案的一部分。其結(jié)果是會(huì)構(gòu)成一個(gè)包含許多組件的復(fù)雜分布式系統(tǒng)，所有組件都被非常緊湊地打包在一起。

分層數(shù)據(jù)總線的概念

大規(guī)模的可擴(kuò)展性是每個(gè)高度自動(dòng)自治系統(tǒng)的核心前提。這一說法尤其適用于自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域。這是因?yàn)橐粋€(gè)在受控測(cè)試條件下運(yùn)行的系統(tǒng)和一個(gè)真正準(zhǔn)備好進(jìn)入市場(chǎng)的系統(tǒng)存在很大的差異性，而即使是最優(yōu)秀的開發(fā)人員團(tuán)隊(duì)也會(huì)被這種復(fù)雜性差異蒙蔽雙眼。如果一個(gè)系統(tǒng)想要進(jìn)入市場(chǎng)并發(fā)揮其功能——包括接受公眾要求的所有媒體檢驗(yàn)和新的應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試，通常會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)增加一個(gè)全新的關(guān)鍵任務(wù)需求層，而到目前為止還沒有人能夠很好地承擔(dān)起這一任務(wù)。

分層數(shù)據(jù)總線（Layered Databus ）是由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)開發(fā)的一個(gè)概念和術(shù)語，IIC是一個(gè)促進(jìn)和協(xié)調(diào)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)先事項(xiàng)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的組織。分層數(shù)據(jù)總線的開發(fā)目標(biāo)是讓開發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別系統(tǒng)中不同的控制平面（Control Plane）或信息平面(Information Plane )。除了對(duì)環(huán)境的完全控制之外，團(tuán)隊(duì)還能夠指定服務(wù)質(zhì)量（QoS），該服務(wù)質(zhì)量決定了數(shù)據(jù)在不同應(yīng)用場(chǎng)景（包括可靠性、帶寬和延遲）的應(yīng)用軟件之間必須遵循的流動(dòng)方式。

這種分層數(shù)據(jù)總線概念使開發(fā)人員可以在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中使用相同的標(biāo)準(zhǔn)，它還允許開發(fā)人員為系統(tǒng)的不同部分設(shè)置各自的條件和各自的規(guī)則來管理數(shù)據(jù)。所有這些都允許以一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式在不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，而不必添加新的協(xié)議、網(wǎng)關(guān)或其他的網(wǎng)橋。當(dāng)然，分層數(shù)據(jù)總線也允許團(tuán)隊(duì)為數(shù)據(jù)使用設(shè)定不同的條件，以便系統(tǒng)具備可靠性和可重復(fù)性。

關(guān)于自動(dòng)駕駛汽車在目前行業(yè)內(nèi)處于什么發(fā)展階段，以及什么時(shí)候我們才能在道路上看到4級(jí)和5級(jí)的自動(dòng)駕駛汽車等一系列問題，目前還存在著爭(zhēng)議。盡管時(shí)間節(jié)點(diǎn)經(jīng)常會(huì)因談話對(duì)象的不同而有所不同，但有一件事是開發(fā)人員已有共識(shí)的，即高級(jí)別的互連性是獲取和處理數(shù)據(jù)以及解決系統(tǒng)復(fù)雜性問題所必需的核心要素。分層數(shù)據(jù)總線體系結(jié)構(gòu)在這些系統(tǒng)中提供了標(biāo)準(zhǔn)化的通信，并為開發(fā)人員提供了使無人駕駛汽車有效、快速并且安全地進(jìn)入市場(chǎng)的工具。