自主車輛傳感器可分為兩類：感知傳感器或相對(duì)傳感器（例如，雷達(dá)，攝像機(jī)，LiDAR）和絕對(duì)傳感器（例如，地圖，GNSS，IMU）。正確的感知和處理系統(tǒng)必須調(diào)整為用于該空間的嚴(yán)格性能，安全性，成本，規(guī)模和可靠性要求的特定軟件。通用汽車技術(shù)研究員柯蒂斯·海（Curtis Hay）表示：“雖然絕對(duì)或相對(duì)傳感器是否更好尚有爭(zhēng)議，但我們的觀點(diǎn)是，一旦所有絕對(duì)傳感器類型可用，自動(dòng)駕駛汽車便會(huì)相互補(bǔ)充。” GNSS，V2X和自動(dòng)駕駛汽車的地圖技術(shù)。“未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車將必須融合傳感器，這些傳感器必須利用絕對(duì)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，并將相對(duì)傳感器與人工智能[AI]相結(jié)合。它必須知道何時(shí)取決于環(huán)境而依賴感知或絕對(duì)傳感器。”

當(dāng)今工作中的一個(gè)有利挑戰(zhàn)是采用低成本，更精確的GNSS接收器和更高分辨率，更高幀率的相機(jī)。這種情況正在發(fā)生，但是制造商和開(kāi)發(fā)商必須能夠高度自信地確保定位。

成功的可能性

針對(duì)汽車開(kāi)發(fā)的ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)對(duì)汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）框架的不斷提高的完整性要求（ASIL A，ASIL B，ASIL C，ASIL D）對(duì)危險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，暴露和可控性進(jìn)行了分類。例如，符合ASIL B并不一定需要傳感器冗余，但是符合ASIL D可以實(shí)現(xiàn)特定自動(dòng)車輛功能的故障安全操作。

通用汽車公司的Hay：“正在進(jìn)行大量分析，以證明符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)。如果我們根據(jù)GNSS進(jìn)行4/5級(jí)實(shí)時(shí)決策和控制，那么就必須遵循斯坦福模型來(lái)指定警報(bào)閾值。”

為此，Hexagon的定位情報(bào)（PI）部門處于領(lǐng)先研究計(jì)劃的第三年。全球?qū)嶓w的目標(biāo)是量化和定義誤差范圍，并確保受故障和異常情況影響的GNSS測(cè)量的完整性。該研究由伊利諾伊理工大學(xué)，斯坦福大學(xué)，弗吉尼亞理工學(xué)院和州立大學(xué)的行業(yè)專家進(jìn)行，對(duì)高完整性載波相位算法以及從飛機(jī)應(yīng)用中學(xué)到的威脅模型和安全監(jiān)控器的概念進(jìn)行了更新和擴(kuò)展。早期的開(kāi)發(fā)和演示對(duì)于為自動(dòng)駕駛汽車應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可行的完整性表現(xiàn)具有巨大的希望。

Hexagon PI當(dāng)前正在測(cè)試一種高完整性PPP解決方案的原型，并計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)完成開(kāi)發(fā)和測(cè)試，以及時(shí)推出旨在利用高完整性GNSS的第一代車輛自主功能。研究將持續(xù)到2019年，目標(biāo)是提供一些業(yè)界首個(gè)誤差范圍和具有指定概率的數(shù)值保證。

斯坦福大學(xué)廣域差分GNSS實(shí)驗(yàn)室主任托德·沃爾特（Todd Walter）是其中一位首席調(diào)查員。量化GNSS完整性可確保在名義條件和故障條件下得出的值是準(zhǔn)確的，從而確保錯(cuò)誤發(fā)生的頻率不會(huì)比預(yù)期的高，并且會(huì)超出正常范圍來(lái)確定非常罕見(jiàn)事件的概率。”

沃爾特（Walter）指出，完整性對(duì)話的第三個(gè)組成部分是發(fā)出警報(bào)的時(shí)間-確定發(fā)送警報(bào)之前需要花費(fèi)多少時(shí)間糾正錯(cuò)誤。例如，在航空世界中，時(shí)間通常是從六秒縮短到兩秒。

沃爾特補(bǔ)充說(shuō)：“我們花了很多時(shí)間思考可能出錯(cuò)的問(wèn)題，例如多徑，電離層和衛(wèi)星誤差。” “現(xiàn)在，我們行業(yè)中的每個(gè)人都必須給每個(gè)人分配一個(gè)可能性，并確保已到位。”

設(shè)定操作界限

此外，需要為與人類駕駛員一起操作的自動(dòng)駕駛汽車建立完整性界限。

洛卡塔（Locata）的巴斯納亞克（Basnayake）概述了這個(gè)問(wèn)題：“請(qǐng)記住，即使是幾十年前增加了自動(dòng)化的航空業(yè)，也沒(méi)有商用的全自動(dòng)飛機(jī)。實(shí)際上，起飛和降落仍然是手動(dòng)操作，訓(xùn)練有素的飛行員在嚴(yán)格管制的空間內(nèi)工作。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車，我們正在將類似的功能引入到普通駕駛員或操作員要復(fù)雜得多的環(huán)境中。最近的波音737 Max 8墜毀是一個(gè)不幸的例子，說(shuō)明即使在更加嚴(yán)格的環(huán)境下，這也可能出錯(cuò)。”

駕駛員（或操作員）濫用或?yàn)E用自主功能的趨勢(shì)可能是另一個(gè)主要問(wèn)題。Basnayake回顧了2007年的DARPA城市挑戰(zhàn)賽，該挑戰(zhàn)要求自動(dòng)駕駛汽車在不到六個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)行駛96公里（60英里）的市區(qū)路線。這些規(guī)則包括遵守所有交通法規(guī)，同時(shí)與其他交通和障礙物進(jìn)行協(xié)商并合并為交通。

他說(shuō)：“車輛平均以大約14 mph的速度完成賽道，但是，在贏得比賽的過(guò)程中，車輛遇到的最大問(wèn)題之一就是系統(tǒng)故障。” “在那種情況下，汽車后方的大型超大加速器會(huì)由于干擾而阻止傳感器正常運(yùn)行。這是出乎意料的，當(dāng)然也是計(jì)劃外的。”

該示例說(shuō)明了具有冗余并確定潛在故障和失敗周圍的完整性邊界的復(fù)雜問(wèn)題。故障或故障攻擊的示例包括GNSS丟失，接收錯(cuò)誤的傳感器信息或攻擊車輛彼此之間與基礎(chǔ)設(shè)施之間傳輸關(guān)鍵信息的通信通道。

Basnayake：“因此，例如，在定位方面，我們必須能夠使用GNSS和其他定位信息，并提出故障保護(hù)操作方法，以實(shí)現(xiàn)我們實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的夢(mèng)想。”

行為適應(yīng)

與本地化一起，實(shí)時(shí)地圖繪制是必須開(kāi)發(fā)以促進(jìn)安全操作的基本系統(tǒng)之一。

“映射是可伸縮性問(wèn)題，” Basnayake指出。“目前，大多數(shù)自動(dòng)駕駛車隊(duì)在地理位置上受到限制，以使制圖問(wèn)題簡(jiǎn)單易行。作為一個(gè)行業(yè)，我們必須在如何實(shí)現(xiàn)完全自治的道路上做更多的工作。它可能是有限的空間，或者是某種形式的連接系統(tǒng)，或者是兩者的結(jié)合。”

這個(gè)想法不僅是要檢測(cè)其他物體的存在，而是要識(shí)別物體是什么以及它的行為方式，以及最終如何影響我們車輛自身的行車行為。

汽車行業(yè)內(nèi)正在進(jìn)行大量的研究和開(kāi)發(fā)，以在零售車輛中使用低成本感知傳感器來(lái)創(chuàng)建高清自動(dòng)駕駛汽車地圖。這種愿景要求將大量感知數(shù)據(jù)部署到云中的AI應(yīng)用程序中，并且還需要一種機(jī)制，以將該眾包地圖傳遞到目標(biāo)車輛。雖然要實(shí)現(xiàn)該愿景需要克服技術(shù)和商業(yè)挑戰(zhàn)，但世界各地的許多創(chuàng)新思維正在解決這個(gè)問(wèn)題。

例如，寶馬正與英特爾子公司以色列技術(shù)公司Mobileye聯(lián)合，在駕駛環(huán)境中提供基于攝像頭的信息，該信息依賴于人工智能和眾包技術(shù)的結(jié)合進(jìn)行實(shí)時(shí)地圖繪制。寶馬預(yù)計(jì)將在2021年之前為高速公路上的高度自動(dòng)化駕駛提供一套測(cè)繪套件。自動(dòng)駕駛技術(shù)開(kāi)發(fā)公司W(wǎng)aymo LLC希望自動(dòng)生成高質(zhì)量的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，以使車輛能夠非常快速地解釋，識(shí)別和跟蹤物體。在最近的博客文章中，Waymo還詳細(xì)說(shuō)明了其車輛使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)識(shí)別和響應(yīng)緊急車輛，或者進(jìn)行棘手的駕駛操作，例如無(wú)保護(hù)的左轉(zhuǎn)彎。

自動(dòng)駕駛汽車系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商將繼續(xù)尋找解決方案，例如最近獲得RoboSense獎(jiǎng)的RS-LiDAR-M1，這家中國(guó)公司已將其生產(chǎn)為全球首個(gè)用于自動(dòng)駕駛乘用車的基于MEMS的智能LiDAR傳感器。借助嵌入式AI算法技術(shù)和片上系統(tǒng)，RS-LiDAR-M1能夠?qū)崟r(shí)收集和解釋高清3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)并處理道路數(shù)據(jù)，同時(shí)同步高精度定位輸出，交通標(biāo)志，車道標(biāo)記，駕駛區(qū)域，路緣石以及障礙物的檢測(cè)，跟蹤和分類。

隨著系統(tǒng)的不斷發(fā)展，必須將更多重點(diǎn)放在安全自動(dòng)駕駛的核心原理上。從完整性的角度來(lái)看，開(kāi)發(fā)人員必須知道與數(shù)據(jù)相關(guān)的特征提取發(fā)生錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)的頻率。

IIT的Spenko說(shuō)：“例如，錯(cuò)誤地將環(huán)境中提取的特征（例如路燈柱）與錯(cuò)誤的地標(biāo)關(guān)聯(lián)起來(lái)。” “我們知道這會(huì)發(fā)生，有時(shí)甚至不會(huì)被發(fā)現(xiàn)。因此，我們必須評(píng)估其發(fā)生的可能性以及對(duì)車輛位置和方向的影響。糾正措施可能是從周圍環(huán)境中提取預(yù)定義的界標(biāo)，并將其映射為在出現(xiàn)諸如時(shí)鐘錯(cuò)誤之類的故障時(shí)提供冗余。”

一切車輛

利用自動(dòng)駕駛汽車的系統(tǒng)和原理，一個(gè)基本原理將是采用通用的V2X標(biāo)準(zhǔn)。Hay說(shuō)：“汽車行業(yè)處于癱瘓狀態(tài)，這在很大程度上是由于競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)準(zhǔn)和不同無(wú)線電技術(shù)在汽車之間共享數(shù)據(jù)的不兼容性所致。沒(méi)有汽車制造商會(huì)成功。我們都需要一種通用語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)V2X，作為對(duì)我們自主傳感器的補(bǔ)充。

“如果我們要與其他汽車進(jìn)行通信，則其他制造商需要采用通用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)發(fā)送和接收基本安全信息。我們?nèi)绾尾⑶覍⒖朔@種癱瘓？答案將定義我們?nèi)绾卧诰€下彼此合作（和競(jìng)爭(zhēng)）。”

車輛之間的傳統(tǒng)通信鏈路是專用短距離通信（DSRC）。正在開(kāi)發(fā)和測(cè)試的新標(biāo)準(zhǔn)是蜂窩車輛到一切（C-V2X）。這兩個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，這促使汽車制造商選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，這些競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的頻譜分配仍然不清楚。實(shí)際上，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)已在V2X部署中引入了痛苦的延遲，并使汽車行業(yè)陷于癱瘓。

DSRC是一種無(wú)線通信技術(shù)，旨在允許智能交通系統(tǒng)中的汽車與其他汽車或基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)進(jìn)行通信。DSRC技術(shù)在無(wú)線電頻譜的5.9 GHz頻帶上運(yùn)行，并且在短至中距離（無(wú)小區(qū)網(wǎng)絡(luò)）上有效。DSRC使用GNSS進(jìn)行車輛定位。基于DSRC的V2X基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已在美國(guó)，歐洲和日本部署。

C-V2X由第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）蜂窩調(diào)制解調(diào)器技術(shù)規(guī)范定義。與常見(jiàn)的誤解相反，C-V2X獨(dú)立于4G / 5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，并使用專用的5.9 GHz無(wú)線電提供車對(duì)車的側(cè)鏈（PC5）。預(yù)計(jì)2020年在中國(guó)部署C-V2X。

Hay補(bǔ)充說(shuō)：“如果有機(jī)會(huì)通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行合作來(lái)使公眾更加安全，我們應(yīng)該這樣做。” “除非競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手同意標(biāo)準(zhǔn)，否則無(wú)法取得真正的進(jìn)步。”

可能會(huì)有一些解決方案來(lái)自諸如科羅拉多州的V2X技術(shù)安全和移動(dòng)性改善項(xiàng)目等計(jì)劃，該計(jì)劃部分由“更好地利用投資促進(jìn)發(fā)展”（BUILD）聯(lián)邦撥款資助。它的重點(diǎn)是使用V2X技術(shù)創(chuàng)建商業(yè)規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)汽車環(huán)境。大約537英里的網(wǎng)絡(luò)將提供與相連車輛的實(shí)時(shí)通信，并為農(nóng)村社區(qū)安裝200多英里的新光纖線路。協(xié)助者希望網(wǎng)絡(luò)通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施到車輛（I2V）的通信直接向駕駛員發(fā)送安全和關(guān)鍵性的消息，并通過(guò)車輛到基礎(chǔ)設(shè)施將道路上的撞車或危險(xiǎn)通知科羅拉多州交通運(yùn)輸部（ V2I）通信。

自治與社區(qū)

最后一個(gè)需要關(guān)注的領(lǐng)域是自動(dòng)駕駛汽車如何適應(yīng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和自動(dòng)駕駛汽車的幾項(xiàng)探索將有助于確定成功融入社區(qū)的必要系統(tǒng)和原則。

最近的一項(xiàng)研究是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）為伊利諾伊理工學(xué)院的研究人員提供的三年資助。該項(xiàng)目名為“無(wú)處不在的機(jī)器人的城市設(shè)計(jì)和政策含義以及導(dǎo)航安全”，該項(xiàng)目著重于改造城市中現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施，以容納自動(dòng)駕駛汽車，同時(shí)解決周圍社區(qū)居民的安全，可用性，審美需求和關(guān)注點(diǎn)。

IIT的首席研究人員之一Spenko Spenko說(shuō)：“本地化對(duì)于無(wú)人駕駛汽車的成功至關(guān)重要。傳感器必須識(shí)別諸如橋欄桿或行人，灌木叢和樹(shù)木等特征，以識(shí)別機(jī)器人的位置。因此，我們必須將城市景觀與航行安全聯(lián)系起來(lái)。我們可以微調(diào)和測(cè)試我們的導(dǎo)航安全算法，架構(gòu)師可以看到他們的設(shè)計(jì)如何影響自主操作和安全性。我們正在積極尋找使用景觀作為代碼的方法，以幫助機(jī)器人更好地定位自身，特別是在受到GNSS限制的環(huán)境中。”

具體來(lái)說(shuō)，該贈(zèng)款項(xiàng)目將機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車工程師與城市規(guī)劃人員，建筑師和景觀設(shè)計(jì)師聚集在一起，以影響和設(shè)計(jì)城市空間，以適應(yīng)未來(lái)的自主環(huán)境。

另一個(gè)項(xiàng)目涉及向俄亥俄州Youngstown的Youngstown SMART2網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施企業(yè)提供1000萬(wàn)美元的BUILD聯(lián)邦贈(zèng)款。該項(xiàng)目包括專用的自動(dòng)穿梭車道和光纖管道，以促進(jìn)高速寬帶，這使道路數(shù)據(jù)收集能夠支持自動(dòng)穿梭車，以錨定主要的地方機(jī)構(gòu)。

同樣，位于佛羅里達(dá)州杰克遜維爾的城市核心河濱振興和海灣街道創(chuàng)新走廊項(xiàng)目將通過(guò)交通管制措施，自行車/人行道和由V2I通信系統(tǒng)支持的自治交通網(wǎng)絡(luò)取代哈特橋高速公路。

從景觀和導(dǎo)航安全解決方案到兼容標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)本地化和地圖繪制，最重要的是，可以確?？茖W(xué)證明位置和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的完整性，自動(dòng)駕駛汽車的道路有許多障礙需要克服。但是專家和創(chuàng)新者相信答案即將出現(xiàn)。