翻译: 自动驾驶汽车技术：自动驾驶汽车如何工作？

Posted 2021-11-02 架构师易筋

如今，自动驾驶汽车已成为一个热门话题，理由很充分：无人驾驶汽车可能会带来自工业革命以来最大的社会革命，而且似乎每个人都在参与其中。

从有关 Apple 自动驾驶汽车的传言到 Lyft 和 Uber 等公司的无人驾驶汽车应用程序，自动驾驶汽车有望在短短几年内成为我们汽车行业的主要产品。

是什么推动了人们对自动驾驶汽车的兴趣？

无人驾驶汽车可以解决各种问题，例如交通延误和驾驶员失误造成的交通碰撞，但它并不止于此：自动驾驶汽车将为各种行业带来各种令人兴奋的新应用，例如航运、运输和紧急运输。

关于无人驾驶汽车以及它们将如何改变未来的汽车格局，还有很多需要了解的地方，这就是为什么我们整理了这篇文章，涵盖了您需要了解的有关自动驾驶汽车如何工作以及它们可以提供哪些好处的所有信息给我们。

1. 什么是自动驾驶汽车？

尽管当前的高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 提供了重要的安全功能，例如预碰撞警告、转向辅助和自动制动，但自动驾驶汽车通过完全消除对驾驶员的需求，将这些技术提升到了一个新的水平。

事实上，自治是有“层次”的，具体分为以下几个方面：

• 0级：自动化系统无法控制车辆，但可能提示驾驶员危险

• 1级：驾驶员和自动化系统共享对车辆的控制。在大多数配备 ADAS 的汽车中都可以找到这样的例子

• 2级：自动化系统能够完全控制车辆；但是，如果系统无法识别潜在危险，驾驶员必须准备好进行干预

• 3级：自动化系统完全控制车辆，乘客可以安全地将注意力从驾驶任务上转移开；然而，他们仍然必须能够干预

• 4 级：驾驶员可以安全地将所有注意力从驾驶任务上转移开，让自动化系统完全控制。此功能目前仅限于特定的“地理围栏”区域和其他相对受控的环境1

• 5 级：无需人工干预

1. 1 接受自治

虽然自动驾驶汽车在城镇周围的前景可能看起来非常可怕，但我们必须记住，我们的世界已经充满了众多自动化系统，这些系统使我们的生活更轻松、更安全、更愉快。

例如，亚马逊是美国最大、最受欢迎的在线零售商之一，目前在其运输业务中使用了超过 100,000 个机器人系统，其中许多是完全自主的。2, 3, 4

另外，我们必须记住，每当我们登上飞机时，飞行的大部分时间都掌握在飞机的自动驾驶系统手中，这样飞行员就可以专注于其他重要的活动，例如导航、系统监控、沟通。5

因此，我们必须将自动驾驶汽车视为另一个自动化系统，随着时间的推移，它将为我们提供各种好处，其中许多仍有待发现。

2. 自动驾驶汽车技术：无人驾驶汽车如何工作？

自动驾驶汽车采用了广泛的技术，如雷达、摄像头、超声波和无线电天线，以在我们的道路上安全导航。

在现代自动驾驶汽车中，这些技术相互结合使用，因为每一项都提供了一层自主权，有助于使整个系统更加可靠和稳健。

例如，特斯拉的无人驾驶汽车技术，称为“Autopilot”，使用八个摄像头提供 360 度视野，同时十二个超声波传感器和一个前置雷达用于分析车辆周围的潜在危险。6

然而，最终使自动驾驶汽车更加可靠的一个仍在开发中的关键组件是 5G 蜂窝网络的实施。

就像我们在智能手机上习惯的 4G LTE 连接一样，5G 是一种移动宽带，它允许将数据从一个设备无线传输到另一个设备，但速度要快得多。

5G有多快？

在峰值吞吐量下，5G 有望比 4G LTE 快近 1,000%，这将使高延迟和长响应时间等连接问题成为过去。

配备在自动驾驶汽车上的 5G 网络将允许从一辆车到另一辆车的无缝通信，但它并不止于此。

我们正在快速接近一个由物联网设备主导的世界，在这个世界中，无论是机动车辆还是交通灯，都将连接到某种高速网络，从而实现各种令人兴奋的新功能。

2.1 车对车 (V2V)

如前所述，快速、无延迟的高速网络的主要优势之一是自动驾驶汽车能够相互通信。

这种无缝通信将使自动驾驶汽车能够交换有关其当前位置、路线和道路上危险的信息。

例如，如果两辆汽车在一条单车道高速公路上行驶，而前面的汽车通过其车载传感器检测到危险的道路状况，则可以将该信息传递给后面的汽车，以便它可以开始制动和调整路线。

此外，通过互联车辆的整个网络，可以缓解交通拥堵，因为车辆将能够对其当前路线做出智能决策，以保持稳定的车辆流量。

2.2 车辆到基础设施 (V2I)

除了与其他车辆通信外，连接到 5G 网络的自动驾驶汽车还能够与构成我们道路和其他交通系统的不同基础设施元素进行通信。

举一个简单的例子，考虑停车：虽然自动驾驶汽车可以把你从 A 点带到 B 点，但车辆如何知道在哪里停车？

随着汽车不断来来往往，自动驾驶汽车必须能够提前规划路线以保持绝对效率；因此，有关可用停车位的信息可以通过监控停车位是否已被占用的传感器通过空中传输到自动驾驶车辆。

一旦车辆收到此信息，就可以为该特定汽车预留该空间，并且该预留可以通过云进行广播，这样多辆无人驾驶汽车就不会争夺同一个停车位。

2.3 车辆到行人 (V2P)

虽然车辆和基础设施之间的通信很重要，但更重要的是车辆能够敏锐地了解行人及其确切位置。

在美国，机动车辆每天造成大约 15 名美国人的死亡，这超出了 15 人。7

自动驾驶汽车可能无法消除所有这些事故；然而，在未来的某个时候，自动驾驶汽车很可能能够显着减少这一死亡人数。

2.4 它是如何工作的？

如果没有智能手机或某种支持互联网的设备（例如，智能手表、平板电脑、电子阅读器等），我们大多数人不会离开家，这意味着我们几乎总是以一种或另一种形式连接到互联网。

有趣的是，许多这些设备，如智能手机，都能够使用 GPS 来确定使用该设备的人的确切位置。

借助 5G 网络，这些信息可以立即传递给附近行驶的自动驾驶汽车，使其随时了解行人的行踪。

有了这种级别的连接性，无人驾驶车辆将能够通过制动和自动转向等碰撞预防措施对行人的位置做出动态反应，从而使我们的街道步行更加安全。

3. 自动驾驶汽车的好处

如前所述，自动驾驶汽车有一些明显的好处，例如减少交通死亡人数、交通碰撞和交通拥堵；然而，自动化还有其他一些不太明显的好处，其中一些如下所列：

3.1 减少基础设施支出

在美国的某些地方，比如洛杉矶，拥有一辆汽车实际上是一种必需品。然而，随着人口增长导致道路上的汽车数量增加，对基础设施升级的需求也随之增长。

在南加州的高速公路上旅行，您可能会在通勤期间的某个时候看到扩建高速公路的努力。这种类型的基础设施支出旨在增加我们高速公路、高速公路和街道的容量，以便它们一次可以容纳更多的汽车；然而，这个过程是循环的，这意味着在短短几年内，随着人口的再次增长，可能需要进行额外的升级。

然而，随着自动驾驶汽车的出现和交通拥堵的减少，在基础设施升级上花钱的需求将减少，因为“交通”将能够自我管理。

3.2 节能减排

燃料消耗是许多美国人关心的问题，特别是因为天然气价格每年都有很大差异。

此外，通勤者的驾驶方式会对他们汽车的 MPG 产生巨大影响。例如，如果您要让 100 名不同的通勤者在高速公路上为 100 名不同的通勤者提供额定值为 34 MPG 的汽车，那么在测试结束时，您可能会得到各种各样的平均 MPG。

这种可变性可能导致企业和个人的燃料支出出现代价高昂的波动；然而，对于无人驾驶汽车，燃料消耗的速度可以更容易地跟踪、测量和控制，从长远来看，这应该可以为系统运营商节省资金。

还必须指出的是，许多即将上市的无人驾驶汽车是混合动力或纯电动汽车，这也将增加燃料购买的节省。

3.3 提高生产力

随着交通拥堵成为过去，通勤者需要花更少的时间积极参与驾驶，我们将有更多时间来实现个人和职业目标。

对于我们这些仍然需要通勤上班的人来说，我们的自动驾驶汽车将使我们能够在旅行时阅读、睡觉甚至锻炼。8

此外，交通拥堵减少意味着通勤者不必因长途旅行而精疲力尽，这应该能让他们在工作中完成更多工作。

3.4 自动驾驶汽车应用

无人驾驶汽车有望撼动全球多个行业，包括航运、公共交通和应急运输等行业。

3.5 运输和交付

航运业将从无人驾驶车辆中获益良多，尤其是因为绝大多数公司仍然依靠人力将产品从一个地点运送到另一个地点。

以您在美国各州之间旅行的标准运输拖车为例：使用无人驾驶车辆，这些拖车不会因驾驶员疲劳、饥饿、自然的呼唤或其他以人为中心的问题而停下来，这应该大量减少运输时间。

3.6 公共交通工具

无人驾驶汽车有望为公共交通提供更多选择，因为几乎每个人的自动驾驶汽车都可以用于将通勤者从一个地点穿梭到另一个地点。

例如，假设你开着你的自动驾驶汽车去上班，你的汽车不是简单地停在车库里，而是开始在预定区域内穿梭其他通勤者，但要收费。

通过在我们的交通系统中实现这种程度的无人驾驶汽车集成，通勤者可以使用近乎无限的通勤选择，并且车主可以获得新的收入来源。

3.7 紧急运输

最后，无人驾驶汽车的实施将使美国人能够比以往任何时候都更快地获得紧急医疗服务。

随着我们街道上交通拥堵的减少（或消除），应急车辆将能够更快地到达目的地。此外，遇到医疗紧急情况的司机将能够自动将车辆的路线调整到最近的急诊室，而无需担心操作车辆。

司机昏迷无法手动调整怎么办？

未来，不难想象，我们的车辆将配备各种技术，能够监测每个乘员的生命体征，如果汽车感知到有医疗紧急情况，车辆可以做出决定开车前往ER 与该机构取得联系并将其信息上传给医务人员。

4. 需要克服的障碍

无人驾驶汽车带来的好处是实实在在的；然而，本文中到目前为止提到的所有内容仍在进行中。

首先，当前的 ADAS 技术还有很长的路要走。例如，虽然许多配备 ADAS 的汽车可以清楚地识别并适应前方的汽车，但这些系统仍然难以在高速下进行调整。

此外，如果发生事故并且高速公路上到处都是危险的碎片，车辆上的前置传感器可能无法看到散落在道路上的每一块金属、玻璃纤维或其他任何东西，这可能会导致在您的车辆中爆胎并失去控制。

5G 网络的实施也存在多个问题。虽然 5G 最终会进入市场，但它的普及程度仍然是一个很大的未知数。

要创建 5G 网络，必须在多个位置实施新的小型基站，以便网络可以“密集化”并以一致的吞吐量运行。

这意味着移动运营商将不得不重新审视他们当前的屋顶租赁协议，以了解可以升级的地方，或者与业主签订新的租赁协议，以便开发新的蜂窝基站。

参考

https://www.landmarkdividend.com/self-driving-car/