原文標(biāo)題:淺談高階智能駕駛:領(lǐng)航輔助的技術(shù)與發(fā)展
2019年在國內(nèi)首次試駕特斯拉NOA領(lǐng)航輔助駕駛的時(shí)候,當(dāng)時(shí)興奮的覺得未來已來;2020年在試駕蔚來NOP領(lǐng)航輔助駕駛的時(shí)候,頓時(shí)不敢小看國內(nèi)新勢力了;現(xiàn)在如果哪家電動車不提供領(lǐng)航輔助功能都不好意思提自己是智能電動車,哪家技術(shù)供應(yīng)商和從業(yè)人員不搭上這項(xiàng)配置都不好意思說自己是做智能駕駛的。另外不少智駕科技公司也希望搭上領(lǐng)航輔助這個(gè)快車走向資本的圣殿。
那么領(lǐng)航輔助為什么在技術(shù)、人才資本角度都那么火?領(lǐng)航輔助到底是什么功能?他需要什么樣的軟硬件?它的未來發(fā)展會是什么樣的?
本文將試著從技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的角度去看“領(lǐng)航輔助”,希望能給大家一些信息和啟發(fā),本文內(nèi)容將分以下四個(gè)部分:
Why - 為什么領(lǐng)航輔助熱門?
What -什么是領(lǐng)航輔助?
How - 領(lǐng)航輔助需要什么樣的硬件和軟件?
Where - 領(lǐng)航輔助的發(fā)展與展望?
領(lǐng)航輔助-智能駕駛的前哨
領(lǐng)航輔助,這個(gè)中文名字一般人很少人聽到,但是特斯拉的NOA,蔚來汽車的NOP、小鵬的NGP、長城毫末的NOH、以及極狐的NCA、廣汽埃安的NDA,大家都被各家宣傳的耳熟能詳了。如果不是去仔細(xì)研究領(lǐng)航輔助,這些名字大家肯定都分不清楚。不知大家有沒有發(fā)現(xiàn)?他們的首字母都是N,N都代表Navigation 也就是導(dǎo)航領(lǐng)航的意思,所以這些車企宣傳的這些字母功能統(tǒng)稱為領(lǐng)航輔助,也有人叫導(dǎo)航輔助。
它是當(dāng)前智能駕駛配置功能的熱門前哨。大家可以看到:各家汽車媒體都去測評這項(xiàng)功能的體驗(yàn)和性能,用來評判各家汽車產(chǎn)品的智能駕駛的技術(shù)。同時(shí)領(lǐng)航輔助也是當(dāng)前消費(fèi)者對于智能駕駛科技感最直觀的一項(xiàng)配置,汽車實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)做過一個(gè)消費(fèi)者對于高速領(lǐng)航輔助的問卷調(diào)查,調(diào)查顯示42.24%的受訪者表示高速領(lǐng)航輔助是標(biāo)配,剛需;16.38%表示雖然不了解但是想試一試。
所以從技術(shù)科技感,體驗(yàn)感來看,領(lǐng)航輔助功能確實(shí)是最能體現(xiàn)智能駕駛綜合技術(shù)能力的一個(gè)指標(biāo),同時(shí)對客戶感知體驗(yàn)來講,也確實(shí)是客戶生活場景需要和受益的一項(xiàng)功能。當(dāng)然最重要的是領(lǐng)航輔助也是通往高階智能駕駛的雛形。假以時(shí)日,主機(jī)廠在通過當(dāng)前功能應(yīng)用迭代有信心,政策法規(guī)到位的時(shí)候可以直接跨入到L4,所以當(dāng)前智能駕駛吸引了眾多技術(shù)人才和資本。
根據(jù)中金的預(yù)測2021-2025年期間,國內(nèi)高速領(lǐng)航輔助前裝市場規(guī)模有望從49.5億元,提升至474.2億元,期間CAGR達(dá)75.9%,城市領(lǐng)航輔助迅猛發(fā)展。另外艾瑞的預(yù)測,他把其他高速智能輔助也算上,其實(shí)其他功能的合集就可以組成高速領(lǐng)航服務(wù),他的2025年預(yù)測規(guī)模和中金預(yù)測差不多,所以多方預(yù)測看好其市場規(guī)模巨大。
另一方面,中國智駕技術(shù)供應(yīng)鏈基本上已經(jīng)非常完備。在領(lǐng)航輔助駕駛中高精地圖如高德,百度,四維圖新,華為都是國內(nèi)品牌,目前基于AI芯片的智駕域控制器和軟件算法的國內(nèi)供應(yīng)商多達(dá)20家,競爭非常激烈,嗷嗷準(zhǔn)備尋找上車機(jī)會。所以領(lǐng)航輔助,天時(shí)地利人和成了中國智能駕駛的競爭前哨。
領(lǐng)航輔助是什么意思
講了那么多領(lǐng)航輔助的重要性,那么到底領(lǐng)航輔助是項(xiàng)什么功能呢?字面理解“領(lǐng)航”就是需要帶路,一般的車輛都配普通的GPS地圖用來導(dǎo)航,帶有這類功能的車輛一般都配備了高精地圖,也就是由高精地圖領(lǐng)航輔助駕駛,這也就是它為什么叫領(lǐng)航了,此項(xiàng)功能是特斯拉率先發(fā)起的,另外特斯拉不用高精地圖而是用ADAS地圖(比普通GPS地圖信息更多例如包涵車道,彎曲率等高級屬性)來實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能的,國內(nèi)廠商都是配備高精地圖進(jìn)行領(lǐng)航輔助,另外目前此項(xiàng)功能從技術(shù)角度來看還是屬于L2, 所以依然是輔助駕駛功能,所以就叫領(lǐng)航輔助。
領(lǐng)航輔助的概念于2018年特斯拉首先創(chuàng)新上市,國內(nèi)蔚來2020年率先跟進(jìn),小鵬,理想,智己,廣汽埃安,哪吒等等一眾跟進(jìn),目前各家傳統(tǒng)品牌都在研發(fā)整合之中。領(lǐng)航輔助的功能總結(jié)是:乘客導(dǎo)航開啟功能開始后,一般在高精地圖或者ADAS地圖覆蓋區(qū)域,它可以讓車輛在車道保持居中行駛,根據(jù)導(dǎo)航設(shè)定線路,實(shí)際道路限速,車流狀況調(diào)節(jié)車輛速度,甚至變道輔助駕駛到達(dá)目的地。
根據(jù)它的使用場景可以分為:1.0 環(huán)路和高速封閉道路的領(lǐng)航輔助,當(dāng)前各家推出的領(lǐng)航輔助主要就是這個(gè),他可以實(shí)現(xiàn)在半封閉道路無紅綠燈的高架或者高速領(lǐng)航輔助駕駛,進(jìn)出匝道,多條環(huán)路或者高速道路之間切換,當(dāng)然目前各家進(jìn)出匝道或者道路之間切換性能稍有差異。
2.0 城市道路的領(lǐng)航輔助,目前以小鵬,極狐,長城為先鋒的企業(yè)計(jì)劃今年下半年將領(lǐng)航輔助推進(jìn)到城市道路,蔚來以及理想等都在2023年左右計(jì)劃推出。
城市領(lǐng)航輔助比高速以及環(huán)路,情況復(fù)雜很多,首先是交通環(huán)境復(fù)雜,有乘用車,小車,貨車也有自行車,電瓶車,還有各種井蓋路面破碎,甚至還有掉落物體等等,有大有小,有靜止有運(yùn)動的,這些都給車輛視覺感知系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn),當(dāng)然還有紅綠燈,紅綠燈的不同的位置,不同光線下紅綠燈的表現(xiàn)等都是挑戰(zhàn)。
其次是,道路種類繁多,有多種實(shí)線虛線,也有各種不帶線的交匯口,還有一分二,甚至一分三的路口,還有不少環(huán)島,這些都給結(jié)合其他道路車輛情況下的路徑規(guī)劃增加了難度。最后,頻繁的加速減速給車輛的運(yùn)動安全以及舒適控制帶來挑戰(zhàn)。而且當(dāng)前城市領(lǐng)航的體驗(yàn)度還嚴(yán)重依賴城市高精地圖,城市高精地圖的覆蓋率目前不高,即使是同一城市內(nèi),比如由于政治安全考慮,北京五環(huán)內(nèi),上海內(nèi)環(huán)都沒有高精地圖,所以我個(gè)人覺得今年體驗(yàn)不會太好,如果消費(fèi)者沒有嚴(yán)格監(jiān)控車輛,這個(gè)出現(xiàn)的事故會很多。
當(dāng)然城市領(lǐng)航輔助如果企業(yè)要偷懶那么可以簡單做,就是以前德企發(fā)明的TJA,跟著車流跑,不變道,城市領(lǐng)航跟著高精地圖跑就行了,所以城市領(lǐng)航功能噓頭容易喊,但是真正體驗(yàn)可能會千差萬別,真正考驗(yàn)各家功夫的時(shí)候了,我們下半年拭目以待。
領(lǐng)航輔助需要什么樣的硬件和軟件
領(lǐng)航輔助需要什么樣的軟件和硬件呢?其實(shí)我之前文章《智能汽車要用多少個(gè)攝像頭?分別干啥?什么原理?》介紹的L2++硬件都可以實(shí)現(xiàn)領(lǐng)航輔助駕駛這個(gè)功能。
但是領(lǐng)航輔助根據(jù)其使用場景發(fā)展步驟不同,其基本的硬件和軟件可以不同。我將領(lǐng)航輔助分的三個(gè)階段來講:
- 領(lǐng)航輔助1.0 - 環(huán)路以及高速半封閉場景。
- 領(lǐng)航輔助2.0 - 城市復(fù)雜道路 。
- 領(lǐng)航輔助3.0 點(diǎn)對點(diǎn)領(lǐng)航場景。
領(lǐng)航輔助1.0的硬件基本感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以簡單使用5R1V - 5個(gè)毫米波雷達(dá),其中1個(gè)長距雷達(dá)用于探測前方實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動,加減速探測,4個(gè)短距雷達(dá)用于橫行運(yùn)動,變道探測橫行車輛障礙物等;最少一個(gè)前視攝像頭用來感知道路線以及識別道路上物體等;一個(gè)高精地圖模塊;一套高精定位包括GNSS 以及IMU;當(dāng)然必不可少的處理器用來處理圖像AI以及雷達(dá)感知。
以上領(lǐng)航輔助1.0的硬件基本結(jié)構(gòu),有毫米波雷達(dá)的環(huán)繞探測可以在封閉道路實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動,配合高精地圖的領(lǐng)航,前視攝像頭和感知定位可以實(shí)現(xiàn)在車道內(nèi)行駛,同時(shí)攝像頭也負(fù)責(zé)物體識別,攝像頭200w像素就可以。對于芯片算力,拋開特斯拉的特殊情況,其他國內(nèi)品牌由于采用高精地圖,所以他們其實(shí)對于AI處理器的TOPs要求不高,畢竟前視覺攝像頭的處理基本上為車道線識別和簡單的物體識別,所以可以看到TOPs 10 以內(nèi)都足夠。典型1.0的代表為蔚來最初上領(lǐng)航輔助的ES8,理想one以及魏派摩卡。但是伴隨著城市領(lǐng)航輔助的開始,以及記憶泊車等的融入,以上硬件結(jié)構(gòu)就顯得不夠用了,所以領(lǐng)航輔助2.0的硬件迅速拓展升級,同時(shí)這個(gè)時(shí)候各個(gè)主機(jī)廠更愿意讓硬件先行后期功能通過OTA方式進(jìn)行釋放。
所以到領(lǐng)航輔助2.0,高精地圖和高精定位IMU依然是標(biāo)配,但這個(gè)時(shí)候攝像頭更加重要了,如我之前文章《視覺為王-小鵬以及特斯拉的自動駕駛方案》講到攝像頭呈現(xiàn)360圍繞的感知布局來對環(huán)境的感知。另外一點(diǎn)是激光雷達(dá)開始上車,他的作用我在文章《智能駕駛要用多少個(gè)激光雷達(dá)?分別放在哪里?什么作用?》中分享了不少,應(yīng)對靜態(tài)物體,光線干擾等非常有效。所以隨著傳感器數(shù)量的增加特別是攝像頭數(shù)量以及像素的增加例如800萬像素,那么對于智駕系統(tǒng)的處理器TOPS越來越高,基本都是幾百TOPS,高的超過1000TOPS。
總結(jié)領(lǐng)航輔助2.0硬件,主要是增加覆蓋360度視覺感知,高像素800w攝像頭,以及激光雷達(dá),和超過幾百TOPS的處理單元。
另外2.0時(shí)代的硬件開始集成行車和泊車功能,也就是大家常常聽到的行泊一體。當(dāng)然這些高達(dá)1000多TOPS的處理器應(yīng)對當(dāng)前的功能應(yīng)該是有余,但各家都在走軟件定義汽車的方向,預(yù)埋超前的硬件以讓未來有更多通過OTA拓展功能的空間。典型代表就是蔚來ET7,理想L9《理想L9的智能座艙,駕駛技術(shù)以及供應(yīng)鏈》,極狐花為版,小鵬G9等。
至于軟件算法方面,硬件1.0時(shí)代主要是強(qiáng)依賴高精地圖的方式,所有算法都簡單圍繞前視攝像頭進(jìn)行車道識別,物體識別,而此類算法已經(jīng)相對成熟而且都有一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)喂養(yǎng),基本上不需要應(yīng)用方進(jìn)行過多的訓(xùn)練,然后以雷達(dá)為冗余的方案實(shí)施環(huán)路和高速等封閉道路的領(lǐng)航輔助。
但是到了2.0硬件時(shí)代,其實(shí)也可以用1.0的攝像頭算法和高精地圖加上激光雷達(dá)和雷達(dá)的冗余算法方案,但是肯定不會那么智能,他是被動響應(yīng)的,例如遇到車與車或者其他交通使用者的negotiation交互的時(shí)候。這個(gè)時(shí)候視覺攝像頭的360度環(huán)繞下的BEV(鳥瞰圖)算法就給了智能駕駛太多想象空間了,在典型的自動駕駛算法堆棧中,行為預(yù)測和規(guī)劃通常在這種自上而下的視圖(或鳥瞰圖,BEV)中完成,自動駕駛汽車所需的大部分信息可以是方便地用 BEV 表示,這樣就可以根據(jù)實(shí)時(shí)交通情況預(yù)測和規(guī)劃路徑,此類算法在國內(nèi)應(yīng)用還在摸索中,算法訓(xùn)練還需巨大數(shù)據(jù)。
特斯拉的NOA就是采用BEV算法方案和ADAS地圖而非昂貴的高精地圖,所以這個(gè)算法如果成熟了的話,當(dāng)前800萬像素以及配合激光雷達(dá)的硬件可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)無高精地圖下的領(lǐng)航輔助,這也就是今年大灣區(qū)車展上華為余承東說“有車路協(xié)同、高精地圖協(xié)同更好,沒有我們也能做好。未來不能過分依賴于高精地圖、車路協(xié)同,(否則)自動駕駛和智能駕駛的能力就上不去。”背后的含義。
至于領(lǐng)航輔助3.0呢,其實(shí)2.0時(shí)代的不少新勢力已經(jīng)都把硬件配置堆上去了,只等軟件迭代成熟發(fā)布。
領(lǐng)航輔助的技術(shù)與發(fā)展
領(lǐng)航輔助在國內(nèi)發(fā)展迅猛,領(lǐng)航輔助開始于2018-2020年,首先為半封閉場景相對簡單的環(huán)路,高速;接下來是2022年城市領(lǐng)航輔助開啟元年,基本上未來兩三年的時(shí)間會有大量產(chǎn)品跟進(jìn);再接下來的發(fā)展會是點(diǎn)對點(diǎn)領(lǐng)航輔助,其實(shí)現(xiàn)在的“行泊一體”硬件概念就是這項(xiàng)功能的萌芽,預(yù)計(jì)兩年左右也就是2024年左右會落地點(diǎn)對點(diǎn)領(lǐng)航輔助。
當(dāng)前再售車輛的高速領(lǐng)航輔助的瓶頸,主要有,非常強(qiáng)依賴高精地圖,由于維修或者改道的環(huán)路以及高速道路縮小,領(lǐng)航輔助車輛會視而不見以高精地圖為準(zhǔn),這很容易引發(fā)事故。
而城市領(lǐng)航功能,目前僅僅小鵬和極狐華為非常少量的工程測試版視頻放出,但可以肯定的是,依然會非常強(qiáng)依賴高精地圖,那么根據(jù)城區(qū)高精地圖覆蓋情況,剛開始體驗(yàn)不會太好,另外城區(qū)道路的無保護(hù)左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn)甚至各類轉(zhuǎn)盤,三岔口都會是難題,目前只能等各家出來拭目以待,但可以肯定是軟件的迭代可以給這些問題帶來不斷的優(yōu)化。點(diǎn)到點(diǎn)的領(lǐng)航輔助會是這項(xiàng)領(lǐng)航功能的終點(diǎn),它是泊出車位,城市領(lǐng)航,高速領(lǐng)航,泊入車位的功能集合。所以這也是為什么當(dāng)前大家都很熱門的提“行泊一體”。因?yàn)檎切枰熊嚥窜囘@些功能都有,才能走向點(diǎn)到點(diǎn)的領(lǐng)航輔助。要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)領(lǐng)航輔助目前主要依賴以下技術(shù)點(diǎn):
- 行車:城市,環(huán)路,高速高精地圖覆蓋情況,感知分類識別算法,BEV算法
- 泊車:停車場高精地圖覆蓋情況,SLAM即時(shí)定位和構(gòu)圖
難點(diǎn),行車有無高精地圖,如果沒有高精地圖情況下BEV算法是否能夠穩(wěn)健覆蓋。泊車的時(shí)候停車場是否有高精地圖,沒有高精地圖的情況下,室內(nèi)SLAM泊車是否能夠覆蓋,如果是室外停車場,室外SLAM是否有效。當(dāng)前小鵬量產(chǎn)的記憶泊車主要是基于室內(nèi)SLAM構(gòu)建,室外SLAM由于場地寬闊特征遠(yuǎn),陽光差異大都是當(dāng)前算法難點(diǎn),目前廣汽傳祺表示其最新的影酷實(shí)現(xiàn)了(由于缺少視頻和實(shí)際體驗(yàn),真實(shí)性不得而知,有資料或者知道的可以留言分享),另外基于激光雷達(dá)上車的車型或許給室外SLAM增加了更多可能和穩(wěn)健性。當(dāng)然對于泊車方面也是比較大的課題,例如停車場地圖眾包,生態(tài)管理都可能不是技術(shù)是一個(gè)生態(tài)構(gòu)建問題,有機(jī)會再寫。最終其實(shí)如果點(diǎn)對點(diǎn)領(lǐng)航輔助打通,未來隨著各家對技術(shù)和算法的不斷成熟迭代的信心,加上政策法規(guī)的配套,L4還會遠(yuǎn)么?
參考文章以及圖片
- A Sim2Real Deep Learning Approach for the Transformation of Images from Multiple Vehicle-Mounted Cameras to a Semantically Segmented Image in Bird’s Eye View* - Lennart Reiher1 and Bastian Lampe1 , Lutz Eckstein2Attention Is All You Need - google (特斯拉等一眾宣傳transformer技術(shù)的源頭)Monocular BEV Perception with Transformers in Autonomous Driving - Liu Patrick Langechuan Liu(Langechuan Liu小鵬汽車自動駕駛算法類總監(jiān))AI+汽車:AI賦能自動駕駛發(fā)展,領(lǐng)航輔助功能加速滲透 - 中金(此報(bào)告中金引用vehicle不少信息但出處寫的是轉(zhuǎn)載我文章的出處)2021中國智能駕駛行業(yè)研究報(bào)告 - 艾瑞咨詢角逐升級:中國速度引領(lǐng)自動駕駛 嶄新未來 - 畢馬威智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精地圖 白皮書 - 中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟巨頭林立,盤點(diǎn)全球15家高精地圖耕耘者-導(dǎo)航圈