詳解Uber自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器系統，什么樣的配置才能避免撞人事件！

未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器硬件系統，一定會(huì )是各傳感器相互融合的。

當地時(shí)間19日凌晨，Uber一輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)在亞利桑那州撞死了一名橫穿馬路的婦女。因是第一起自動(dòng)駕駛汽車(chē)在公共道路上發(fā)生的致人身死事故，Uber一時(shí)間被推上了風(fēng)口浪尖。

然而，僅幾個(gè)小時(shí)之后，負責調查此次事故的利桑那州坦佩警察局局長(cháng)卻表示，根據事故的初步調查顯示，在此次交通事故中，Uber可能不存在過(guò)錯。

劇情的反轉，讓人有些摸不著(zhù)頭腦。

從事故現場(chǎng)視頻和Uber事故汽車(chē)的配置看，雷達和攝像頭“失職”或是原罪

為了還原事故真相，利桑那州坦佩警察局公開(kāi)了一段由事故汽車(chē)拍攝的視頻。從事故現場(chǎng)視頻看，Uber的自動(dòng)駕駛事故汽車(chē)（沃爾沃XC90）當時(shí)正超速行駛在一段光線(xiàn)環(huán)境極差，甚至可以說(shuō)完全黑暗的道路上，僅有的光線(xiàn)來(lái)自于汽車(chē)前燈。而受害者就是這樣的環(huán)境下“突然”出現在了汽車(chē)前方，加之汽車(chē)行駛速度極快，瞬間就被撞倒。顯然，無(wú)論是車(chē)上的測試人員還是自動(dòng)駕駛汽車(chē)，都沒(méi)能及時(shí)反應過(guò)來(lái)。

然而，人沒(méi)反應過(guò)來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)就應該反應不過(guò)來(lái)嗎？自動(dòng)駕駛汽車(chē)的出現，難道就僅在解放司機雙手，“駕駛技術(shù)”也只與人類(lèi)司機持平就可以了嗎？

答案顯然是否定的。

那么，到底是什么讓Uber的這輛自動(dòng)駕駛汽車(chē)“失職”的？解答這一問(wèn)題之前，我們有必要了解一下，這輛事故車(chē)到底是如何做到自動(dòng)駕駛的。

根據事故現場(chǎng)圖片看，Uber的這輛事故自動(dòng)駕駛汽車(chē)正是由其ATG（Uber先進(jìn)技術(shù)部門(mén)）研發(fā)的。依據Uber此前公開(kāi)的相關(guān)信息，該汽車(chē)應是配備了一整套的傳感器系統：

頂部激光雷達，能夠以每秒多次的速度生成汽車(chē)周?chē)?D成像；

前端無(wú)線(xiàn)電波雷達，位于汽車(chē)前后，可實(shí)現360度無(wú)死角的探測；

短焦和長(cháng)焦光學(xué)相機，對成像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

很顯然，Uber是希望能夠通過(guò)這一套傳感器系統做到實(shí)時(shí)、全范圍探測的，但事故還是發(fā)生了。

這種情況下，造成事故最大的可能就是各傳感器自身性能不足以及搭配方案不合理。甚至可以說(shuō)，正是因為頂部、前端雷達與攝像頭圖像處理協(xié)作不善，才導致了這場(chǎng)事故的發(fā)生。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)想要安全上路，需要先了解各傳感器特性及不足

對于Uber此次事故，美國國家運輸安全委員會(huì )前主席馬克·羅森克表示，這起事故或成自動(dòng)駕駛技術(shù)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)阻礙，必須設法解決其中的問(wèn)題，才能重獲公眾對自動(dòng)駕駛汽車(chē)的信任。顯然，雷達和攝像頭就是這些問(wèn)題的重中之重。

· 雷達

雷達方面，當前已在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域廣泛應用的有三種：激光雷達、超聲波雷達和毫米波雷達。

激光雷達

激光雷達，也稱(chēng)Lidar，就是激光(Laser)與雷達(Radar)的集合，通常有16線(xiàn)、32線(xiàn)和64線(xiàn)，線(xiàn)束越多，性能越強。

激光雷達，工作在紅外和可見(jiàn)光波段，其探測精度很高，探測范圍也很廣，能夠再短時(shí)間內區分障礙物除此之外，還可在光線(xiàn)條件差的環(huán)境中正常運行。

但其易被環(huán)境中“雜物”干擾，所以在雨雪等極短天氣中性能較差，無(wú)法提供全天候服務(wù)。此類(lèi)雷達成本極高，因此，一輛汽車(chē)上通常只配備一個(gè)，且位于頂部。

超聲波雷達

超聲波雷達，通過(guò)發(fā)射近距離超聲波及收集、分析反射數據的方式進(jìn)行探測。此類(lèi)雷達能量消耗較緩慢，穿透性強，在短距離測量中，具有非常大的優(yōu)勢。此外，因其測距的方法簡(jiǎn)單，所以該類(lèi)雷達成本很低。

除去自動(dòng)駕駛，超聲波雷達在汽車(chē)領(lǐng)域早有廣泛應用，如警示周邊3米以?xún)鹊恼系K物，幫助駕駛員停車(chē)等。

毫米波雷達

毫米波雷達，是工作在毫米波波段探測的雷達，可穿透霧、煙、灰塵，具有全天候(大雨天除外)、全天時(shí)的特點(diǎn)，對金屬異常敏感。而由于毫米波短波長(cháng)對應的光學(xué)區尺寸較小，其更適用于30km以下的近距離探測，但也只能做到識別出前方有一團東西，不知道具體是什么。

因為成本低，且技術(shù)相對成熟，毫米波雷達是當前自動(dòng)駕駛傳感器中應用最普遍的。

· 攝像頭

相較于雷達，攝像頭較為簡(jiǎn)單，其主要功能就是借由鏡頭采集圖像，再通過(guò)攝像頭內的感光組件電路及控制組件對圖像進(jìn)行處理并轉化為電腦能處理的數字信號，從而實(shí)現感知車(chē)輛周邊的路況情況，實(shí)現前向碰撞預警，車(chē)道偏移報警和行人檢測等功能。

當前，車(chē)載攝像頭有單目攝像頭、后視攝像頭、立體攝像頭和環(huán)視攝像頭四大類(lèi)。其中，市場(chǎng)上主要以單目攝像頭為主。

縱觀(guān)各大自動(dòng)駕駛汽車(chē)，大多選擇的是混合搭配上述設備的方案，以形成一套完整的傳感探測系統。如撞人致死的Uber自動(dòng)駕駛汽車(chē)，其頂部就配備了一個(gè)Uber自家的激光雷達，前后也配備了多個(gè)無(wú)線(xiàn)電波雷達以及短程和長(cháng)程光學(xué)相機。

雖然尚不知曉Uber自研激光雷達和使用的其他傳感器真實(shí)性能如何，但可以肯定的是，除去出傳感器自身性能有限之外，Uber自動(dòng)駕駛汽車(chē)在這種搭配方案之下，依就發(fā)生了事故，該方案就一定沒(méi)能做到360度無(wú)死角探測，才不足以保證汽車(chē)在光線(xiàn)環(huán)境較差、極端天氣等情況下正常行駛的。

那么，怎樣的搭配方案才是最合理，能最大程度上避免安全事故的發(fā)生呢？

特斯拉以攝像頭為主，百度以雷達為主，各有利弊

和Uber一樣，特斯拉也非常熱衷于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的研發(fā)與路測。2016年10月20日，馬斯克宣布將為所有的特斯拉新車(chē)搭載“具有完全自動(dòng)駕駛功能”的硬件系統——Autopilot 2.0，其大致的搭配如下：

1.車(chē)頭6個(gè)、車(chē)尾6個(gè)，共12個(gè)超聲波傳感器；

2.前擋風(fēng)玻璃下內后視鏡上端長(cháng)焦、標準、短焦共3個(gè)前視攝像頭；

3.外后視鏡前端翼子板后端兩側共2個(gè)后測視攝像頭；

4.前后門(mén)中柱靠上端兩側共2個(gè)側視攝像頭；

5.后窗上部中間1個(gè)后視攝像頭；

6.后車(chē)牌位置上一個(gè)倒車(chē)攝像頭；

7.前保險杠中部1個(gè)毫米波雷達。

很明顯的，特斯拉的硬件系統滯后于Uber，由毫米波雷達+攝像頭+超聲波傳感器組成。從這一搭配看，整體投入成本較低，不僅沒(méi)有激光雷達加持，還以攝像頭為主，全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統售價(jià)僅8000美元。

可以說(shuō)，該系統不具備在弱光線(xiàn)環(huán)境下進(jìn)行探測的性能，也無(wú)法為汽車(chē)提供遠距離探測服務(wù)?？赡苷且驗檫@樣，特斯拉自動(dòng)駕駛汽車(chē)的路測和應用才一直不是很順利。

回到國內，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，百度無(wú)人車(chē)近期可謂是風(fēng)頭正勁，更是在前幾天拿到了北京市首批自動(dòng)駕駛測試試驗用臨時(shí)號牌，并在北京亦莊正是開(kāi)啟了自動(dòng)駕駛汽車(chē)上路測試。

從這張網(wǎng)傳的百度無(wú)人車(chē)硬件配置圖看，百度的傳感器系統以雷達為主+攝像頭為輔的搭配方式，來(lái)實(shí)現自動(dòng)駕駛的，包括一個(gè)車(chē)頂的Velodyne激光雷達；多個(gè)車(chē)載雷達，分布于汽車(chē)前后端；一個(gè)攝像頭，用于偵測移動(dòng)障礙物。

這種搭配方式，實(shí)現了汽車(chē)遠距離大范圍探測。除此之外，相較于特斯拉，由于有了Velodyne激光雷達（單價(jià)約7萬(wàn)美元）的加持，讓百度自動(dòng)駕駛汽車(chē)具備了在暗光、密集環(huán)境中的行駛功能。當然，成本也相對較高。

搭配方案應因地制宜，適配應用場(chǎng)景才是重點(diǎn)

其實(shí)，上面這些也僅僅是基于普通應用場(chǎng)景對汽車(chē)自動(dòng)駕駛性能的一個(gè)基礎判斷。無(wú)論是Uber、特斯拉還是百度，在當前的路測階段，他們都還不能保證，自家自動(dòng)駕駛汽車(chē)能在任何環(huán)境中做到安全行駛。

舉個(gè)例子，在高速公路上，由于車(chē)速較快且視野較開(kāi)闊，自動(dòng)駕駛汽車(chē)就需要具備遠距離、大范圍探測的能力。而由于行駛道路的開(kāi)放性，難免會(huì )遇到雨雪、大霧等極端天氣，那么，普通的攝像頭和高成本的激光雷達就無(wú)法負荷這一需求，這種情況下，諸如百度那樣的硬件系統就不實(shí)用了。

“在高速公路的高速行駛中，因激光雷達的射距問(wèn)題，我們更依賴(lài)攝像頭。”圖森未來(lái)聯(lián)合創(chuàng )始人&CEO陳默表示。

因此，致力于打造高速場(chǎng)景下的L4級別（SAE）自動(dòng)駕駛卡車(chē)的圖森未來(lái)，其傳感器搭配方案就以遠距離、高感知的攝像頭為主。一輛卡車(chē)上，共搭載了8個(gè)攝像頭、3組毫米波雷達，適用范圍達200米。

除高速公路之外，城市街道也是未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)最大的應用場(chǎng)景之一。而在這一場(chǎng)景下，遠距離大范圍探測就無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求了。

中國的城市街道特點(diǎn)，在于人群、車(chē)輛、建筑物密集；信號燈、指示牌繁多等。想要在這樣的環(huán)境下做大安全自動(dòng)駕駛，汽車(chē)就必須具備實(shí)時(shí)精準探測、高度感知環(huán)境（環(huán)境光、障礙物具體細節及狀態(tài)等）以及高速識別分析圖像的能力。這種情況下，這有攝像頭和毫米波雷達就有些不夠用了，必須搭載高精度激光雷達，甚至不止一個(gè)。

“目前自動(dòng)駕駛汽車(chē)搭載激光雷達，大部分是為了滿(mǎn)足功能性需求。”速騰聚創(chuàng )COO邱純潮說(shuō)，“那么要保證安全，就必須強調安全冗余通過(guò)多重備份來(lái)增加系統的可靠性），Cruise就是用了5個(gè)激光雷達來(lái)解決這一問(wèn)題的。”

總結

當然，自動(dòng)駕駛汽車(chē)想要安全上路需要考慮的不僅是高速、密集環(huán)境，黑暗、強對流天氣等也是行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

就當前各大廠(chǎng)商的自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器硬件系統看，雖有一定偏向，如以攝像頭為主的特斯拉和以雷達為主的百度、Cruise等，但都選用了攝像頭+雷達綜合運用的方案。

“我們認為，未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)傳感器硬件系統，一定會(huì )是各傳感器相互融合的。”陳默說(shuō)。

自動(dòng)駕駛行業(yè)才剛剛開(kāi)始，需要一步步來(lái)，想要一步到位地解決問(wèn)題是不現實(shí)的。正如美國國家運輸安全委員會(huì )前主席馬克·羅森克所說(shuō)，我們應該對自動(dòng)駕駛寬容一點(diǎn)。但需要強調的是，安全問(wèn)題無(wú)小事，寬容也要在可允準的范圍內，以免發(fā)生悲劇。

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