汽車(chē)行業(yè)正經(jīng)歷史上最具變革性的歷程。在15年前，自動(dòng)駕駛汽車(chē)只是一個(gè)幻想，電動(dòng)汽車(chē)并不被人們所看好，汽車(chē)安全技術(shù)聚焦事故后的保護(hù)措施，而非主動(dòng)預(yù)防碰撞。如今，自動(dòng)駕駛出行服務(wù)在美國(guó)和中國(guó)的一些主要城市已面向公眾試運(yùn)營(yíng)，電動(dòng)汽車(chē)在全球范圍內(nèi)也成為了許多人的主流選擇，同時(shí)未來(lái)的汽車(chē)安全將是預(yù)防性的。本文探討了引領(lǐng)未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的三個(gè)關(guān)鍵：傳感器、軟件和安全。

第一大要素：傳感器

雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)構(gòu)成了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的三大核心傳感器。這三者都隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展而不斷進(jìn)步——激光雷達(dá)的價(jià)格正降到整車(chē)廠可接受的水平，雷達(dá)的性能和實(shí)用性在不斷提升，高分辨率攝像頭技術(shù)也被用于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中。

也許雷達(dá)是這三個(gè)傳感器類(lèi)別中最有趣的一個(gè)。雷達(dá)自本世紀(jì)初引入汽車(chē)以來(lái)，已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。最初，車(chē)載雷達(dá)只能探測(cè)前方車(chē)輛的距離，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在它能在任何天氣狀況下工作——無(wú)論是雪、雨、霧還是沙塵暴，車(chē)載雷達(dá)都不在話下。然而，對(duì)于完全自動(dòng)駕駛汽車(chē)而言，雷達(dá)的分辨率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

近年來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步和自動(dòng)駕駛行業(yè)的新興需求，在不斷推動(dòng)車(chē)載雷達(dá)的分辨率的提升。雷達(dá)發(fā)射器和接收器通道(Tx × Rx)也經(jīng)歷了從1×2到3×4的增長(zhǎng)，隨后發(fā)展到Tier 1(一級(jí)供應(yīng)商)的12×16陣列和初創(chuàng)公司的48×48陣列。這些具有多個(gè)發(fā)射和接收通道的大型天線陣列提高了現(xiàn)代雷達(dá)的分辨率。

發(fā)射和接收通道正如相機(jī)上的像素：僅增加像素并不一定能制造出成像效果更好的相機(jī)。早在2013年，諾基亞Lumia 1020就配備了4,100萬(wàn)像素的攝像頭，而2022年發(fā)布的iPhone 14仍在使用1,200萬(wàn)像素的傳感器。這主要是因?yàn)槭謾C(jī)相機(jī)的成像效果不僅取決于像素?cái)?shù)量，還取決于靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍和后期處理軟件等因素。

同樣地，雷達(dá)性能也不只由發(fā)射器和接收器來(lái)衡量。目前，雷達(dá)性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是動(dòng)態(tài)范圍，即雷達(dá)同時(shí)檢測(cè)高反射率物體和低反射率物體的能力。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)小孩站在一輛汽車(chē)旁邊時(shí)，汽車(chē)的反射強(qiáng)度遠(yuǎn)高于小孩，雷達(dá)檢測(cè)小孩的難度就如同在陽(yáng)光直射下捕捉一粒米的影像。孩子的反射信號(hào)很可能會(huì)在雷達(dá)接收到的噪聲中消失不見(jiàn)。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和雷達(dá)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，雷達(dá)的動(dòng)態(tài)范圍得到了顯著擴(kuò)展。在CES 2024上，Mobileye公司展出了一款先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，它能夠在240米的距離內(nèi)，成功探測(cè)到靠近金屬欄桿的木質(zhì)托盤(pán)。

數(shù)據(jù)處理是提升雷達(dá)性能的另一關(guān)鍵領(lǐng)域。目前，行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用“4D成像雷達(dá)”這一術(shù)語(yǔ)，它涵蓋了方位角(水平角度)、俯仰角(垂直角度)、距離和相對(duì)速度這四個(gè)維度。除此之外，雷達(dá)的性能還能通過(guò)另一個(gè)維度得到增強(qiáng)：反射強(qiáng)度。通過(guò)分析反射信號(hào)的強(qiáng)度，雷達(dá)能夠區(qū)分金屬物體(具有高反射率)和有機(jī)物質(zhì)(具有低反射率)。這種區(qū)分能力使雷達(dá)成為一種更為全面的傳感器，它不僅能在各種天氣條件下低成本運(yùn)行，還能提供精確的距離和速度測(cè)量，并最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確分類(lèi)。

目前，研究人員正在積極探索強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將被集成到雷達(dá)系統(tǒng)中，或者應(yīng)用于汽車(chē)的中央自動(dòng)駕駛和傳感器融合計(jì)算平臺(tái)，進(jìn)一步提升雷達(dá)的效用和智能車(chē)輛的安全性能。

過(guò)去，雷達(dá)系統(tǒng)通常在本地處理其收集的數(shù)據(jù)。對(duì)于自動(dòng)緊急制動(dòng)這類(lèi)功能來(lái)說(shuō)，這種處理方式是合理的，因?yàn)槔走_(dá)僅需識(shí)別前方是否有靜止物體，并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)以激活制動(dòng)系統(tǒng)。

然而，車(chē)載雷達(dá)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是巨大的。為了充分利用這些數(shù)據(jù)，一些初創(chuàng)公司，如Zendar和Zadar Labs，正尋求在更強(qiáng)大的中央計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這些中央計(jì)算機(jī)不僅能夠處理雷達(dá)數(shù)據(jù)，還能同時(shí)接收和分析來(lái)自多個(gè)攝像頭的高分辨率視頻流、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)等，從而實(shí)現(xiàn)更全面的車(chē)輛環(huán)境感知。

為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)處理需求，行業(yè)正采用更先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)和更強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)。英偉達(dá)計(jì)劃在2025年推出的智能汽車(chē)芯片Thor，便是這一發(fā)展趨勢(shì)的杰出代表。Thor芯片基于臺(tái)積電的4納米工藝，具備高達(dá)2,000TOPS的處理能力，其性能可與高端游戲PC中的處理器相媲美，遠(yuǎn)超當(dāng)前大多數(shù)汽車(chē)所使用的芯片。

隨著ChatGPT等人工智能技術(shù)的興起，以及軟件定義汽車(chē)(SDV)概念的普及，現(xiàn)代高端電動(dòng)汽車(chē)正逐漸演變成為高度智能化的計(jì)算平臺(tái)。這些車(chē)輛將不僅僅是傳統(tǒng)的交通工具，它們將集成更多類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的功能，與20年前的普通汽車(chē)形成鮮明對(duì)比。

第二大要素：軟件

馬力的普及化正在改變汽車(chē)市場(chǎng)。相較于內(nèi)燃機(jī)(ICE)車(chē)輛，將電動(dòng)汽車(chē)(EV)的電動(dòng)機(jī)功率提升至兩到三倍，成本要低得多。曾經(jīng)只有超級(jí)跑車(chē)才能達(dá)到的性能水平，現(xiàn)在可以在不到5萬(wàn)美元的電動(dòng)汽車(chē)中實(shí)現(xiàn)。此外，電動(dòng)汽車(chē)缺少內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的一些獨(dú)特特性，例如渦輪遲滯和獨(dú)特的排氣聲音，大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)甚至只配備一個(gè)檔位。簡(jiǎn)言之，未來(lái)汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)將不再僅僅基于性能，而是越來(lái)越多地依賴于軟件技術(shù)。

軟件定義的車(chē)輛、連通性和自動(dòng)駕駛技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)極致的安全提供了新的可能性。盡管最先進(jìn)的傳感器在功能上具有顯著優(yōu)勢(shì)，它們?nèi)匀淮嬖诰窒扌裕热鐭o(wú)法探測(cè)到視線之外的物體，例如拐角或建筑物后面的情況。無(wú)論汽車(chē)裝備了多少雷達(dá)、激光雷達(dá)(LiDAR)或攝像頭，它們都無(wú)法預(yù)見(jiàn)鄰近街道上可能違反交通信號(hào)燈的超速車(chē)輛。然而，聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛技術(shù)能夠克服這一挑戰(zhàn)。

互聯(lián)性和先進(jìn)的軟件為實(shí)現(xiàn)集體感知鋪平了道路，使得汽車(chē)與交通基礎(chǔ)設(shè)施能夠共享對(duì)周?chē)h(huán)境的洞察。這種共享機(jī)制賦予了聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)一種超越傳統(tǒng)傳感器局限的能力，它們能夠?qū)崟r(shí)獲取并響應(yīng)周?chē)缆飞纤行腥恕ⅡT行者和其他車(chē)輛的位置與動(dòng)向，即便是那些不在直接視線之內(nèi)的。通過(guò)將這種集體感知能力與負(fù)責(zé)任的自動(dòng)駕駛技術(shù)相結(jié)合，我們可以設(shè)想一個(gè)場(chǎng)景：全國(guó)范圍的汽車(chē)都裝備了這種系統(tǒng)，它們能夠極大地減少甚至消除交通事故。

當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這一愿景還有很長(zhǎng)的路要走。目前，自動(dòng)駕駛技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段，而集體感知技術(shù)主要還停留在學(xué)術(shù)研究層面。盡管如此，自動(dòng)駕駛汽車(chē)已經(jīng)展現(xiàn)出其潛在的安全優(yōu)勢(shì)。

得益于車(chē)輛互聯(lián)性的增強(qiáng)、車(chē)載硬件性能的提升，以及全球消費(fèi)者對(duì)訂閱服務(wù)模式日益增長(zhǎng)的偏好，預(yù)計(jì)在2023年至2034年期間，軟件定義車(chē)輛市場(chǎng)的規(guī)模將實(shí)現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。根據(jù)IDTechEx的數(shù)據(jù)，市場(chǎng)規(guī)模將從270億美元增長(zhǎng)至7,000億美元，反映出這一時(shí)期內(nèi)34%的復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)。

第三大要素：安全

在2023年10月，加利福尼亞州機(jī)動(dòng)車(chē)輛管理局(DMV)撤銷(xiāo)了Cruise公司的無(wú)人駕駛測(cè)試許可證，禁止其在該州公共道路上繼續(xù)運(yùn)營(yíng)無(wú)人駕駛出租車(chē)項(xiàng)目和測(cè)試車(chē)輛。官方聲明的原因是Cruise對(duì)技術(shù)的安全性進(jìn)行了“誤導(dǎo)性”的描述。這一事件以及其他類(lèi)似事件表明，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全聲明持續(xù)受到公眾和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查。

這些事件強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)駕駛汽車(chē)行業(yè)在安全和透明度方面的責(zé)任。公眾監(jiān)督的目的是為了推動(dòng)技術(shù)的改進(jìn)和提升，確保自動(dòng)駕駛汽車(chē)在推向市場(chǎng)前能夠達(dá)到預(yù)期的安全標(biāo)準(zhǔn)。這種監(jiān)督并不是為了否定自動(dòng)駕駛汽車(chē)或質(zhì)疑其潛在的安全性，而是為了促進(jìn)其健康發(fā)展，通過(guò)持續(xù)的評(píng)估和反饋來(lái)優(yōu)化技術(shù)。

與涉及人類(lèi)駕駛員的交通事故不同，自動(dòng)駕駛汽車(chē)可以從單一碰撞事故中收集數(shù)據(jù)，并通過(guò)空中下載軟件更新(OTA)迅速將所學(xué)應(yīng)用到整個(gè)車(chē)隊(duì)的改進(jìn)之中。這意味著，一旦發(fā)生碰撞，所獲得的數(shù)據(jù)可以用來(lái)更新所有車(chē)輛的系統(tǒng)，以避免類(lèi)似事件再次發(fā)生。這種能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類(lèi)駕駛員的范疇，因?yàn)槿祟?lèi)駕駛員無(wú)法將個(gè)人經(jīng)驗(yàn)直接傳遞給其他駕駛員或車(chē)輛。

從各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性正在不斷提升。加利福尼亞州的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為這一趨勢(shì)提供了有力證據(jù)。回顧2015年，即該州首次記錄自動(dòng)駕駛汽車(chē)數(shù)據(jù)時(shí)，這些車(chē)輛在沒(méi)有安全駕駛員干預(yù)的情況下幾乎無(wú)法行駛1,000英里。然而，到了2023年，Cruise公司報(bào)告稱(chēng)，其自動(dòng)駕駛汽車(chē)在沒(méi)有干預(yù)的情況下行駛了57.6萬(wàn)英里，且未發(fā)生任何事故。相比之下，IDTechEx的估計(jì)顯示，美國(guó)人類(lèi)駕駛員大約每行駛5萬(wàn)英里就會(huì)遭遇一次碰撞事故，在像舊金山這樣的城市環(huán)境中，這一頻率可能更高。

這些數(shù)據(jù)表明，在某些情況下，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性可能已經(jīng)超越了人類(lèi)駕駛員。盡管如此，自動(dòng)駕駛技術(shù)仍在不斷發(fā)展之中，行業(yè)仍在努力提高其性能，以確保在更廣泛的條件下實(shí)現(xiàn)安全可靠的行駛。

另一方面，對(duì)無(wú)人駕駛自動(dòng)駕駛汽車(chē)的數(shù)據(jù)分析顯示，Waymo的無(wú)人駕駛汽車(chē)平均每行駛5.2萬(wàn)英里就會(huì)發(fā)生一次碰撞事故，而Cruise的表現(xiàn)略好，每行駛6.3萬(wàn)英里才會(huì)發(fā)生碰撞。這表明它們的碰撞率大約是舊金山地區(qū)普通駕駛員的兩倍。然而，這一數(shù)據(jù)并不完整。在涉及Cruise無(wú)人駕駛汽車(chē)的33起碰撞事故中，只有6起可以歸因于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)本身，這意味著系統(tǒng)平均每行駛34.4萬(wàn)英里才會(huì)引發(fā)一次事故。對(duì)于Waymo而言，其自動(dòng)駕駛系統(tǒng)大約涉及5起碰撞事故，相當(dāng)于每23.8萬(wàn)英里發(fā)生一次。根據(jù)這些更細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，自動(dòng)駕駛汽車(chē)在某些情況下的安全性再次顯示出可能超越了普通人類(lèi)駕駛員。

另一個(gè)衡量自動(dòng)駕駛汽車(chē)安全性的重要指標(biāo)是它們?cè)谥旅蛧?yán)重傷害事故中的發(fā)生率，這一比率通常低于人類(lèi)駕駛員的相應(yīng)比率。

然而，討論自動(dòng)駕駛汽車(chē)安全性時(shí)，存在一個(gè)框架性問(wèn)題，即如何定義“平均水平”的人類(lèi)駕駛員。駕駛員的技能和行為差異很大，從那些經(jīng)常超速、分心駕駛的人，到那些極為謹(jǐn)慎、從未發(fā)生過(guò)事故的駕駛員，以及所有介于兩者之間的人。這就引出了一個(gè)問(wèn)題：自動(dòng)駕駛汽車(chē)應(yīng)該與哪一類(lèi)人類(lèi)駕駛員進(jìn)行比較？

如果自動(dòng)駕駛汽車(chē)比90%的人類(lèi)駕駛員更安全，這是否意味著它們已經(jīng)足夠安全？或者，我們是否期望它們比所有人類(lèi)駕駛員都更安全？但“所有”人類(lèi)駕駛員的安全標(biāo)準(zhǔn)又該如何界定？例如，一個(gè)剛拿到駕照、從未發(fā)生過(guò)事故的17歲青少年，盡管經(jīng)驗(yàn)不足，但他的事故記錄在統(tǒng)計(jì)上可能看起來(lái)比經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員更好，因?yàn)樗男旭偫锍踢€很少。

然而，衡量人類(lèi)駕駛安全的真正挑戰(zhàn)在于，并非所有事故都得到報(bào)告，且許多潛在危險(xiǎn)事件并未轉(zhuǎn)化為實(shí)際碰撞。盡管通過(guò)監(jiān)控碰撞、傷害和死亡的比率，汽車(chē)行業(yè)能夠?qū)σ话泷{駛安全水平有所了解，但目前的數(shù)據(jù)收集和分析手段還不足以全面捕捉人類(lèi)駕駛行為的復(fù)雜性，與評(píng)估自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性相比，人類(lèi)駕駛的安全評(píng)估還不夠深入和全面。

確立自動(dòng)駕駛汽車(chē)超越一般人類(lèi)駕駛員的安全性，需要依賴數(shù)據(jù)和定量分析。目前，評(píng)估自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性通常基于其避免近距離碰撞的能力。然而，要全面證明它們比所有人類(lèi)駕駛員都安全，我們需要采用更廣泛的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

除了碰撞避免，其他關(guān)鍵指標(biāo)也應(yīng)納入考量，包括：

• 駕駛員闖紅燈的頻率。

• 跟車(chē)距離過(guò)近的頻率。

• 違反交通規(guī)則的頻率。

• 超速行駛的頻率。

通過(guò)綜合這些指標(biāo)，我們能更全面地評(píng)估人類(lèi)駕駛員的安全表現(xiàn)，并與自動(dòng)駕駛汽車(chē)進(jìn)行有效比較。這不僅有助于展示自動(dòng)駕駛汽車(chē)的潛在優(yōu)勢(shì)，也為行業(yè)提供了一個(gè)更精確的基準(zhǔn)，以推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和提高道路安全。

汽車(chē)行業(yè)正處于一個(gè)充滿激動(dòng)人心的創(chuàng)新時(shí)代，特別是在傳感器技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)和安全性能方面。近年來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的興起標(biāo)志著一個(gè)歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。展望未來(lái)，一百年后，今天的自動(dòng)駕駛汽車(chē)和無(wú)人駕駛出租車(chē)可能會(huì)作為汽車(chē)行業(yè)邁向無(wú)懈可擊的道路安全之路的重要里程碑，被珍藏在博物館中，展示給后人。

本文翻譯自《國(guó)際電子商情》姊妹平臺(tái)EETimes Europe，原文標(biāo)題：The Autonomous Car Industry in 2024: Sensors, Software and Safety