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精准定位对L3+级自动驾驶汽车至关重要

时间:2021-12-15 01:27:41 作者:StefaniaSesia 阅读:
自动驾驶之路比人们的预期要坎坷很多。也许您已经拥有一辆似乎可以自动驾驶的汽车,实际上(从法律上说)它还是完全由您控制。但是,从这种先进的驾驶辅助系统(根据SAE的分类属于L2级ADAS)到真正放松手眼的完全自动驾驶(L3级以上自动驾驶),其技术增量以及它所带来的法律影响已经导致了全球汽车制造商的开发进程暂缓。
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在完全实现全自动驾驶汽车(AV)的初期,自动驾驶功能仍将局限于明确定义的场景。高度精确且可靠的定位技术架构将补充激光雷达、电子雷达和摄像头,同时支持车联网(Vehicle-to-everything)应用,从而实现L3级以上的自主性。

自动驾驶之路比人们的预期要坎坷很多。也许您已经拥有一辆似乎可以自动驾驶的汽车,实际上(从法律上说)它还是完全由您控制。但是,从这种先进的驾驶辅助系统(根据SAE的分类属于L2级ADAS)到真正放松手眼的完全自动驾驶(L3级以上自动驾驶),其技术增量以及它所带来的法律影响已经导致了全球汽车制造商的开发进程暂缓。

StefaniaSesia,u-blox公司

毫无疑问,现在离第一批能够随处自动驾驶的商用车辆(L5级)还需要数年的时间。在此之前,AV的运行足迹将不断延展,涵盖越来越具有挑战性的场景,它将允许驾驶员分心,但仍会要求他们在收到请求时于几秒内收回控制权(L3级)。随着技术的逐步成熟,到L4级,再到L5级,这样的要求将逐渐消失。

在实现最终目标之前,根据交通状况、天气条件,还有最重要的就是车辆在道路上的具体位置,车辆能否可靠地确定何时安全开启自动驾驶功能,这对于保护乘客、司机和行人将至关重要。基于此,精确、可靠和可信赖的定位功能将成为L3级以上自动驾驶汽车的关键推动因素。

AV四大主要功能

在道路上,AV持续从事四项主要任务,即:感知、场景检测和预测、决策、执行。

首先,它感知车辆周围环境,包括物体、交通标志和车道标记。然后将感知到的物体和环境用于场景检测和预测,即参考数字地图来识别车辆面临的情况并预测发展趋势。

在任何一个特定的时刻,车辆都面临一个决策,即基于对周围现实的理解,决定车辆满足特定驾驶策略的最佳动作。这个决策在最后一步由自动驾驶系统变为现实-即执行。

全球导航卫星系统(GNSS)技术是定位系统的重要组成部分,用于定位车辆并匹配周围环境数字地图上的位置。在实践中,如何将GNSS输出与本地传感器(如激光雷达、雷达和摄像头)收集的信息融合,OEM的做法各不相同。车辆的精确定位还允许定位感知的对象,从而能够精确识别特定环境中的整体场景。

完整性需要可信赖的位置数据

定位系统能够可靠地提供可信赖的位置数据;换句话说,它能够提供具有高度完整性的数据。在过去十年中,定位技术取得了长足的进步,其可用性已扩展到了GNSS信号覆盖范围之外(如隧道里、地下区域),而且克服了标准GNSS技术中存在的弱点,如大气误差源、收敛缓慢、多径效应等。

GNSS接收器的性能现在也显著提升,它能够同时跟踪多个频段上的所有主要卫星星座,以提高可用性、准确性和收敛时间。而由陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元(IMU)则检测车辆轨迹的变化,以弥补卫星信号中断的影响。

最近,面向大众市场应用的新一代GNSS校正服务开始广播GNSS增强数据,这些数据可以被更广范围的先进GNSS接收器接收融合。GNSS校正服务提供的数据可以纠正位置误差的主要来源(如电离层延迟和卫星轨道误差),从而提高绝对位置精度,即使在城市等具有挑战性的环境条件下也能达到分米级的精度。

最后,采用传感器融合算法来处理GNSS接收器和增强数据、IMU输出、机械传感器(如车轮滴答传感器)、以及将运动限制为四轮车辆预期运动的动态模型。最终的输出就是几乎随时随地可用、高度精确的“航位推算”位置输出。

定位数据

显然,如果错误地识别车辆位置,致使在未经授权的位置启用自动驾驶功能,可能会导致生命危险。因此,用于实现L3级以上自动驾驶应用的定位功能,必须满足严格的安全性和完整性要求。

这其中包括了功能安全。在ISO26262中,功能安全被定义为一套方法,专用于避免由于车辆中电气和电子系统故障行为引起的危险而导致的安全风险。ISO26262对硬件和软件均适用,并定义了需要满足的系统安全相关功能要求,以及整个汽车开发过程和生命周期中使用的流程、方法和工具要求。

预期功能安全(SOTIF)是功能安全的一个补充,被定义在ISO21448中,并覆盖全链的完整性。功能安全侧重于解决方案的设计,而SOTIF则关注安全性如何受到外部因素的影响,例如误操作、信号反射、中断、蓄意或意外干扰,或者内生弱点(如源于对概率算法的依赖)等。

例如,安全汽车应用的典型要求是符合汽车安全完整性等级B(ASIL-B),即具备仪表级的防护标准,并将完整性风险降低到每100万至1000万小时失效少于一次。

L3级以上自动驾驶汽车何时推出

现在所有的构建块都已到位,包括汽车级的高精度定位以及符合ISO26262和ISO21448的框架,我们期望高度自动驾驶将在2024年开始腾飞。与此同时,更多的汽车制造商将推出L3级乘用车计划,但直到本年代末市场将仍由L2级自动驾驶汽车主导。

另外,卡车市场似乎将跨越L3级,直接瞄准L4级。通往L3级以上自动驾驶的崎岖道路,届时将最终变为平坦的高速公路。

StefaniaSesia是u-blox公司的汽车应用营销主管。

(参考原文:Why Positioning IsAlso Vital for Level 3  AVs

本文为《电子工程专辑》2021年12月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅 

责编:Amy Wu

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