漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

本文作者：辣筆小星

2017-02-08 16:52

導(dǎo)語(yǔ)：基于無(wú)人駕駛的三大技術(shù)：機(jī)器人技術(shù)Robotics；人工智能AI；云技術(shù)Cloud分析中美無(wú)人駕駛技術(shù)的差距何在

雷鋒網(wǎng)按：作者王星煒，英飛凌半導(dǎo)體應(yīng)用工程師。本文首發(fā)于公眾號(hào)：辣筆小星，已獲作者授權(quán)。

近年來(lái)，無(wú)人駕駛一直是個(gè)熱門(mén)的話(huà)題，說(shuō)到無(wú)人駕駛技術(shù)美國(guó)領(lǐng)先中國(guó)多少，小星在此先和大家聊聊，算是拋磚引玉。

先說(shuō)觀點(diǎn)，后面多圖細(xì)細(xì)聊。

個(gè)人覺(jué)得中美無(wú)人駕駛技術(shù)確存差距。美國(guó)基于其政策推動(dòng)具有很深的技術(shù)積淀，領(lǐng)先于中國(guó)，但此差距并不存在代差。中國(guó)只要加強(qiáng)政策力度，依托互聯(lián)網(wǎng)大潮，仍有加速追趕的機(jī)會(huì)。畢竟中國(guó)能夠自主開(kāi)發(fā)戰(zhàn)斗機(jī)并追趕美國(guó)的相關(guān)技術(shù)，相比汽車(chē)技術(shù)要更具挑戰(zhàn)。但是汽車(chē)技術(shù)的特性就是需要以可接受的成本提供安全可靠的性能并大量量產(chǎn)，這就是其特有的技術(shù)難點(diǎn)。

后面將基于無(wú)人駕駛的三大技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析：

機(jī)器人技術(shù)Robotics
人工智能AI
云技術(shù)Cloud

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑5 technology trends to watch 五大技術(shù)看點(diǎn)（來(lái)自CES的主辦方CEA）

一、機(jī)器人技術(shù)Robotics

1.汽車(chē)感知傳感器技術(shù)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑汽車(chē)感知傳感器技術(shù)（來(lái)自?shī)W迪）

在這個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，相對(duì)的美國(guó)政府、企業(yè)和學(xué)校間的互動(dòng)最多，政策影響最深遠(yuǎn)，并在持續(xù)影響中。較早的起步和更沉得住氣的基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)，使得個(gè)別企業(yè)掌控了該領(lǐng)域的核心技術(shù)。對(duì)比三大無(wú)人駕駛技術(shù)，個(gè)人認(rèn)為美國(guó)的汽車(chē)感知傳感器技術(shù)是領(lǐng)先中國(guó)最多的方面。

汽車(chē)感知傳感器技術(shù)細(xì)分包括

超聲波測(cè)距傳感器
攝像頭圖像傳感器
雷達(dá)傳感器
激光掃描儀

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑超聲波測(cè)距傳感器、攝像頭圖像傳感器、雷達(dá)傳感器和激光掃描儀（來(lái)自?shī)W迪）

↑超聲波測(cè)距傳感器和雷達(dá)傳感器（來(lái)自?shī)W迪）

其中政策影響深遠(yuǎn)的典型例子就是DARPA及其著名的DARPA挑戰(zhàn)賽。其成就了Velodyne，也間接養(yǎng)育了谷歌Google無(wú)人汽車(chē)的雛形。

什么是DARPA？

美軍方的國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局Defense Advanced Research Projects Agency （DARPA）。聽(tīng)著這個(gè)項(xiàng)目局的名字是不是就覺(jué)得這個(gè)組織肯定很霸氣，不亞于神盾局什么的？相信我，看了后面的詳細(xì)介紹你就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上它比名字上表現(xiàn)出來(lái)的更霸氣。

說(shuō)到DARPA，我們就先拋開(kāi)汽車(chē)應(yīng)用，說(shuō)說(shuō)它之前主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的技術(shù)成果。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑因特網(wǎng)INTERNET

首先大家今天能夠上網(wǎng)，能夠看到這篇文章全賴(lài)于DARPA。是不是覺(jué)得說(shuō)的有點(diǎn)玄乎奇跡？相信我，一點(diǎn)也不玄。因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)是DARPA主導(dǎo)開(kāi)發(fā)的。因特網(wǎng)INTERNET的前身為ARPANET，是由ARPA（Advanced Rearch Projects Agency）研究開(kāi)發(fā)的。1975年，ARPANET由實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)改制成操作性網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)交給國(guó)防部通信署管理，同時(shí)ARPA更名為DARPA（Defence ARPA）。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑全球定位系統(tǒng)GPS

其次是全球定位系統(tǒng)GPS。大家手機(jī)上使用導(dǎo)航軟件時(shí)的位置信息來(lái)源GPS。而在GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射前，DARPA建立了一個(gè)有5顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)Transit。1960年，Transit開(kāi)始工作，確保美國(guó)海軍艦船位置每小時(shí)更新，誤差不超過(guò)200米。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑隱形戰(zhàn)機(jī)

再有就是隱形戰(zhàn)機(jī)概念也是最早由DARPA提出的。甚至美國(guó)空軍最初聽(tīng)到這個(gè)概念時(shí)也大吃一驚。隱形戰(zhàn)機(jī)的第一個(gè)原型HavenBlue于上世紀(jì)70年代末開(kāi)始測(cè)試，成為F-117夜鷹隱形戰(zhàn)機(jī)的前身。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑基于半導(dǎo)體砷化鎵的無(wú)線通訊技術(shù)

還有DARPA比較不為人知的成就就是半導(dǎo)體砷化鎵工藝的開(kāi)發(fā)。如果大家對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)了解不多可以這么簡(jiǎn)單理解。今天電腦里用的CPU，內(nèi)存和顯卡芯片大部分使用用硅材料為基礎(chǔ)的?？赡苣阌X(jué)得這些芯片的運(yùn)行速度已經(jīng)挺快了。但是實(shí)際上它們還不夠快。類(lèi)似無(wú)線通訊技術(shù)需要更快的運(yùn)行速度。因此半導(dǎo)體砷化鎵工藝被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其有更快的電子遷移速度。雖然它的價(jià)格相比硅半導(dǎo)體工藝貴很多，但是可以很好的滿(mǎn)足無(wú)線通訊，衛(wèi)星和雷達(dá)以及軍工應(yīng)用的需求。換句話(huà)說(shuō)，今天大家可以輕松的使用手機(jī)通話(huà)、看微信、看網(wǎng)頁(yè)那也是托了DARPA很大的福的。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑無(wú)人駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽

那么說(shuō)回汽車(chē)，DARPA在無(wú)人駕駛汽車(chē)的研究中又扮演一個(gè)什么地位呢？今天為人熟知的谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)使用很多的技術(shù)實(shí)際上脫胎于DARPA組織的陸地挑戰(zhàn)賽（Grand Challenge）。DARPA早在十多年就開(kāi)始提供資金支持，協(xié)調(diào)大學(xué)研究機(jī)構(gòu)、車(chē)企、傳感器供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商合作，進(jìn)行一系列的無(wú)人駕駛汽車(chē)挑戰(zhàn)賽。而這個(gè)系列的挑戰(zhàn)賽被稱(chēng)為DARPA陸地挑戰(zhàn)賽。這一系列挑戰(zhàn)賽中比較有名的就是2004年和2005年的兩屆陸地挑戰(zhàn)賽（Grand Challenge）和2007年舉行的城市挑戰(zhàn)賽（Urban Challenge）。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑TerraMax的陸地挑戰(zhàn)賽參賽車(chē)型

由于2004年當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，在當(dāng)年第一屆無(wú)人駕駛陸地挑戰(zhàn)賽舉辦的時(shí)候甚至沒(méi)有一家參賽隊(duì)伍能夠完成主辦方DARPA設(shè)定的加州莫哈韋沙漠240公里賽道。因此在2005年的第二屆陸地挑戰(zhàn)賽中DARPA將賽道的最低目標(biāo)距離設(shè)定為11.78公里。這也是第一屆中無(wú)人駕駛汽車(chē)最遠(yuǎn)的行駛。此屆挑戰(zhàn)賽中有5輛無(wú)人駕駛汽車(chē)完成了目標(biāo)。而其中比較出名的應(yīng)該就是如上照片中顯示的TerraMax無(wú)人駕駛卡車(chē)。上圖為2005年TerraMax的陸地挑戰(zhàn)賽參賽車(chē)型。下圖為在BBC TOPGEAR汽車(chē)節(jié)目19季第5集中出鏡的TerraMax無(wú)人駕駛卡車(chē)（左）和詹姆斯梅駕駛的路虎攬勝（右）的越野比賽起點(diǎn)照片。要知道TerraMax還僅僅是2005年挑戰(zhàn)賽中5個(gè)完賽隊(duì)伍中的最后一名。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑BBC TOPGEAR出鏡的TerraMax無(wú)人駕駛卡車(chē)（左）和詹姆斯梅駕駛的路虎攬勝（右）

第三屆的陸地挑戰(zhàn)賽被DARPA官方稱(chēng)為城市挑戰(zhàn)賽（Urban Challenge）。于2007年在加州的喬治空軍基地進(jìn)行。比賽被設(shè)定成讓無(wú)人駕駛汽車(chē)可以使用于城市駕駛環(huán)境中。賽道全長(zhǎng)96公里，限時(shí)為6個(gè)小時(shí)。并且不同的隊(duì)伍之間會(huì)有路線交叉的過(guò)程。而如果大家去搜索美國(guó)Velodyne公司的歷史的話(huà)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的前期主要產(chǎn)品為音響產(chǎn)品。就是因?yàn)閂elodyne公司參與了前兩屆的DARPA陸地挑戰(zhàn)賽，才開(kāi)始了激光掃描儀產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，并成為業(yè)界360度高性能激光掃描儀的領(lǐng)先者。因此說(shuō)DARPA挑戰(zhàn)賽成就了如今的Velodyne，成為激光掃描儀LIDAR界的巨人一點(diǎn)不為過(guò)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑Velodyne公司的激光掃描儀產(chǎn)品

到了2007年的城市挑戰(zhàn)賽中，Velodyne公司的激光掃描儀已經(jīng)應(yīng)用到了大部分的參賽隊(duì)伍中。6個(gè)完賽的參賽隊(duì)伍中只有第三名的VictorTango隊(duì)沒(méi)有使用Velodyne公司產(chǎn)品。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑斯坦福隊(duì)使用的大眾帕薩特旅行版（左）和VictorTango隊(duì)使用的福特翼虎（上）在路口相遇

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑VictorTango所用的來(lái)自IBEO和SICK的傳感器

上圖一為城市挑戰(zhàn)賽中斯坦福隊(duì)使用的大眾帕薩特旅行版（左，第二名完賽）和VictorTango隊(duì)使用的福特翼虎（上，第三名完賽）在路口相遇。上圖二為VictorTango所用的來(lái)自IBEO和SICK的傳感器。而IBEO是小型化低成本激光掃描儀的領(lǐng)先者。SICK則是IBEO的母公司，并且擁有眾多的激光傳感器產(chǎn)品。IBEO和SICK的激光掃描儀也應(yīng)用在前三名完賽的隊(duì)伍中，普及率僅次于美國(guó)Velodyne公司。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑斯坦福隊(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)主要開(kāi)發(fā)成員Sebastian Thrun

其中照片中站在斯坦福隊(duì)無(wú)人駕駛汽車(chē)前的Sebastian Thrun以及部分其他團(tuán)隊(duì)成員最終被谷歌挖走。后來(lái)就有個(gè)谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)早期測(cè)試車(chē)型（來(lái)自谷歌）

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)量產(chǎn)車(chē)型（來(lái)自谷歌）

美國(guó)政府引導(dǎo)影響深遠(yuǎn)還體現(xiàn)在對(duì)于關(guān)鍵傳感器-激光掃描儀的持續(xù)成本優(yōu)化。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑行業(yè)分析顯示，激光掃描儀在高級(jí)別的無(wú)人駕駛中不可或缺

從CES2016已經(jīng)可以看到一個(gè)非常明顯的信號(hào)，激光掃描儀未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是固態(tài)化，小型化，低成本化。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑激光掃描儀未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是固態(tài)化

之前提到最早谷歌提出的無(wú)人駕駛汽車(chē)就是基于置于車(chē)頂?shù)臋C(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的。它其實(shí)就是來(lái)自Velodyne公司的64波束激光雷達(dá)。而這款產(chǎn)品當(dāng)初的價(jià)格也是驚人的超過(guò)了7萬(wàn)美金。是谷歌采用的原型車(chē)豐田普銳斯售價(jià)的兩倍還要多。雖然它的性能非常好，但是為了實(shí)現(xiàn)將來(lái)無(wú)人駕駛汽車(chē)的量產(chǎn)，成本降低是必然之路。Velodyne的產(chǎn)品包括64波束（用于谷歌無(wú)人駕駛汽車(chē)）、32波束（用于福特CES2016無(wú)人駕駛概念車(chē)）以及混合固態(tài)Hybrid Solid State 16波束 VLP-16 PUCK（將用于未來(lái)的福特?zé)o人駕駛計(jì)劃）激光掃描儀產(chǎn)品。如下圖分別為與CES2016發(fā)布的基于福特蒙迪歐的無(wú)人駕駛概念車(chē)，以及裝配于車(chē)頂?shù)?個(gè)Velodyne 32波束激光雷達(dá)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑福特CES2016無(wú)人駕駛概念車(chē)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑裝配于車(chē)頂?shù)?個(gè)Velodyne 32波束激光掃描儀

而福特今年發(fā)布的CES2017展示用無(wú)人駕駛概念車(chē)已經(jīng)裝配上了前面提到的固態(tài)激光掃描儀產(chǎn)品。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑福特CES2017無(wú)人駕駛概念車(chē)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑裝配于車(chē)身的2個(gè)Velodyne 固態(tài)激光掃描儀

而CES2016發(fā)布的來(lái)自Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3更是首次引入了全固態(tài)激光掃描儀的概念。讓我們來(lái)通過(guò)Quanergy在CES上的演講和其相關(guān)的專(zhuān)利說(shuō)明來(lái)詳細(xì)探討一下它的創(chuàng)新之處吧。簡(jiǎn)單的說(shuō)，這是一款全“固態(tài)”的激光雷達(dá)，或者稱(chēng)光學(xué)相控陣激光掃描儀。其目標(biāo)量產(chǎn)成本為250美元。首先如下圖一所示，其滿(mǎn)足了激光掃描儀小型化的大趨勢(shì)，整個(gè)尺寸只有90mm x 60mm x 60mm。如圖二的產(chǎn)品工作原理展示中可以看到內(nèi)部機(jī)構(gòu)不存在任何的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。所有的激光探測(cè)水平和垂直視角都是通過(guò)電子方式實(shí)現(xiàn)的。因此其名副其實(shí)的是全“固態(tài)”激光掃描儀產(chǎn)品。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑Quanergy的“固態(tài)”激光掃描儀S3

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑Quanergy激光掃描儀S3產(chǎn)品工作原理展示

美國(guó)政府影響至今仍在持續(xù)。

除了以上對(duì)于激光掃描儀成本優(yōu)化的固態(tài)化趨勢(shì)，DARPA正主導(dǎo)繼續(xù)與加州Berkeley以及麻省理工MIT進(jìn)行下一代頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW 激光掃描儀芯片的開(kāi)發(fā)，將進(jìn)一步降低激光掃描儀的成本。

實(shí)際上美軍方DARPA主導(dǎo)的項(xiàng)目小組，以加利福尼亞大學(xué)為核心已經(jīng)基本完成了原型半導(dǎo)體芯片的開(kāi)發(fā)，并且在IEEE國(guó)際電子工程師協(xié)會(huì)上發(fā)布了正式的論文。如果需要從事相關(guān)的激光傳感器開(kāi)發(fā)或者對(duì)激光傳感器小型化感興趣的朋友，可以搜索相關(guān)的論文進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

如下是論文原型芯片的示意圖，用來(lái)給感興趣的朋友一個(gè)大概的總覽。下圖一為原型芯片的組成示意圖，包括左上角的MEMS tunable VCSEL微機(jī)械可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器作為發(fā)射源和右上角及下方的兩組光敏二極管作為接收器件。

下圖二所示由芯片組成的閉環(huán)可控光學(xué)頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW控制電路。電路顯示由三大類(lèi)的器件組成。該三大類(lèi)的器件分別分布在三種半導(dǎo)體層上。紅色表示的器件為三五價(jià)III-IV半導(dǎo)體層。典型代表為砷化鎵GaAs或者磷化銦InP半導(dǎo)體工藝。三五價(jià)半導(dǎo)體是直接能帶半導(dǎo)體，更夠發(fā)出更強(qiáng)的光，適合制作光學(xué)芯片。

因此原型芯片的激光發(fā)射源和光敏二極管接收單元均由該類(lèi)型的半導(dǎo)體完成。藍(lán)色部分硅光電子層Silicon Photonics（又稱(chēng)SiP），是基于硅基工藝制作的光學(xué)半導(dǎo)體。因此耦合器Coupler和相位測(cè)量干擾儀Interferometer由該半導(dǎo)體層制作。黑色部分為傳統(tǒng)硅基CMOS層，其他傳統(tǒng)的控制單元都有該半導(dǎo)體層制作。下圖三為具體的三種類(lèi)型半導(dǎo)體層的分布情況。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑原型芯片的組成示意圖

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑由芯片組成的閉環(huán)可控光學(xué)頻率調(diào)制連續(xù)波FMCW

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑三種類(lèi)型半導(dǎo)體層的分布情況

神奇的是，此概念提出一年以后原型樣片真的被做出來(lái)并進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試。其產(chǎn)學(xué)研的扶植力度可見(jiàn)一斑。這也是其深厚技術(shù)積淀的一種體現(xiàn)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑由麻省理工MIT設(shè)計(jì)的FMCW激光掃描芯片

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑芯片實(shí)物放大圖

以上，汽車(chē)感知傳感器技術(shù)方面，受美國(guó)政府持續(xù)扶植影響，美國(guó)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)最明顯。

不過(guò)由于全球供應(yīng)鏈一體化的影響，加上中國(guó)是最大的汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)，相應(yīng)的技術(shù)還是逐漸應(yīng)用到了國(guó)內(nèi)的無(wú)人駕駛概念車(chē)上，比如上汽、長(zhǎng)安等車(chē)廠。而且國(guó)內(nèi)院校比如同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)也參與了相關(guān)技術(shù)研究，因此中國(guó)加速追趕并不是不可能的。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑裝備激光掃描儀的上汽iGS無(wú)人駕駛概念車(chē)在廣德試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑長(zhǎng)安汽車(chē)的無(wú)人駕駛概念車(chē)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑同濟(jì)大學(xué)與奧迪汽車(chē)組成聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑奧迪汽車(chē)聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)在上海的道路上測(cè)試無(wú)人駕駛概念車(chē)

2.汽車(chē)控制執(zhí)行技術(shù)

a. 電子線控剎車(chē)（Brake By Wire）

電子線控剎車(chē)（Brake By Wire）：這個(gè)線傳操控系統(tǒng)的出現(xiàn)可以說(shuō)最主要的誘因就是電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)需要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作建立制動(dòng)助力所需的真空助力。是的，剎車(chē)也是需要助力的。如果大家家里有車(chē)可以試一下，在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下，最多可以深踩3次剎車(chē)。再踩的話(huà)就會(huì)覺(jué)得剎車(chē)踏板特別硬，幾乎無(wú)法靠人力踩動(dòng)。

如下圖就是傳統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)所需的真空助力器和傳統(tǒng)系統(tǒng)和電子線控剎車(chē)系統(tǒng)（又稱(chēng)電子液力剎車(chē)系統(tǒng)EHB）系統(tǒng)對(duì)比圖?？梢钥吹秸婵罩ζ魇且粋€(gè)非常大的家伙，你可以很容易在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)找到它。當(dāng)駕駛者踩下剎車(chē)踏板時(shí)踏板連接的推桿將力傳遞到真空助力器。真空助力器是一個(gè)通過(guò)大氣壓和真空之前的壓力差將力矩放大然后傳送給液壓制動(dòng)總泵進(jìn)行制動(dòng)的裝置。真空源是由發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓產(chǎn)生的（發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，但不是所有的發(fā)動(dòng)機(jī)都能夠找到真空源，比如渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）。

由于采用氣壓差來(lái)放大力，因此其體積必須做的很大，占空間又不容易布置。電動(dòng)車(chē)或者純電行駛的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)，由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，無(wú)法獲得穩(wěn)定的真空源。一種方法是使用電子真空泵。但是電子真空泵需要持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，比較耗油。另一種更加智能的方法就是使用電子線控剎車(chē)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的剎車(chē)系統(tǒng)（第2圖上半部分）駕駛者踩剎車(chē)踏板，通過(guò)推板經(jīng)過(guò)真空助力器放大力矩給到制動(dòng)總泵。制動(dòng)總泵驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)傳遞剎車(chē)力到ABS/ESP剎車(chē)防抱死/電子穩(wěn)定系統(tǒng)控制器。ABS/ESP再根據(jù)車(chē)輛狀況把剎車(chē)力分配到四個(gè)車(chē)輪。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

傳統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)所需的真空助力器

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

傳統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)和電子線控剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)比圖

那么EHB系統(tǒng)基于電機(jī)的剎車(chē)助力器到底是什么樣子的呢？我們就基于市場(chǎng)上的兩大解決方案舉個(gè)例子。首先要說(shuō)的就是如下圖所示的來(lái)自德國(guó)博世BOSCH的iBooster系統(tǒng)。

博世 iBooster所屬新的EHB系統(tǒng)（上圖下半部分）將駕駛者踩剎車(chē)踏板的動(dòng)作轉(zhuǎn)換成行程位置電信號(hào)，剎車(chē)助力控制器控制電機(jī)給出剎車(chē)助力所需的力矩給到制動(dòng)總泵。制動(dòng)總泵驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)傳遞剎車(chē)力到ABS/ESP剎車(chē)防抱死/電子穩(wěn)定系統(tǒng)控制器。ABS/ESC再根據(jù)車(chē)輛狀況把剎車(chē)力分配到四個(gè)車(chē)輪。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

德國(guó)博世BOSCH的iBooster系統(tǒng)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

博世 iBooster所屬新的EHB系統(tǒng)

而另一大解決方案就是如下圖所示來(lái)自德國(guó)大陸汽車(chē)Continental的MK C1系統(tǒng)?？梢钥吹組K C1的主要理念和博世 iBooster基本相同。但是MK C1更進(jìn)一步將原來(lái)的ESC系統(tǒng)MK 100中的ESC控制器，真空泵，真空助力器三個(gè)部件合而為一。大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

德國(guó)大陸汽車(chē)Continental的MK C1系統(tǒng)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

MK C1將ESC控制器，真空泵，真空助力器三個(gè)部件合而為一

那么博世iBooster在國(guó)內(nèi)的一個(gè)最早的成功案例就是目前比亞迪E6所用的剎車(chē)系統(tǒng)。該電子線控剎車(chē)系統(tǒng)可以靈活的在電機(jī)能量回收制動(dòng)和機(jī)械剎車(chē)片摩擦制動(dòng)之間進(jìn)行分配。并且當(dāng)純電機(jī)能量回收制動(dòng)的時(shí)候?yàn)榱私o駕駛者一個(gè)合理的剎車(chē)踏板力回饋，剎車(chē)助力電機(jī)還能夠反向給出一個(gè)阻力力矩。讓駕駛者感覺(jué)到合理的阻尼感受。同時(shí)電子線控剎車(chē)系統(tǒng)還能夠提供可選擇的剎車(chē)響應(yīng)模式。

比如運(yùn)動(dòng)模式下剎車(chē)就一踩就有，響應(yīng)靈敏。而舒適模式下，剎車(chē)就顯得柔和線性，相較運(yùn)動(dòng)模式?jīng)]有那么緊繃。和駕駛輔助系統(tǒng)結(jié)合以后，當(dāng)檢測(cè)到可能的碰撞時(shí)則可以加快制動(dòng)響應(yīng)或者直接增加制動(dòng)壓力。使得車(chē)輛能夠在更短的距離內(nèi)停止下來(lái)。

說(shuō)到電子線控剎車(chē)系統(tǒng)的安全性，更偏向一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的安全方案。電子線控剎車(chē)系統(tǒng)中的電子剎車(chē)助力器和傳統(tǒng)的電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC以及電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)EPS三者互為備份。三者中的任何一個(gè)模塊出現(xiàn)故障，另兩個(gè)模塊都能夠部分覆蓋故障模塊的功能。比如電子剎車(chē)助力器出現(xiàn)故障，電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC將能建立制動(dòng)液壓壓力，配合EPS將車(chē)輛安全剎停在車(chē)道內(nèi)。

相反如果電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC出現(xiàn)故障，電子剎車(chē)助力器可自行建立制動(dòng)液壓，配合EPS將車(chē)輛剎停在車(chē)道內(nèi)。當(dāng)電子助力轉(zhuǎn)向EPS失效時(shí)，電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC將通過(guò)對(duì)不同側(cè)的車(chē)輪施加不同剎車(chē)力產(chǎn)生扭矩矢量，將車(chē)輛保持在車(chē)道的中心位置。

b. 電子線控轉(zhuǎn)向（Steering By Wire）

相信大家目前接觸到的車(chē)輛都是帶轉(zhuǎn)向助力的。

轉(zhuǎn)向助力主要分兩大類(lèi)

液壓轉(zhuǎn)向助力
電子轉(zhuǎn)向助力

液壓轉(zhuǎn)向助力的一個(gè)弊端就是不管是否轉(zhuǎn)向，液壓系統(tǒng)都要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的動(dòng)力位置助力油壓。因此系統(tǒng)復(fù)雜，且耗油。而電子轉(zhuǎn)向助力通過(guò)電機(jī)在需要轉(zhuǎn)向的時(shí)候提供助力，而不需轉(zhuǎn)向時(shí)是不耗油的。而且系統(tǒng)較液壓助力系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多。如下即是電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖和系統(tǒng)構(gòu)架圖。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)架圖

而今天介紹的電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可謂是電子轉(zhuǎn)向助力的進(jìn)階版。因?yàn)殡娮泳€控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在正常工作時(shí)斷開(kāi)了方向盤(pán)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之間的機(jī)械連接，而完全靠電子信號(hào)傳輸給轉(zhuǎn)向控制器然后操控轉(zhuǎn)向執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)。電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的代表車(chē)型就是英菲尼迪的Q50，目前該車(chē)型已經(jīng)國(guó)產(chǎn)，稱(chēng)為Q50L。

由于采用了電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，車(chē)輛的轉(zhuǎn)向特性可以智能的調(diào)節(jié)，比如偏沉穩(wěn)還是偏輕盈靈動(dòng)。并且結(jié)合駕駛輔助系統(tǒng)的車(chē)道識(shí)別功能還能主動(dòng)的修正車(chē)輛行駛方向保持在車(chē)道中間位置行駛。下圖即為英菲尼迪Q50電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖和展示照片。

那么如果電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，駕駛者發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)完全不能控制車(chē)輛轉(zhuǎn)向的時(shí)候是一件非?？植赖氖虑?。因此整個(gè)系統(tǒng)充分考慮了安全性。當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在電子線控模式的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)借鑒了飛機(jī)電傳飛操系統(tǒng)的多余度安全理念。通過(guò)3個(gè)轉(zhuǎn)向控制器相互冗余地控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。相互之間進(jìn)行校驗(yàn)，保證控制信號(hào)始終和駕駛者的轉(zhuǎn)向意圖相關(guān)。下圖為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在電子線控模式。此時(shí)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和方向盤(pán)斷開(kāi)連接，由電子控制器控制。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑英菲尼迪Q50電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑英菲尼迪Q50電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的示意圖

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑英菲尼迪Q50電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)展示照片

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑英菲尼迪Q50電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)展示照片

目前電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還沒(méi)有全面市場(chǎng)化，僅在少數(shù)車(chē)型上出現(xiàn)。其中主要原因是前面提到的轉(zhuǎn)向特性智能調(diào)節(jié)和自動(dòng)車(chē)道保持等功能在某種程度上仍可以使用傳統(tǒng)的電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。那么電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的真正意義是將來(lái)系統(tǒng)成熟以后可以完全斷開(kāi)機(jī)械連接。從而為將來(lái)的無(wú)人駕駛汽車(chē)服務(wù)。如下圖的無(wú)人駕駛概念車(chē)，車(chē)內(nèi)的乘員可以直接控制方向也可以交給自動(dòng)駕駛而分別躺下。方向盤(pán)位置可以靈活移動(dòng)，無(wú)疑為空間的利用將更加高效。而這就需要電子線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的支持。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑無(wú)人駕駛概念車(chē)方向盤(pán)位置可靈活移動(dòng)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑無(wú)人駕駛概念車(chē)方向盤(pán)位置可靈活移動(dòng)

二、人工智能AI

該技術(shù)方向又分成兩大塊：

硬件
軟件

硬件方面由于美國(guó)長(zhǎng)期的計(jì)算機(jī)技術(shù)的領(lǐng)先地位，其優(yōu)勢(shì)依然十分明顯。人工智能AI所需的硬件目前呈現(xiàn)三足鼎立的狀態(tài)。分別被NVIDIA、INTEL和IBM所引領(lǐng)。NVIDIA作為GPU的領(lǐng)先供應(yīng)商，正將其主營(yíng)業(yè)務(wù)從圖形處理以及游戲產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向基于GPU的人工智能AI的深度學(xué)習(xí)計(jì)算平臺(tái)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑NVIDIA Jetson TX1 嵌入式深度學(xué)習(xí)計(jì)算平臺(tái)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑NVIDIA DRIVE PX無(wú)人駕駛計(jì)算平臺(tái)

而INTEL在其傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)/服務(wù)器行業(yè)的增速放緩后，戰(zhàn)略性的收購(gòu)了FPGA領(lǐng)導(dǎo)者ALTERA和AI架構(gòu)的創(chuàng)新初創(chuàng)公司Nervana。并且迅速融合其優(yōu)勢(shì)，并向無(wú)人駕駛?cè)斯ぶ悄蹵I技術(shù)方向迅速發(fā)展。更是與寶馬BMW以及Moblieye組成了戰(zhàn)略同盟，進(jìn)行無(wú)人汽車(chē)的開(kāi)發(fā)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑INTEL 人工智能AI產(chǎn)品架構(gòu)

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑寶馬BMW和INTEL以及Moblieye組成了戰(zhàn)略同盟

而最低調(diào)最不為人知的可以說(shuō)是IBM。藍(lán)色巨人悄然進(jìn)行著人工智能AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片的開(kāi)發(fā)，并已在汽車(chē)外的多個(gè)行業(yè)開(kāi)花結(jié)果。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑IBM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片示意圖

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑IBM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片原理介紹

軟件方面則以谷歌最為突出，但中國(guó)企業(yè)如百度仍然可以走出中國(guó)特色的發(fā)展路線進(jìn)行追趕。

不管是搜索引擎還是無(wú)人駕駛在實(shí)現(xiàn)方法上，“科班出身”的谷歌更依賴(lài)于基礎(chǔ)技術(shù)本身，而“中國(guó)特色”的百度則更多在基礎(chǔ)技術(shù)上針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)進(jìn)行人工優(yōu)化。

換句話(huà)說(shuō)，谷歌的設(shè)計(jì)思路是不相信人工調(diào)整。所有的錯(cuò)誤結(jié)果都應(yīng)該從某種程度上通過(guò)優(yōu)化基礎(chǔ)算法自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并糾正。即花大量的精力和資源在前端技術(shù)優(yōu)化上，使其可以適應(yīng)于不同的使用環(huán)境。而百度的設(shè)計(jì)思路是在某種程度上技術(shù)總會(huì)出錯(cuò)，這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該透過(guò)人工優(yōu)化來(lái)進(jìn)行糾正。即花更多的精力和資源在后端應(yīng)用優(yōu)化上，讓其更適應(yīng)于終端使用環(huán)境。

這就好比開(kāi)發(fā)一款車(chē)。一方專(zhuān)注車(chē)型平臺(tái)的優(yōu)化。最終可以將這個(gè)平臺(tái)用于A級(jí)車(chē)，拉長(zhǎng)以后變成B級(jí)車(chē)，墊高后變成SUV，拉長(zhǎng)拉高加兩個(gè)座位就成了MPV。車(chē)型可以用于亞洲、歐洲、美洲等多個(gè)市場(chǎng)。但是可能對(duì)中國(guó)市場(chǎng)并不是最優(yōu)化的。而另一方針對(duì)市場(chǎng)需求花大量精力優(yōu)化一款A(yù)級(jí)車(chē)，結(jié)果可能針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)更優(yōu)化。

谷歌提出的AI First人工智能為先戰(zhàn)略已在圖像識(shí)別、機(jī)器翻譯等多個(gè)領(lǐng)域獲得進(jìn)展。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑谷歌提出的AI First人工智能為先在圖像識(shí)別的應(yīng)用

那么“科班出身”的谷歌對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)有多專(zhuān)注呢？我們之前介紹過(guò)美軍方牽頭的DARPA無(wú)人駕駛挑戰(zhàn)賽，谷歌一步一步進(jìn)行了各種傳感器的集成并創(chuàng)造了特有的量產(chǎn)版無(wú)人駕駛汽車(chē)。而另一方面，軟件算法方面谷歌領(lǐng)導(dǎo)了相關(guān)深度學(xué)習(xí)Deep Learning和谷歌大腦Google Brain技術(shù)開(kāi)發(fā)，進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究。因此谷歌在無(wú)人駕駛汽車(chē)領(lǐng)域可謂不管硬件還是軟件，各方面都親力親為。下圖為之前提到的谷歌大腦項(xiàng)目中檢測(cè)到的人臉、人體和貓。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑谷歌大腦Google Brain技術(shù)

而百度無(wú)人駕駛汽車(chē)一下子登上了央視《新聞聯(lián)播》，在2015年的尾巴給國(guó)人一個(gè)大大的驚喜。12月10號(hào)路試成功，14號(hào)成立無(wú)人駕駛事業(yè)部，16號(hào)參加烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)進(jìn)行宣講。一切都來(lái)得這么突如其來(lái)，卻井然有序。層層推進(jìn)，步步為營(yíng)。中國(guó)也一下子有了真正在路上跑的無(wú)人駕駛技術(shù)。

“中國(guó)特色”的百度在戰(zhàn)略性地和傳統(tǒng)整車(chē)廠寶馬合作。其無(wú)人駕駛汽車(chē)由寶馬3系GT車(chē)型改裝而來(lái)。原3系GT車(chē)型已經(jīng)配備了如自適應(yīng)巡航和行人車(chē)道識(shí)別等先進(jìn)駕駛輔助ADAS系統(tǒng)。和谷歌的無(wú)人駕駛概念車(chē)一樣，百度在改裝的過(guò)程中在車(chē)頂加裝了64波束的激光掃描儀。從而獲得更多的路況信息。由于硬件方面有了寶馬的合作，百度可將更多的精力傾注于軟件算法方面的開(kāi)發(fā)。

和谷歌一樣其核心算法也基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，這種技術(shù)讓無(wú)人駕駛汽車(chē)可以通過(guò)算法和大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)識(shí)別各種障礙物并自行做出判斷。然而中國(guó)的路況是充滿(mǎn)了挑戰(zhàn)的。車(chē)輛、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人的隨機(jī)插入一直都是各方討論的熱點(diǎn)。這方面相信百度較谷歌有更多的資源進(jìn)行基于路況的人工優(yōu)化，特別是基于中國(guó)的高速和地面道路進(jìn)行大量的路試和調(diào)整。下圖為百度無(wú)人駕駛汽車(chē)，由寶馬3系GT車(chē)頂加裝激光掃描儀改裝而來(lái)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑基于寶馬3系GT車(chē)型的百度無(wú)人駕駛汽車(chē)

三、云技術(shù)Cloud

1.互聯(lián)技術(shù)V2X

這是三大核心技術(shù)當(dāng)中，個(gè)人認(rèn)為中美技術(shù)差距最小的方面。

因?yàn)榛ヂ?lián)技術(shù)，特別是車(chē)車(chē)通信V2X的標(biāo)準(zhǔn)一直沒(méi)有統(tǒng)一，美國(guó)在這方面走過(guò)許多彎路。

最早的DSRC專(zhuān)用近距通訊技術(shù)IEEE802.11p與4G LTE技術(shù)之爭(zhēng)。DSRC一直以200m內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊1秒的通訊實(shí)時(shí)性，壓得4G LTE 6~7秒的通訊延遲死死喘不過(guò)氣來(lái)。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑DSRC Dedicated Short-Range Communications IEEE802.11p (5.9GHz)

不過(guò)隨著5G LTE或者稱(chēng)LTE-V2X的發(fā)展，徹底解決了實(shí)時(shí)性問(wèn)題，業(yè)界也逐漸統(tǒng)一了觀點(diǎn)。而通訊又是中國(guó)企業(yè)的強(qiáng)項(xiàng)，因此差距并不大。

華為在與高通的相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中并不落下風(fēng)，華為還率先與多家國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠展開(kāi)了合作和實(shí)車(chē)測(cè)試。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑5G LTE與之前的通訊協(xié)議的比較

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑高通Qualcomm 5G C-LTE 技術(shù)方案

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距

↑華為 5G LTE-V2X 技術(shù)方案

但隨著V2X技術(shù)的引入，信息安全成為關(guān)鍵中的關(guān)鍵。需要政府牽頭制訂相關(guān)加密標(biāo)準(zhǔn)，否則一旦無(wú)人駕駛汽車(chē)被黑客攻破，其后果是不堪想象的。

綜上所述，在無(wú)人駕駛?cè)蠛诵募夹g(shù)-汽車(chē)感知傳感器技術(shù)、人工智能AI和互聯(lián)技術(shù)V2X上，在政策的扶植下，美國(guó)確實(shí)領(lǐng)先中國(guó)。但是中國(guó)只要加強(qiáng)政策力度，依托互聯(lián)網(wǎng)大潮，仍有加速追趕的機(jī)會(huì)。

2. 基于云技術(shù)的地圖采集優(yōu)化技術(shù)

那么下面主要提一下比較新的基于云技術(shù)的地圖采集優(yōu)化技術(shù)

地圖數(shù)據(jù)眾包采集concocting Crowd-Sourced Mapping Data技術(shù)

通用汽車(chē)將把Bolt最為一個(gè)平臺(tái)Platform來(lái)不斷對(duì)其軟件進(jìn)行升級(jí)學(xué)習(xí)。從而向最終的全自動(dòng)駕駛目標(biāo)而演進(jìn)。在CES2016的演講中瑪麗貝拉（通用汽車(chē)CEO）透露了通用汽車(chē)正在和駕駛輔助系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商Mobileye進(jìn)行合作開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛項(xiàng)目。其傳統(tǒng)自動(dòng)駕駛功能主要應(yīng)用于良好的高速公路，必須有規(guī)范化的車(chē)道線和指示信號(hào)燈或路牌。

而通用汽車(chē)和Mobileye開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)則可以基于每輛裝備安吉星OnStar 4GLTE技術(shù)的通用品牌汽車(chē)將各個(gè)路段的車(chē)道線和指示信號(hào)燈或路牌圖像信息通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳到云進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算。這樣具備這種技術(shù)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)就可以基于云數(shù)據(jù)快速學(xué)習(xí)多變復(fù)雜的道路，最終實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)。下圖為通用汽車(chē)和Mobileye開(kāi)發(fā)的地圖數(shù)據(jù)眾包采集自動(dòng)駕駛系統(tǒng)概念圖。

漫談中美無(wú)人駕駛技術(shù)差距