為何精準定位對L3+自動駕駛車至關重要?

作者 : Stefania Sesia,u-blox汽車應用行銷主管

在完全實現全自動駕駛車的初期,自動駕駛功能仍將局限於明確定義的場景。高度精確且可靠的定位技術架構將補強光達(LiDAR)、電子雷達和攝影機,同時支援車聯網應用,從而實現L3+的自主性。

在完全實現全自動駕駛車(AV)的初期,自動駕駛功能仍將局限於明確定義的場景。高度精確且可靠的定位技術架構將補充光達(LiDAR)、電子雷達和攝影機,同時支援車聯網(Vehicle-to-everything,V2X)應用,從而實現L3+的自主性。

自動駕駛之路比人們的預期要坎坷很多。也許你已經擁有一輛似乎可以自動駕駛的車輛,實際上(從法律上說)它還是完全由你控制。但是,從這種先進的駕駛輔助系統(根據SAE的分類屬於L2 ADAS)到真正放鬆手眼的完全自動駕駛(L3+自動駕駛),其技術增量,以及它所帶來的法律影響已經導致了全球汽車製造商的開發進程暫緩。

毫無疑問,現在離第一批能夠隨處自動駕駛的商用車輛(L5)還需要數年的時間。在此之前,AV的行駛足跡將不斷延展,涵蓋越來越具有挑戰性的場景,它將允許駕駛分心,但仍會要求他們在收到請求時於幾秒內收回控制權(L3)。隨著技術的逐步成熟,到L4,再到L5,這樣的要求將逐漸消失。

在實現最終目標之前,根據交通狀況、天氣條件,還有最重要的就是車輛在道路上的具體位置,車輛能否可靠地確定何時安全開啟自動駕駛功能,這對於保護乘客、駕駛和行人將至關重要。基於此,精確、可靠和可信賴的定位功能將成為L3+ AV的關鍵推動因素。

AV四大主要功能

在道路上,AV持續從事四項主要任務,即:感知、場景檢測和預測、決策、執行。

首先,它感知車輛周圍環境,包括物體、交通標誌和車道標記。然後將感知到的物體和環境用於場景檢測和預測,即參考數位地圖來辨識車輛面臨的情況並預測發展趨勢。

在任何一個特定的時刻,車輛都面臨一個決策,即基於對周圍現實的理解,決定車輛滿足特定駕駛策略的最佳動作。這個決策在最後一步由自動駕駛系統變為現實——立即執行。

全球導航衛星系統(GNSS)技術是定位系統的重要組成部分,用於定位車輛並匹配周圍環境數位地圖上的位置。在實踐中,如何將GNSS輸出與本地感測器(如光達、雷達和攝影機)收集的資訊融合,OEM的做法各不相同。車輛的精確定位還允許定位感測的物件,從而能夠精確辨識特定環境中的整體場景。

完整性需要可信賴的位置資料

定位系統能夠可靠地提供可信賴的位置資料;換句話說,它能夠提供具有高度完整性的資料。在過去十年中,定位技術取得了長足的進步,其可用性已擴展到了GNSS訊號覆蓋範圍之外(如隧道裡、地下區域),而且克服了標準GNSS技術中存在的弱點,如大氣誤差源、收斂緩慢、多徑效應等。

GNSS接收器的性能現在也正顯著提升,它能夠同時追蹤多個頻段上的所有主要衛星星座,以提高可用性、準確性和收斂時間。而由陀螺儀和加速度計組成的慣性測量單元(IMU)則檢測車輛軌跡的變化,以彌補衛星訊號中斷的影響。

最近,針對大眾市場應用的新一代GNSS校正服務開始廣播GNSS增強資料,這些資料可以被更廣範圍的先進GNSS接收器接收融合。GNSS校正服務提供的資料可以糾正位置誤差的主要來源(如電離層延遲和衛星軌道誤差),從而提高絕對位置精準度,即使在城市等具有挑戰性的環境條件下也能達到公寸級的精準度。

最後,採用感測器融合演算法來處理GNSS接收器和增強資料、IMU輸出、機械感測器(如車輪滴答感測器),以及將運動限制為四輪車輛預期運動的動態模型。最終的輸出就是幾乎隨時隨地可用、高度精確的「航位推測法」(dead reckoning)位置輸出。

定位資料

顯然,如果錯誤地辨識車輛位置,致使在未經授權的位置啟用自動駕駛功能,可能會導致生命危險。因此,用於實現L3+自動駕駛應用的定位功能,必須滿足嚴格的安全性和完整性要求。

這其中包括了功能安全。在ISO 26262中,功能安全被定義為一套方法,專用於避免由於車輛中電氣和電子系統故障行為引起的危險而導致的安全風險。ISO26262對硬體和軟體均適用,並

定義了需要滿足的系統安全相關功能要求,以及整個汽車開發過程和生命週期中使用的流程、方法和工具要求。

預期機能安全(SOTIF)是功能安全的一個補充,被定義在ISO 21448中,並涵蓋全鏈的完整性。功能安全側重於解決方案的設計,而SOTIF則關注安全性如何受到外部因素的影響,例如誤操作、訊號反射、中斷、蓄意或意外干擾,或者內生弱點(如源於對概率演算法的依賴)等。

例如,安全汽車應用的典型要求是符合汽車安全完整性等級B (ASIL-B),即具備儀錶等級的防護標準,並將完整性風險降低到每100萬至1,000萬小時失效少於一次。

L3+ AV何時推出?

現在所有的建構部分都已到位,包括汽車等級的高精準度定位,以及符合ISO 26262和ISO 21448的框架,期望高度自動駕駛將在2024年開始起飛。與此同時,更多的汽車製造商將推出L3乘用車計畫,但直到本年代末市場將仍由L2 AV主導。

另外,卡車市場似乎將跨越L3,直接瞄準L4。通往L3+自動駕駛的崎嶇道路,屆時將最終變為平坦的高速公路。

(參考原文:Why Positioning Is Also Vital for Level 3+ AVs,by Stefania Sesia)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年12月號

 

 

 

 

 

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