開自動駕駛汽車是一種什麼體驗？奧迪工程師說：貴、緊張、累、興奮、滿足感、人車合一、夢想成真！

雷鋒網()按：本文作者奧迪研發中心測試工程師薛遲。原文首發奧迪知乎賬號。雷鋒網已獲授權編輯於發布（本文略有刪減）。

薛遲是第一批接觸自動駕駛的工程人員，也是第一批量產自動駕駛技術的研發工程師。目前負責奧迪自動駕駛項目在的開發。

據薛遲介紹，他負責過的自動駕駛相關項目包括：2014年負責在搭建擁堵自動駕駛A7概念車；2015年5月CES ASIA和11月分別在上海內環和北京三環進行了自動駕駛概念車的媒體試駕。

奧迪全球的自動駕駛研發自2009年便已開始，從鹽湖城畫出四環到派克峰爬山賽，從霍根海姆賽道的賽車自動駕駛到舊金山到拉斯維加斯的高速自動駕駛。

*奧迪自動駕駛技術發展過程中的重要里程碑

本文主要討論的是自動駕駛的量產技術。在薛遲看來，在研發概念期間 ，很多前沿科技都是可以試驗的。而推向客戶的量產汽車，對技術成熟度的要求則是另一標準（比如上下游供應鏈的供給，量產成本的控制等等）。

一、自動駕駛的分級和基本技術介紹

自動駕駛的發展並非一蹴而就的，它歷經幾十年的演進，從無到有，從量變到質變。

以下為美國的NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)國家公路交通安全管理局和SAE (Society of Automotive Engineers)汽車工程師協會對此對自動駕駛的分級。

自動駕駛主要分成五級。

階段0：無自動化，由人類駕駛者全權操作汽車，在行駛過程中可以得到警告和保護系統的輔助。比如市面上的大多數汽車都屬於此類。此處不多加討論。

階段1： 單一功能的駕駛輔助，在這一階段，汽車轉向或制動可由車輛完成。比如應用最為廣泛的ACC自適應巡航控制，和LKA主動車道保持。

ACC（Adaptive Cruise Control）自適應巡航控制：定速巡航大家一定都不陌生，但當前車減速時，就需要通過踩剎車或操作桿取消定速巡航。

ACC自適應巡航控制可以在前車減速時自動減速，前車加速后自動跟上去，比定速巡航方便太多太多，可謂高速小能手。

ACC自適應巡航控制已經有將近二十年的歷史。其使用的感測器主要包括毫米波雷達和攝像頭。毫米波雷達和軍用雷達其實差不多，它們會發射和接收調製過的77GHz的無線電波，再通過回波的時間差和多普勒效應造成的頻率移動來測量目標的相對距離和相對速度。

在不同廠家的產品中，有長距離雷達和中短距離雷達之分。長距離雷達能夠探測250米距離，實現最高到260km/h的ACC功能。中短距離雷達探測距離稍近，100多米，能夠支持的ACC速度在160km/h左右。

LKA（Lane Keep Assist）主動車道保持通過攝像頭採集前方車道線，並控制轉向把車輛保持在車道中心。它是車道偏離報警的高級版本。

階段2：部分自動化（組合功能的輔助駕駛），比如2015年上市的奧迪新Q7和去年上市的新A4L所搭載的擁堵駕駛輔助系統，它實現的是60km/h以下堵車環境下的橫向和縱向控制。而速度超過60km/h的時候由傳統的車道保持和ACC接管。

也就是說，駕駛員仍然需要關注交通和控制車輛。這是當前世面上所有量產車能夠達到的自動駕駛最高級別。現在很多車廠把輔助駕駛系統宣傳為自動駕駛系統這是很不負責的。如果此時駕駛員不扶方向不關注交通，發生事故的風險會大大增加。

階段3：有條件的自動駕駛。這是一個從輔助駕駛到自動駕駛的飛躍，駕駛員不再需要關注交通和控制車輛，一切都由車輛完成，一切責任也都從駕駛員轉移到車輛。

為了實現這一目的，需要大量的感測器做數據融合，需要考慮方方面面的情況。在某些條件不符合時，自動駕駛狀態將退出，並由駕駛員接管。這一階段會被稱為有條件的自動駕駛的原因也在於此。前文提到的A7和將來要量產化的車型都屬於這一範疇。

階段4和5：全自動駕駛。自動駕駛發展到這一階段不再需要駕駛員接管或干預，系統勝任所有工控，魯棒性、穩定性大幅提高。進而演變成無人駕駛。

二、自動駕駛的關鍵技術

1、 多感測器數據融合--自動駕駛的汽車得有自己的「眼睛」

多感測器的應用與數據融合是自動駕駛的必然趨勢。毫米波雷達、攝像頭、激光雷達、超聲波雷達等都是必不可少的。感測器各有各的特點與優勢。

例如毫米波雷達在檢測目標速度與距離上非常精準而可靠，但對目標方位的識別遠不如激光雷達。而目標類型及其與車道線位置關係僅可由攝像頭檢測。對於絕大多數簡單工況，這種融合的優劣並不能體現出明顯的區別。

但對於特殊工況，比如複雜的城市路況，對車輛和路邊障礙物的誤識別或不識別概率將會大大提高。這是影響自動駕駛安全性可和靠性的至關重要的一部分因素。

因此，系統需要在不同工況下，從大量感測器對目標識別到的所有屬性中選出，並配已不同權重，以達到穩定可靠的識別要求。

奧迪目前擁有唯一量產汽車級的激光掃描雷達，並會將其應用於全新量產汽車上。關鍵感測器的量產也是邁向自動駕駛非常關鍵的一步。

2、強大的中央處理控制器zFAS--自動駕駛的汽車得有自己的「大腦」

奧迪的駕駛員輔助系統中央處理控制器zFAS在2015年已實現量產，zFAS就如同人的大腦，負責所有的感測器數據融合、場景分析、決策以及車輛控制。

這意味著它不僅要有極強的運算能力，穩定性可靠性也是重中之重。zFAS將成為所有駕駛員輔助系統及自動駕駛車輛的標配，因此，它也是決定自動駕駛能否實現關鍵因素。

3、系統冗餘設計—— 自動駕駛的汽車需要有自己的Backup系統

自動駕駛的另一核心是多系統冗餘設計，為了達到安全需求，自動駕駛車輛應用了大量的冗餘設計。

說到這裡也許會有人不禁好奇，什麼是冗餘？很多動物都有兩隻眼睛，這其實算是一種冗餘，當一隻眼睛受傷后，剩下的一隻仍然能讓他們生存下去。像大型客機都有兩個或四個發動機，這也是冗餘設計，其中一個壞了，其餘的仍可讓客機安全返航。

在自動駕駛車上，所用到的感測器，控制電腦，執行器都有冗餘設計。比如同時應用了毫米波雷達，激光雷達，攝像頭，超聲波探頭等，相互補償和校驗。數據融合后，其可靠性大幅增加對惡劣環境的適應能力也更好。

在控制器方面，僅僅有主運算器也是不夠的，還需要監控系統時刻監測主運算器的工作狀態。制動和轉向的執行器也都需要至少兩套。這樣在其中一套系統出問題的時候，另一套馬上接管，把車輛安全停好。

三、坐在一台自動駕駛的汽車上是一種什麼樣的體驗

千呼萬喚始出來，2014年，一台A7自動駕駛概念車首次駛上國內道路。而這台A7最大的不同是，他的大腦，zFAS駕駛員輔助系統中央控制器首次使用了量產版本的zFAS。

要知道，即便到了現在，各種各樣的自動駕駛汽車依然滿載大型計算機進行運算。而在當時，所有的運算電腦全部集成在了只有幾個手機大小的zFAS中，這樣就能實現自動駕駛的汽車跟普通汽車一樣，而不是一個背著大電腦的測試器。

*圖片來源：汽車之家

*圖片來源：奧迪

然而，zFAS量產版和概念車的匹配成了大問題。這使得頭幾次外出自動駕駛測試都失敗而歸——要麼是自動駕駛功能無法激活，要麼是激活不久便自動退出，所以，多數時候需要工程師手動駕駛這台車。

作為曾經的原型車駕駛教練以及一名業餘車手，開車的時候我竟然緊張的手心出汗。因為，所有昂貴的感測器尤其是首次應用在自動駕駛車上的激光掃描儀，幾乎全都布置在前保險杠上，任何的碰撞或者剮蹭都可能損毀感測器，更重要的是，這台車已經確定要被展出，留給我們的時間並不多。

功夫不負有心工程師，經過近兩個月的調整，系統各項功能基本進入正常狀態，餘下的工作便是對車輛演算法和參數的精調。

第一次激活自動駕駛，完全不需再控制車輛， 手脫離開方向盤，車子自動發動停止，轉彎。那種前所未有的興奮，就是電影里的那種感覺：人車合一。

*圖片來源：紀錄片《汽車百年》截圖

然而這畢竟是台還未調整好的概念車，加之路況太過複雜，很多處理不了的情況需要駕駛員即時接管，精神緊張程度比自己開車高了好多。

面對的特殊路況，以歐洲路況為主導的研發多少有些水土不服。比如對於這台擁堵自動駕駛，激活條件就是擁堵，那麼針對如何定義擁堵，所有有關擁堵特性的參數都要寫到控制器里，這樣在擁堵環境中可以最大程度地激活系統，而避免因為個別情況而造成系統退出。

而針對國內有（liu）技（mang）巧（shi）的加塞，需要開發特殊的演算法，既能夠及時檢測並做出反應，又得避免受臨近車道車輛過多的干擾。

經過幾個月的的測試-調整-測試，車輛終於調試到了全面穩定狀態。在2015年5月在上海CES期間早晚高峰的內環路上，這台最接近量產的概念車向媒體對他的第一次亮相交出了一份完美的答卷。

天公作美，當天還下了大雨，然而系統仍然穩穩的控制著車輛，當時的那種自豪與滿足，我至今難忘！所以我駕駛自動駕駛汽車的感受，就是貴、緊張、累、興奮、滿足感、人車合一、夢想成真！

*圖片來源：薛遲拍攝於上海CES媒體試駕期間， 當時車外大雨，這台A7自動駕駛車在惡略天氣狀況下自動駕駛。

左：底盤測試工程師Hannes，媒體部 Johanna，駕駛員輔助系統與自動駕駛研發部門總監Stefan博士

右：自動駕駛研發工程師吳婧怡，奧迪研發中心總監梅薩德，自動駕駛研發工程師薛遲，底盤戰略師石曉明博士

四、相關法律法規進程的介紹

由於第二級的輔助駕駛仍然需要駕駛員控制車輛和監控交通，與正常駕駛並無本質區別，所以對修改法律和法規的壓力並不大。

但到三級后，駕駛員將不需要對自動駕駛時的車輛負責，這就需要法律和法規完善這部分的內容。總體來說，體現在對於車輛認證相關的技術標準，以及涉及安全的上路行駛許可。

在美國與歐洲，相關的法律法規也在加緊制定。美國的各州直接法律不盡相同，有些州目前明確禁止，有些則允許自動駕駛。歐洲也是一樣。很多國家和地區對新技術持觀望態度，也有些地區明確鼓勵新技術。