让自动(dòng)驾驶汽车(chē)成为现(xiàn)实
汽车(chē)行业在其发展历程中已经走过了很长时间的一段路。现在,制造自动驾驶汽车和自(zì)动(dòng)驾驶汽车的(de)技术已经不再只出现在科幻小说里,现(xiàn)实世界也已在逐渐应用。假如(rú)把(bǎ)未(wèi)来世(shì)界(jiè)想象(xiàng)成(chéng)一个类似太空时代(dài)充满飞(fēi)行器的世界,然后每架飞(fēi)行器都能够以精心策划的精准方式自由地穿越(yuè)地球,我承认这(zhè)种(zhǒng)假设真(zhēn)的很(hěn)诱人(rén),令人心神向往。不过我唯一不希望发生的(de)是(shì),未来的人们都要被迫穿上电影里那样的闪亮的银色(sè)连身裤——不知道(dào)是(shì)谁想到(dào)的这个主意。
当然,现实世界(jiè)中的实(shí)际情(qíng)况肯定会复杂很多(duō)。同样,对(duì)于未(wèi)来自动驾驶车辆的开发者(zhě)来说,他们(men)所面临的技(jì)术环境也会(huì)很复杂,尤(yóu)其是在概念验证阶段。除了独(dú)特和苛刻的开(kāi)发环境外,工(gōng)程(chéng)师们(men)还面(miàn)临着各种各样的关于定制的预置和云(yún)应(yīng)用软件方面(miàn)的(de)难(nán)题——所有这些应(yīng)用软件都(dōu)必须实时(shí)地相互通(tōng)信,这项任(rèn)务需要(yào)一个高度自治的工业物联(lián)网(IIoT)系统(tǒng)来实现。
司机们(men),发动引擎吧!
目前,有很(hěn)多汽车制造商都在积(jī)极参(cān)与自动驾驶汽车(AV,Automonous Vehicle)的(de)项目中。随着开发(fā)人员逐渐进入概念验证阶段,他们(men)多多少少都(dōu)会在实践过程中遇(yù)到一些突发障碍(ài)。
首先,自(zì)动(dòng)驾驶汽车的系(xì)统必须能够做三件主要(yào)的事情(qíng): 感知环境、处(chù)理有关环境(jìng)的数据以及根据环境信息采取行动(dòng)。从本质上讲,这就是一个(gè)循环,需要一遍又一遍(biàn)地重复。但是这(zhè)一过程中生成的数据(jù)量和处理这些(xiē)数据所要求的(de)速度很快就会变得令人(rén)难以承受。
自动驾驶汽车开发遭遇(yù)的(de)共同挑(tiāo)战
我(wǒ)们需要把(bǎ)上面的问题逐步拆解来看。当我们观察一(yī)辆自动驾驶汽(qì)车(chē)时,它必须有一个可以观察(chá)环境的(de)传感器套件(jiàn)(其(qí)中(zhōng)既包括简单(dān)的(de)驾驶员辅助技术,也包括较为复杂的高度自动或完全(quán)自动(dòng)的车辆系统)。环(huán)境传感器套件(jiàn)能够决定数据保真度的高(gāo)低,还能决定(dìng)从激光雷达传感器(qì)、雷达传感器、驱动器(qì)和其他(tā)输入点中收集到(dào)多(duō)少数据。我们称之为传感器融合或者数据融合,因为它只有在所有这些(xiē)组件都能够彼此互相共(gòng)享数(shù)据(jù)并(bìng)且对结论的准确性(xìng)达成一致结论时(shí)才能真正发挥作用。
接(jiē)下来我们需要思(sī)考,系统在哪些场(chǎng)景必须使用人工智能(AI)来解决问题(tí)。例如:我该(gāi)如何(hé)处理这些信息? 我要左转吗?我要直走吗? 我要右转吗? 环境(jìng)中(zhōng)发生了什么(me)?
除此之外,该系统还需要分析不(bú)同的瞬态因素。例如,迎面(miàn)而来的是人,还是自行车,还是汽(qì)车?然后根据不同的情况做出决策和应对计划。当然,当汽车根(gēn)据环境(jìng)采取了(le)行动之后,反过来(lái)也会改(gǎi)变环境(jìng),因此(cǐ),整个循环又会重新开始。
由此可见,真(zhēn)正(zhèng)的(de)挑战在于高(gāo)水平的互连性(xìng):系(xì)统的品(pǐn)质取决(jué)于捕获(huò)并处(chù)理(lǐ)数据的速度和质(zhì)量上。然后,当添加外部互连(lián)时(例如连(lián)接到云系统(tǒng)或者连接到其他系统),它们就成为互连(lián)解决(jué)方案的(de)一部(bù)分。其结果(guǒ)是会构成一个(gè)包含许多组件的复(fù)杂分布式系统,所有组件都被非常紧凑地打包在一起。
分层数据总线(xiàn)的概(gài)念
大规模的(de)可扩展(zhǎn)性是(shì)每(měi)个高度自动自(zì)治系统的核心前提(tí)。这(zhè)一(yī)说法尤其适用于自动驾(jià)驶汽车领域。这是因(yīn)为一个(gè)在受(shòu)控测试条(tiáo)件下运行(háng)的系统和一个真正准备好进入市场的系统存(cún)在(zài)很大的差异性,而即使是最优(yōu)秀的开(kāi)发人员团队也会被这种复杂性差(chà)异蒙蔽双眼。如果一个(gè)系统想要进入市场并发挥其功能——包括接受公众要求(qiú)的所有媒体(tǐ)检验和新的应用(yòng)场景测试,通常会在系统内增加一个全新的关键任务需求层,而到目前为(wéi)止还(hái)没有人能够很好地承担起这一任务。
分层数据总线(xiàn)(Layered Databus )是由工业互联(lián)网联盟(IIC)开发的(de)一(yī)个概(gài)念(niàn)和术(shù)语,IIC是一(yī)个促进(jìn)和协(xié)调工业互联网优先事(shì)项和(hé)实现技术的组织。分层数据总线的(de)开发(fā)目(mù)标是让开发团队能够识别系(xì)统中不同的控制平面(Control Plane)或信息平面(Information Plane )。除了对环境的完全控制(zhì)之外,团队还能够(gòu)指定服(fú)务质量(QoS),该服(fú)务质量(liàng)决定了(le)数据在不同(tóng)应用场景(包括可靠性、带宽和延迟(chí))的应用(yòng)软(ruǎn)件之间必须(xū)遵循的流动方式(shì)。
这种分层(céng)数(shù)据总(zǒng)线概念使开发人员可以在整个生态系(xì)统中使用相同的(de)标(biāo)准,它(tā)还允许开发人员为系(xì)统的不(bú)同部分设置(zhì)各(gè)自(zì)的条件和各(gè)自的(de)规则来管理数据(jù)。所(suǒ)有这(zhè)些都允许以一种标准化的方(fāng)式在不同的系统之间进行通信,而不必添加(jiā)新的协议、网关或其(qí)他的网桥(qiáo)。当然,分(fèn)层数据总线也允许团队为数据使用设定(dìng)不同的条件,以便系统具备(bèi)可靠性和可(kě)重复性。
关于自动驾(jià)驶汽车(chē)在(zài)目前行(háng)业内处于什么发展(zhǎn)阶段,以(yǐ)及什么时候我(wǒ)们才(cái)能在道路上看到4级(jí)和5级的自动驾(jià)驶汽车等一系列(liè)问题,目前(qián)还存在着(zhe)争议。尽管时(shí)间节点(diǎn)经(jīng)常会因(yīn)谈话对(duì)象(xiàng)的不同而有所(suǒ)不(bú)同,但有(yǒu)一件事是开(kāi)发(fā)人员已(yǐ)有共识的(de),即高级别的互连性(xìng)是(shì)获取和处理数据以及解决系统复杂性问题所必需的(de)核心要素。分层数据(jù)总线体系结(jié)构在这些系统(tǒng)中提供了标准化的(de)通信(xìn),并为开(kāi)发人(rén)员提供了(le)使无人驾(jià)驶汽车有效、快(kuài)速并(bìng)且安全地进入市场的工(gōng)具。