[首發于智駕最前沿微信公眾號]自動駕駛技術的發展正朝著多元化方向邁進,其中低速自動駕駛小車(以下簡稱“低速小車”)因其在物流配送、園區運維、社區服務等場景中的獨特價值而受到廣泛關注,且現階段已經深入到我們生活的方方面面。與面向開放道路、高速巡航的乘用車自動駕駛系統相比,低速小車在技術實現、系統架構、硬件配置、軟件算法及安全冗余等方面都存在顯著差異和針對性優化。
從感知需求方面相比,低速小車的行駛環境通常為如工廠倉庫、園區道路、小區環路等封閉或半封閉的場地。這類場景具有道路結構相對單一、行人及障礙物行為可預測性更強的特點。因此,低速小車在傳感器配置上可以適度簡化,不必依賴大范圍、高性能的長距激光雷達和毫米波雷達,而是更多采用短距激光雷達、超聲波傳感器及低成本攝像頭的組合。短距激光雷達成本較低、分辨率足夠應對1–10米范圍內的障礙物檢測;超聲波傳感器則在近距離避讓靜態小障礙物時具有快速反饋優勢;攝像頭則用于識別車道邊界、地面標識甚至二維碼導航點。與乘用車級別自動駕駛依賴的多線束、高性能、高成本的激光雷達相比,低速小車傳感器融合方案更注重性價比和單一場景精準覆蓋,而非全方位、全場景的感知覆蓋。
在定位與地圖層面比較,乘用車自動駕駛系統往往需要高精度的三維高清地圖(HD Map),并結合RTK/PPK級別的GNSS、慣性測量單元(IMU)、視覺SLAM等算法,實現厘米級或亞厘米級定位,以應對復雜的城市道路、交叉路口及高速公路環境。低速小車的環境相對可控,且通常行駛于GPS信號遮擋較少或已部署基礎設施(如室內定位基站、藍牙鑰匙點、視覺標簽等)的區域。因此,其定位系統可以降低對RTK精度的依賴,而是結合輪速計、低成本IMU和視覺里程計,以及預先標定的局部二維平面地圖,實現分辨率在10–20厘米范圍內的定位精度。這種精準度足以支撐低速、短距離的路徑跟蹤與障礙物規避。此外,當環境具有明顯人工特征(如地面二維碼、墻面標識)時,可通過視覺識別進行標定補償,進一步提升定位的穩定性和魯棒性。
從決策與路徑規劃方面討論,乘用車自動駕駛面臨的交通參與者類型多樣、行為難以預測,要求實時進行全局路徑規劃與局部避障、動態行為預測等復雜算法,常結合深度學習與模型預測控制(MPC)等前沿技術。而低速小車的應用場景目標單一,通常是從倉庫A到配送點B,或在封閉園區內完成固定線路巡檢。路徑規劃可以采用事先規劃好的預定義軌跡或基于柵格地圖的A*、Dijkstra等經典算法,結合簡單的行為樹對靜態或緩慢移動的行人與車輛做避讓。在預測模型方面,低速小車只需預測行人的簡單軌跡或其他小車的低速移動,不必為大車高速切線、人車復雜交互等極端情況設計大規模神經網絡,因此算力需求和模型推理時間大幅降低,系統延遲得以在幾十毫秒級別以內滿足實時性要求。
在控制執行層面的差異則源于速度和動力學模型的不同。乘用車級自動駕駛要考慮高速超車、緊急避險、彎道漂移等復雜動力學響應,對車輛底盤的響應頻率、控制回路的帶寬及執行精度要求非常高。故而其執行器需要高性能的電子助力轉向(EPS)、高精度制動控制(EBS)、電子油門控制(ETC)等硬件,并配以實時性極強的嵌入式系統。相比之下,低速小車在行駛速度一般不超過15公里/小時,運動學模型更接近低速差速或小型電動底盤,慣性效應小、側滑風險低,可采用更簡單的PID或基于線性二次型調節器(LQR)的控制算法,執行頻率也可放寬至50–100Hz,而非千赫茲級別。在硬件選型上,低速小車可使用成本更低、易于集成的電機驅動器和舵機式轉向機構。
在系統冗余與安全設計方面,乘用車自動駕駛系統為滿足ISO 26262 ASIL-D級功能安全要求,通常需要在傳感器、計算平臺、執行器上實現硬件雙重或三重冗余,并通過安全實時操作系統(RTOS)及多域控制器(域控制電腦)進行任務分區與隔離。低速小車由于場景相對可控,可在風險評估(FMEA)基礎上,將ASIL級降至B或C級,只對關鍵部件(如制動系統)進行冗余設計,并以軟件異常檢測、故障安全停靠策略為主進行安全風險管理。此外,低速小車往往配備碰撞緩沖結構和外置“死亡開關”或安全圍欄感應帶,當系統檢測到異常時可主動斷電制動,實現低速緊急停車。
從系統集成與運維方面討論,乘用車自動駕駛研發周期長、車型迭代更新緩慢,廠商需構建整車級通訊域、OTA升級平臺及豐富的后臺云服務,而低速小車面向的是規模化布署場景,需求快速迭代與大規模運維。因而其軟件架構更傾向于輕量化的ROS 2或專有實時框架,支持模塊化插件式部署與遠程診斷接口。OTA更新的內容也多為場景腳本與地圖數據,而非核心感知算法或底層控制固件,一旦出現問題可在本地回滾至上一穩定版本。低速小車通常以租賃或服務化模式運作,因此對成本敏感,硬件模塊統一化、傳感器共享化和簡易的維護工具(如一鍵標定設備)成為必要設計考量。
綜上可見,低速自動駕駛小車與乘用車自動駕駛在技術需求上存在明顯差異,前者在感知、定位、規劃、控制及安全冗余上均以“滿足單一、可控、低速場景”為核心導向,通過簡化硬件配置、優化算法復雜度、降低ASIL等級及注重運維成本,實現了低成本、高效率的自動駕駛解決方案;后者則因應更復雜、多變的開放道路環境,需在精度、覆蓋范圍、冗余度和安全等級上達到極致。未來,隨著技術發展和應用邊界的不斷拓展,這兩類自動駕駛系統將相互借鑒:低速小車將在模塊化和標準化方面為乘用車自動駕駛提供新思路,而乘用車級別的算法和安全框架也可能逐步下沉至低速場景,促使整個自動駕駛生態走向更高的成熟度與可靠性。
審核編輯 黃宇
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