完全自動(dòng)駕駛汽車，估計(jì)還需要十年

最近又有從事哪些職業(yè)的人員將被機(jī)器所取代呢？其中一個(gè)備選答案是汽車司機(jī)——世界上最普遍的職業(yè)之一。傳統(tǒng)車企正在面臨一場(chǎng)主要由科技公司主導(dǎo)的以自動(dòng)駕駛技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)革命，而與之相關(guān)的各類媒體報(bào)道使得許多消費(fèi)者產(chǎn)生了他們的下一輛汽車將是完全自動(dòng)駕駛的預(yù)期。

但是，仔細(xì)審視一下實(shí)現(xiàn)高級(jí)別自動(dòng)駕駛（SAE Level 4及以上）所需的技術(shù)，就會(huì)了解到，真正實(shí)現(xiàn)并推廣該類汽車需要花上比預(yù)期更長(zhǎng)的時(shí)間，或許是5年，或許是10年。

厘清此次技術(shù)革命的脈絡(luò)

對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的首次嘗試主要集中在高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant Systems，ADAS）領(lǐng)域，屬于此類的功能包括緊急制動(dòng)（Emergency Braking），倒車攝像頭（Backup Camera），自適應(yīng)巡航控制（AdapTIve Cruise Control）以及自動(dòng)泊車系統(tǒng)（Self-Parking System）等，這些技術(shù)一開(kāi)始最先應(yīng)用在豪華車上。最終，產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)開(kāi)始要求在每輛汽車中都配置部分ADAS功能，這加速了其對(duì)大眾市場(chǎng)的滲透。截至到2016年，ADAS技術(shù)已經(jīng)形成了一個(gè)規(guī)模約為150億美元的市場(chǎng)。

在全球范圍內(nèi)，ADAS系統(tǒng)（例如，夜視功能及車輛盲點(diǎn)探測(cè)）的出國(guó)量從2014年的9000萬(wàn)套增加到了2016年的約1.4億套，僅兩年時(shí)間規(guī)模就增長(zhǎng)了50％。其中，部分ADAS功能相比于其他功能更有吸引力，例如，從2014年到2016年，具有環(huán)視視角的停車系統(tǒng)（Surround-View Parking Systems）的普及率增長(zhǎng)超過(guò)了150％，而自適應(yīng)前置照明系統(tǒng)（AdapTIve Front-LighTIng Systems）的數(shù)量在同一時(shí)間段內(nèi)增加了約20％，如圖1所示。

圖1 ADAS系統(tǒng)的部分市場(chǎng)數(shù)據(jù)

客戶的支付意愿和產(chǎn)品價(jià)格的下降都幫助了ADAS系統(tǒng)套件的普及。麥肯錫公司最近的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，為了給汽車配置相應(yīng)的ADAS功能，駕駛員將平均多花費(fèi)500 ~ 2500美元。盡管起初ADAS功能只在豪華車上配置，但目前許多汽車制造商可以在售價(jià)20000美元級(jí)別的汽車上配置相同的ADAS功能。許多高端汽車不僅在高速公路條件下能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎（即橫向控制）、加速及制動(dòng)（即縱向控制），而且還能采取相應(yīng)的行動(dòng)避免車輛發(fā)生碰撞。一些在有限距離的固定線路上行駛的商用乘用車（如短駁車）甚至可以將自己停入空間極為緊湊的停車位。

但是，雖然ADAS已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)展，但整個(gè)行業(yè)還沒(méi)有確定半自動(dòng)駕駛汽車（如SAE Level 3車輛）的最佳技術(shù)原型，因此目前仍處于測(cè)試-改進(jìn)模式（test-and-refine mode）。截至到目前為止，共出現(xiàn)了3種技術(shù)路線：

以攝像頭（Camera Systems）為主，毫米波雷達(dá)為輔；

以毫米波雷達(dá)（Radar）為主，攝像頭為輔；

混合路線，即把激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等硬件以及傳感器融合算法相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境更細(xì)致的理解。

實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)路線的成本各不相同，其中“混合路線”最為昂貴。截至到目前為止，上述3種技術(shù)路線之間尚未決出勝負(fù)，每個(gè)系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，例如，“以毫米波雷達(dá)為主”的方法可以在高速公路場(chǎng)景下運(yùn)行良好，該場(chǎng)景中的交通流量相對(duì)而言較易預(yù)測(cè)且對(duì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)繪的精度要求并不高。另一方面，“混合路線”的方法在人口稠密的城市地區(qū)能夠更好地工作，在該場(chǎng)景下，精確的測(cè)繪可以幫助汽車能沿狹窄的街道行駛，識(shí)別出體積較小的但影響行駛安全的物體。

解決自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)中的難題

自動(dòng)駕駛汽車無(wú)疑將開(kāi)啟了交通運(yùn)輸行業(yè)的新時(shí)代，但整個(gè)行業(yè)尚需解決一些技術(shù)難題，方可真正實(shí)現(xiàn)能夠商業(yè)化的自動(dòng)駕駛技術(shù)。我們已經(jīng)看到，ADAS功能可以減輕駕駛負(fù)擔(dān)，并使駕駛的過(guò)程變得更安全。但在某些情況下，該技術(shù)也會(huì)引發(fā)新的問(wèn)題，例如，人類過(guò)分信任或依賴這些新系統(tǒng)。這并不是一個(gè)新現(xiàn)象，當(dāng)安全氣囊成在20世紀(jì)90年代為汽車的標(biāo)配時(shí)，一些駕駛員和乘客將此作為自己可以不佩戴安全帶的理由，顯然這種錯(cuò)誤的觀念將導(dǎo)致額外傷亡事件的發(fā)生。

與之相類似，ADAS功能的標(biāo)配化會(huì)使駕駛員在工況超出ADAS處理能力的情況仍然盲目依靠它。例如，自適應(yīng)巡航控制技術(shù)在汽車直接跟隨另一輛行駛中的汽車時(shí)能夠運(yùn)行良好，但它通常不能發(fā)現(xiàn)靜止的物體。不幸的是，現(xiàn)實(shí)生活中的情況以及受控實(shí)驗(yàn)都表明，對(duì)自動(dòng)化過(guò)于信任的駕駛員最終會(huì)以撞上靜止的汽車或其他物體而告終。ADAS目前可實(shí)現(xiàn)的功能有限，而這正是許多早期用戶所沒(méi)有真正領(lǐng)會(huì)理解到的。

此外，還有一些因素會(huì)導(dǎo)致安全難題。2015年，在美國(guó)，駕駛傳統(tǒng)汽車（即SAE Level 0）的司機(jī)因開(kāi)車時(shí)分心而引發(fā)的交通事故造成了近3500人死亡，39萬(wàn)余人受傷。不幸的是，據(jù)專家預(yù)計(jì)，在引入具有某種級(jí)別自動(dòng)駕駛功能但仍要求人類駕駛員隨時(shí)接管車輛控制權(quán)以防止事故發(fā)生（注：即該自動(dòng)駕駛系統(tǒng)仍然無(wú)法完全取代人類駕駛員，應(yīng)該指SAE Level 3及以下的自動(dòng)駕駛水平）的汽車之后，一開(kāi)始車禍發(fā)生的數(shù)量并不會(huì)顯著下降。

安全專家擔(dān)心，半自動(dòng)駕駛汽車的駕駛員可能會(huì)在自動(dòng)駕駛模式下進(jìn)行閱讀或發(fā)短信等活動(dòng)，從而在被要求接管汽車控制權(quán)的瞬間會(huì)缺乏對(duì)環(huán)境必要的感知。隨著駕駛員又再次操控汽車，他們必須立即評(píng)估周圍環(huán)境、確定車輛在其中的位置、分析其所面臨的危險(xiǎn)狀況并選定一個(gè)安全的行動(dòng)方案。而當(dāng)車速達(dá)到65英里/小時(shí)（約合104公里/小時(shí)）時(shí)，汽車只需不到4秒的時(shí)間便可駛過(guò)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)長(zhǎng)度的距離，且駕駛員將控制權(quán)交給汽車的時(shí)間越長(zhǎng)，再次進(jìn)入駕車狀態(tài)的過(guò)程也會(huì)越長(zhǎng)。因此，汽車制造商必須開(kāi)發(fā)更好的人機(jī)界面，以確保新技術(shù)將挽救更多的生命而不是引發(fā)更多的事故。

我們?cè)谄渌麍?chǎng)合也遇到過(guò)類似的問(wèn)題：2009年，因?yàn)轱w行員在客機(jī)處于自動(dòng)駕駛模式下飛行時(shí)沒(méi)有及時(shí)接管控制權(quán)，致使該航班飛機(jī)駛過(guò)了其目的地機(jī)場(chǎng)約150英里才被發(fā)現(xiàn)。對(duì)于半自動(dòng)駕駛汽車而言，“空域”（對(duì)應(yīng)于汽車行駛的“地面”）將變得更加擁擠，“飛行員”（對(duì)應(yīng)于操控汽車的“駕駛員”）的訓(xùn)練狀況也較差。因此，對(duì)于全神貫注于做其它事情的駕駛員而言，汽車在自動(dòng)駕駛模式下運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)變得更加危險(xiǎn)。

向全自動(dòng)駕駛演進(jìn)

在接下來(lái)的5年中，可能會(huì)出現(xiàn)屬于SAE Level 4級(jí)別的自動(dòng)駕駛汽車，該類汽車能夠在特定場(chǎng)景下完成所有原本需要人類駕駛員完成的駕駛?cè)蝿?wù)，期間并不需要人類駕駛員的干預(yù)。雖然此技術(shù)已經(jīng)能夠在有限場(chǎng)景下以將來(lái)正常工作的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，但真正驗(yàn)證該系統(tǒng)的性能可能仍然需要花費(fèi)數(shù)年時(shí)間，因?yàn)橄到y(tǒng)必須進(jìn)行大量測(cè)試以求得能夠暴露于罕見(jiàn)場(chǎng)景（注：即機(jī)器學(xué)習(xí)中所謂的“Edge Cases”）中的機(jī)會(huì)，并采取應(yīng)對(duì)措施將其剔除。此外，工程師還需要實(shí)現(xiàn)與保證系統(tǒng)可靠性及安全性方面的目標(biāo)。起初的時(shí)候，公司通常會(huì)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成能夠在特定地理區(qū)域內(nèi)的特定應(yīng)用場(chǎng)景中可靠運(yùn)行，即所謂的設(shè)定“地理柵欄”（Geofence）。另外一個(gè)先決條件是，在調(diào)整系統(tǒng)以確保能在特定場(chǎng)景中成功運(yùn)行之后，當(dāng)“地理柵欄”擴(kuò)展到涵蓋更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和更大面積的地理區(qū)域時(shí)，亦需進(jìn)行相應(yīng)的額外調(diào)整。

實(shí)現(xiàn)SAE Level 4及SAE Level 5的難點(diǎn)在于需要在任何環(huán)境下且在沒(méi)有任何限制的條件下安全地操控汽車，例如，需要在沒(méi)有繪制過(guò)地圖的地區(qū)或者沒(méi)有車道線及重要基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境特征的道路上行駛。因此，由于工程師必須要覆蓋和測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)景（Use Cases）數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，建立一個(gè)可在（大部分）無(wú)限制環(huán)境中運(yùn)行的系統(tǒng)將需要花費(fèi)更多的精力。例如，在沒(méi)有車道標(biāo)記或車輛行駛在未鋪設(shè)石板/柏油的道路上，系統(tǒng)必須能夠判斷出哪些區(qū)域是可行駛區(qū)域。這是一個(gè)困難的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)問(wèn)題，特別是如果路面與周圍環(huán)境沒(méi)有顯著差異時(shí)，例如道路被大雪所覆蓋時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛可能需要花費(fèi)10年以上的時(shí)間

鑒于目前的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)10年內(nèi)完全自動(dòng)駕駛汽車（SAE Level 4及以上級(jí)別）將難以真正實(shí)現(xiàn)，其中主要的障礙在于開(kāi)發(fā)滿足SAE Level 4及以上級(jí)別要求的軟件。雖然硬件方面的技術(shù)創(chuàng)新能夠提供所需的計(jì)算能力，而且價(jià)格（特別是傳感器）會(huì)下降（注：由于反摩爾定律的作用），但軟件仍將是關(guān)鍵的技術(shù)瓶頸。

事實(shí)上，硬件的性能已經(jīng)接近達(dá)到使高度優(yōu)化后的自動(dòng)駕駛汽車軟件（Well-OpTImized AV Software）順暢運(yùn)行所需的水平，目前的技術(shù)應(yīng)該能夠很快達(dá)到自動(dòng)駕駛汽車所需的計(jì)算能力，不論是圖形處理器（Graphics Processing Units，GPU）還是中央處理器。

目前攝像頭已經(jīng)能夠滿足測(cè)試距離、分辨率和視場(chǎng)等方面的性能要求，但在惡劣天氣條件下也面臨顯著的局限性。毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，它是惡劣天氣及路況條件下進(jìn)行探測(cè)的最佳選項(xiàng)。提供最佳視場(chǎng)的是激光雷達(dá)，它可以極高的精度探測(cè)車輛周圍360度內(nèi)的環(huán)境狀況。雖然目前市場(chǎng)上出售的激光雷達(dá)的價(jià)格還非常昂貴，但一些商業(yè)上可行的小型廉價(jià)產(chǎn)品應(yīng)該會(huì)在未來(lái)一兩年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)。幾家高科技公司聲稱可將激光雷達(dá)的成本降低到500美元以下，另一家公司已經(jīng)推出了一種售價(jià)約為10000美元的能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)（大約有十幾個(gè)傳感器）。從商業(yè)化的角度來(lái)看，企業(yè)需要了解SAE Level 5汽車所需的最佳的傳感器數(shù)量，以控制整車的成本。（注：例如，以色列固態(tài)激光雷達(dá)創(chuàng)業(yè)公司Innoviz在5月23日剛剛推出的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品InnovizPro的售價(jià)將低于7000美元）

令人頭疼的軟件方面的問(wèn)題仍然存在

開(kāi)發(fā)出與自動(dòng)駕駛汽車硬件所具備的全部潛力相配且能充分利用之的軟件仍然需要較長(zhǎng)時(shí)間，鑒于問(wèn)題的復(fù)雜性和目前以科研為導(dǎo)向的屬性，工程開(kāi)發(fā)方面的時(shí)間進(jìn)度表基本已處于停滯狀態(tài)。

一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是，自動(dòng)駕駛汽車必須在道路上有其他自動(dòng)駕駛汽車以及人類駕駛員的情形下，學(xué)習(xí)如何與之協(xié)商駕駛方式（注： Chris Urmson在4月份CMU的講座中也指出這是一個(gè)令人頭疼的博弈難題）。此外，使用易出錯(cuò)的GPS傳感器來(lái)對(duì)車輛進(jìn)行高精度定位是另一個(gè)待解決的復(fù)雜問(wèn)題。解決上述難題不僅需要大量的前期研發(fā)，而且還需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和驗(yàn)證。

3種類型的問(wèn)題更具體地說(shuō)明了軟件問(wèn)題。首先是物體分析（Object Analysis），即探測(cè)到物體并理解它們所代表的含義，對(duì)自動(dòng)駕駛汽車至關(guān)重要。例如，該系統(tǒng)應(yīng)該以不同的方式處理靜止停放的摩托車和在路邊騎自行車的人。因此，必須在物體分析階段就捕捉到兩者之間關(guān)鍵性的差異。

物體分析問(wèn)題中的初步挑戰(zhàn)是物體探測(cè)，考慮到一天中不同的時(shí)間段、環(huán)境背景和任何可能的運(yùn)動(dòng)，這項(xiàng)任務(wù)可能會(huì)變得很困難。此外，考慮到傳感器所采集的各數(shù)據(jù)類型（來(lái)自激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，來(lái)自雷達(dá)的對(duì)象列表以及來(lái)自相機(jī)圖像數(shù)據(jù)）之間的差異，確認(rèn)物體的存在性及其類型所需的傳感器融合算法在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)是極具挑戰(zhàn)性的。

第2個(gè)問(wèn)題決策系統(tǒng)（Decision-Making Systems）的設(shè)計(jì)。為了模仿人類的決策，它們必須歷經(jīng)大量應(yīng)用情景并進(jìn)行密集且全面的“訓(xùn)練”。理解和標(biāo)注收集的不同的場(chǎng)景和收集到的圖像對(duì)于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言是一個(gè)運(yùn)用普通方法所難以解決的問(wèn)題，創(chuàng)建全面的、能夠覆蓋到自動(dòng)駕駛汽車所能遇到的所有場(chǎng)景的“if-then”規(guī)則庫(kù)是行不通的。但是，開(kāi)發(fā)人員可以先構(gòu)建一個(gè)“if-then”的規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在此基礎(chǔ)上利用機(jī)器學(xué)習(xí)引擎來(lái)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，因?yàn)楹笳吣軌蛟谔囟▓?chǎng)景中進(jìn)行智能推理并采取相應(yīng)行動(dòng)，而創(chuàng)建一個(gè)這樣的引擎是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，需要完成大量的開(kāi)發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證工作。

最后，該系統(tǒng)還需要一個(gè)故障安全機(jī)制（Fail-Safe Mechanism），該機(jī)制能確保在汽車發(fā)生故障時(shí)不會(huì)讓車上的乘客和周圍的人員陷于險(xiǎn)地。目前尚無(wú)方法來(lái)檢查每一個(gè)可能的軟件狀態(tài)及其所造成的結(jié)果，建立防護(hù)措施以防止最壞結(jié)果的發(fā)生同時(shí)控制車輛以使其安全地停車仍是待解決的難題。因此，冗余設(shè)計(jì)和長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試工作將是必須的。

在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)駕駛的道路上披荊斬棘

隨著各企業(yè)推出軟件包（software envelope）來(lái)嘗試創(chuàng)建第一批全自動(dòng)駕駛汽車，它們需要解決與圖2中所列因素相關(guān)聯(lián)的技術(shù)難題。

圖2 自動(dòng)駕駛汽車系統(tǒng)的組成元件

感知技術(shù)、定位技術(shù)以及測(cè)繪技術(shù)

為了完善自動(dòng)駕駛汽車，參與該領(lǐng)域的企業(yè)正在用不同的技術(shù)路線來(lái)解決自動(dòng)駕駛汽車在感知、測(cè)繪及定位等方面遇到的技術(shù)難題。

感知技術(shù)（Perception）：目標(biāo)是以最少的測(cè)試及驗(yàn)證里程來(lái)達(dá)到可靠的感知水平，目前存在兩種技術(shù)路線：

毫米波雷達(dá) + 超聲波雷達(dá) + 攝像頭（Radar， Sonar and Cameras）：為了感知環(huán)境中的車輛和其他物體，自動(dòng)駕駛汽車將使用毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)及攝像系統(tǒng)，該技術(shù)路線并不能在特別高的精度水平上（on a deeply granular level）對(duì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，但只需要較少的計(jì)算資源；

上述傳感器 + 激光雷達(dá)（Lidar Augmentation）：第2種技術(shù)路線在毫米波雷達(dá)和攝像系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還使用了激光雷達(dá)。它要求配置更強(qiáng)大的計(jì)算能力，但在各種環(huán)境中的魯棒性更好，尤其是在擁擠且交通流量很大的環(huán)境。

專家們相信第2種技術(shù)路線將最終成為許多未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)參與者們所青睞的方法，這可以從許多汽車制造商、一級(jí)供應(yīng)商及科技公司目前所使用的測(cè)試車輛上得到間接驗(yàn)證，這些汽車大都配置了激光雷達(dá)。

測(cè)繪技術(shù)（Mapping）：目前自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)者們正在使用技術(shù)路線有以下兩種：

精細(xì)的高清地圖（Granular， High-Definition Maps）：為了構(gòu)建高精地圖，企業(yè)經(jīng)常使用配置有激光雷達(dá)和攝像頭的測(cè)繪車輛，它們沿著目標(biāo)路線行進(jìn)，以創(chuàng)建含有周圍環(huán)境360度信息（包括深度信息）的3D高精地圖；

特征測(cè)繪（Feature Mapping）：這種技術(shù)路線不一定需要配置激光雷達(dá)，而可以使用相機(jī)（通常與雷達(dá)相結(jié)合）僅繪制某些能夠幫助實(shí)現(xiàn)車輛導(dǎo)航的特定的道路特征。例如，捕捉車道線、道路及交通標(biāo)志、橋梁和其它相對(duì)靠近道路的物體。雖然這種技術(shù)路線只提供了較低的測(cè)繪精度，但處理和更新起來(lái)更容易。

捕獲的數(shù)據(jù)將被（手動(dòng)地）進(jìn)行分析以產(chǎn)生語(yǔ)義數(shù)據(jù)，例如，具有時(shí)間限制的車速指示牌。通過(guò)使用有人駕駛或自動(dòng)駕駛且每輛車都配置有連續(xù)收集與更新地圖所需的遙感器組件的車隊(duì)，地圖制造商可以改進(jìn)上述兩種技術(shù)路線。

定位技術(shù)（Localization）：通過(guò)識(shí)別出車輛在其環(huán)境中所處的確切位置，定位技術(shù)是自動(dòng)駕駛汽車選定向哪里走并決定怎么走的關(guān)鍵先決條件，目前有下列幾類常見(jiàn)的技術(shù)路線：

高精地圖（HD Mapping）：該方法使用車載傳感器（包括GPS）來(lái)將自動(dòng)駕駛汽車感知到的環(huán)境與相應(yīng)的已有的高精地圖進(jìn)行比對(duì)，提供了車輛可在高精度水平上確定其位置（包括車道信息）及正朝著哪個(gè)方向的參照點(diǎn)。

無(wú)高精地圖輔助的GPS定位（GPS Localization without HD Maps）：此種技術(shù)路線依賴于GPS進(jìn)行近似定位，然后使用自動(dòng)駕駛汽車的傳感器來(lái)監(jiān)視其環(huán)境中的變化以改善其定位信息。例如，此類系統(tǒng)會(huì)將GPS的定位數(shù)據(jù)與車載攝像機(jī)捕獲的圖像進(jìn)行結(jié)合，通過(guò)逐幀的比對(duì)分析（frame-by-frame comparative analysis）來(lái)降低GPS信號(hào)的誤差范圍。GPS的在水平方向上定位的95％置信區(qū)間約為8米，相當(dāng)于正常路面的寬度。

需要指出的是，上述兩種技術(shù)路線還嚴(yán)重依賴于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation Systems，IHS）和測(cè)距數(shù)據(jù)（Odometry Data）。經(jīng)驗(yàn)表明，通常情況下第1種路線的魯棒性更好，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的定位，而第2種路線在操作上更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴⒉恍枰呔貓D。鑒于兩者之間的在精度上差異，設(shè)計(jì)人員可以在車輛的精確定位信息對(duì)于導(dǎo)航并不是必須的場(chǎng)景下（例如，農(nóng)村和人口較少的道路）使用第2種方法。

決策

全自動(dòng)駕駛汽車在行駛的每一英里路程中需要做出成千上萬(wàn)個(gè)決定，而且它必須以非常高的準(zhǔn)確率長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行。目前，自動(dòng)駕駛汽車的設(shè)計(jì)者們主要使用以下幾種方法來(lái)確保車輛行駛在正確的路線上：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural Networks）：為了確定具體的場(chǎng)景并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，今天自動(dòng)駕駛汽車的決策系統(tǒng)主要采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然而，這些網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性質(zhì)可能使得難以理解系統(tǒng)做出某些決定的根本原因或邏輯。

基于規(guī)則的決策（Rule-based Decision Making）：工程師想出所有可能的“if-then規(guī)則”的組合，然后在用基于規(guī)則的技術(shù)路線對(duì)汽車的決策系統(tǒng)進(jìn)行編程，但此種路線需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力并且可能無(wú)法涵蓋到每一個(gè)潛在的場(chǎng)景，這些都使得它在實(shí)際應(yīng)用時(shí)并不可行。

混合路線（Hybrid Approach）：許多專家認(rèn)為將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于規(guī)則的編程方法相結(jié)合的技術(shù)路線是最佳的解決方案，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)為每一個(gè)被中央集權(quán)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所連接的各獨(dú)立進(jìn)程引入特定的冗余神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的固有復(fù)雜性（Developers can resolve the inherent complexity of neural networks by introducing redundancy—specific neural networks for individual processes connected by a centralized neural network），此時(shí)“if-then規(guī)則”可以對(duì)其進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

目前，結(jié)合統(tǒng)計(jì)推理模型的混合路線是最流行的技術(shù)路線。

測(cè)試與驗(yàn)證

整個(gè)汽車行業(yè)在汽車測(cè)試與驗(yàn)證技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，以下是用于開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車的典型方法：

蠻力（Brute Force）：工程師讓汽車行駛數(shù)百萬(wàn)英里，以確定所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否安全并按預(yù)期運(yùn)行，該方法的困難在于所必須累積的測(cè)試?yán)锍虜?shù)，這可能需要花費(fèi)掉大量的時(shí)間。研究表明，自動(dòng)駕駛汽車將需要大約2.75億英里的行駛里程來(lái)證明，在95％置信度的條件下，他們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)駕駛汽車的故障率為每1億英里造成1.09起交通死亡事故，該數(shù)據(jù)相當(dāng)于2013年美國(guó)的由人為原因所造成的交通死亡率。當(dāng)然，為了表現(xiàn)出比人類更好的性能，自動(dòng)駕駛汽車所需測(cè)試?yán)锍绦柽_(dá)到數(shù)十億英里。

據(jù)蘭德公司（Rand Corporation）研究員尼迪-卡拉和蘇珊-帕多克估計(jì)，如果100輛自動(dòng)駕駛汽車每天運(yùn)行24小時(shí)，每年運(yùn)行365天，以平均25英里/時(shí)（約合40公里/時(shí)）的速度行駛，則需要十多年時(shí)間才能積累2.75億英里測(cè)試?yán)锍虜?shù)。

軟件在環(huán)或模型在環(huán)的仿真（Software-In-the-Loop （SiL） or Model-in-the-Loop （MiL） Simulations）：另一種更可行的方法將現(xiàn)實(shí)世界的測(cè)試與仿真相結(jié)合，這可以大大減少汽車行業(yè)也已熟悉且必須完成的測(cè)試?yán)锍虜?shù)，在仿真所構(gòu)建的各種場(chǎng)景中，通過(guò)算法控制車輛進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)對(duì)來(lái)證明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)確實(shí)可以在各種場(chǎng)景下做出正確的決定。

硬件在環(huán)的仿真（hardware-in-the-Loop，HiL）：為了驗(yàn)證真實(shí)硬件的運(yùn)行情況，HiL仿真可以對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并將預(yù)先記錄的傳感器數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)，此種技術(shù)路線降低了車輛測(cè)試和驗(yàn)證的成本，并增加研發(fā)人員了對(duì)其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的信心。

最終，企業(yè)們可能會(huì)實(shí)施一種混合路線，應(yīng)用上述所有方法，以期在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的置信水平。

加速自動(dòng)駕駛汽車的研發(fā)及部署進(jìn)程

綜上所示，雖然目前的評(píng)估表明，大規(guī)模引入全自動(dòng)駕駛汽車可能還需要10多年的時(shí)間，整個(gè)行業(yè)的參與者仍然可以通過(guò)多種方法來(lái)壓縮這一時(shí)間框架。

首先，參與到自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)的科技公司（注：如Waymo、Apple及Uber）應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，單個(gè)公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車所需的整套軟件和硬件系統(tǒng)是極具挑戰(zhàn)性的。因此，它們需要更加擅長(zhǎng)合作和形成產(chǎn)業(yè)合作伙伴關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，它們可以與行業(yè)的傳統(tǒng)參與者（如技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司、一級(jí)供應(yīng)商和汽車制造商）形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟關(guān)系，在更細(xì)化的層面上，這意味著與對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車非常重要的技術(shù)供應(yīng)商進(jìn)行合作，如激光雷達(dá)技術(shù)及地圖技術(shù)供應(yīng)商。

其次，為幾家企業(yè)所專有的解決方案（Proprietary Solution）開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證起來(lái)可能會(huì)過(guò)分地昂貴，因?yàn)樗鼈円筮@幾家參與企業(yè)承擔(dān)所有責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)放的心態(tài)和商定的標(biāo)準(zhǔn)不僅會(huì)加速進(jìn)程，且能使正在開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)擁有更好的魯棒性。因此，以設(shè)計(jì)互通性部件（Interoperable Components）作為準(zhǔn)則的開(kāi)發(fā)模式，將起到鼓勵(lì)采用模塊化、即插即用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架的作用。

此外，另一種加快這一進(jìn)程的方法是將致力于對(duì)組件的開(kāi)發(fā)的行業(yè)風(fēng)氣逐步轉(zhuǎn)到對(duì)集成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)（Integrated System Development）。不同于目前行業(yè)主流的只專注于開(kāi)發(fā)擁有特定用途的組件，業(yè)界需要更多地關(guān)注開(kāi)發(fā)實(shí)際系統(tǒng)（Actual Systems），特別是考慮到自動(dòng)駕駛汽車所面臨的艱巨的安全方面的難題。事實(shí)上，在車輛的整個(gè)生命周期中達(dá)到一定水平的可靠性和耐用性，將成為整個(gè)行業(yè)所必須完成的新的強(qiáng)制性任務(wù)，如同在航空業(yè)已經(jīng)要求的那樣，而強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)層面進(jìn)行開(kāi)發(fā)可能是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的最佳方法。

全自動(dòng)駕駛汽車可能會(huì)在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)，但是目前各家企業(yè)大都已在自動(dòng)駕駛原型汽車最終將會(huì)如何呈現(xiàn)的賭局中投下了巨額賭注。自動(dòng)駕駛汽車將會(huì)如何做出決策、感知周圍環(huán)境并保護(hù)其搭載的人員呢？想要掌控自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略要素的傳統(tǒng)車企正面臨著一批技術(shù)上富有競(jìng)爭(zhēng)力且資源雄厚的挑戰(zhàn)者，后者有能力給最優(yōu)秀的業(yè)內(nèi)人士（the best-positioned insider）提供難以拒絕的豐厚薪酬包。

鑒于自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)狂飆突進(jìn)的發(fā)展速度，企圖在該產(chǎn)業(yè)中討得一杯羹的企業(yè)在戰(zhàn)略層面給自己定位以便快速抓住此次產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。而對(duì)于監(jiān)管機(jī)構(gòu)而言，需要追蹤最新的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，以便在不妨礙技術(shù)創(chuàng)新的前提下，確保公眾的安全。

關(guān)于作者

Kersten Heineke是麥肯錫法蘭克福辦事處的合伙人，Philipp Kampshoff是休斯敦辦事處的合伙人，Armen Mkrtchyan是南加州辦事處的顧問(wèn)，Emily Shao是芝加哥辦事處的顧問(wèn)，他們都?xì)w屬與麥肯錫未來(lái)出行中心（McKinsey Center for Future Mobility）。此外，作者希望感謝Aditya Ambadipudi，Johnathan Budd，Martin Kellner和Luca Pizzuto對(duì)本文的貢獻(xiàn)。