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博世产品经理陈述演讲:自动驾驶究竟应该如何布局?

发布时间:2022-08-01 发布时间:
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对于自动驾驶定位而言,卫星定位与特征定位是同时必须的。

 

从博世的角度来看,我们认为要让自动驾驶车辆安全的行驶,必须要在全工况下提供出准确安全可靠的定位,因此我们提出的解决方案是基于卫星定位和特征定位互为冗余和补充的定位结果。对于卫星定位而言,我们开发出了车辆运动与位置传感器产品,我们称为卫星定位智能传感器,提供绝对位置信息。另外我们还有基于特征定位的博世道路特征产品,基于毫米波雷达和摄像头环境此类感知传感器搜集的道路特征,形成特征图层,下发给车端来使用。

 

可能会有人问到,为什么必须是二者互为补充和冗余的,我这里列举了几个比较典型的应用场景,可以有一个更直观的反映。对卫星定位来说,卫星信号有自己固有的弊端,比如在隧道里,卫星信号被遮挡,没有办法正常使用,或者因为多路径效应,卫星定位的性能也会受到一定的影响,然而此时,特征定位可靠性是可以保障的。另外一些场景,比如很恶劣的天气情况,严重的雨雪天气等,视觉定位受到影响。一些路段基础特征缺乏,比如路边的道路边界信息不是很清晰,特征定位性能会有所影响。但此时,卫星定位依旧可以发挥它的优势。 

 

这里举出部分应用场景和案例,对于自动驾驶而言,应用场景是非常庞大的数据库,所以为了保证全时全工况下均有可用的定位结果,我们提出了基于卫星定位和特征定位互为冗余和补充的一整套解决方案。

 

我们可以具体看一下,特征定位,刚才上午清华大学江老师为大家分析了地图的不同的图层,特别强调特征图层,这是地图非常重要的组成部分。我所展示的商业模式——众包已经有图商实现了这种商业模式,所以这种众包商业模式的可靠性毋庸置疑。

 

我们和图商是合作的关系,所擅长的区域也会有所差异。我们是基于车身搭载的毫米波雷达和摄像头,搜集道路特征信息,比如车道线、道路牌、道路边界比如金属护栏,水泥墩的信息,搜集之后上传到云端,博世针对云端的信息有一套特定的算法,将特征信息制作成特征图层。并且与图商合作,我们会将特征图层交由图商进行管理、存储、上传和释放,最终下发到自动驾驶车辆。

 

自动驾驶车辆在行驶过程中,基于自己本身搭载的毫米波雷达和摄像头,探测道路特征信息,并将其与下发的特征图层加以比对,可以获取车辆在道路中准确位置。这种比对涉及到怎样将地图信息与自动驾驶车辆完美的结合,这个结合是很重要的技术难点,博世也是在这个方面花了很多的资源,我们有一套完整的算法,可以在车端实现基于下发的特征图层与实时收取到的特征信息加以结合,能达到20厘米级以内的定位精度。

 

因为博世毫米波雷达是我们的强势产品之一,对于图商而已,绝大部分采图车上的激光雷达、摄像头都是非常高精的设备,他们采取数据的精度也是毋庸置疑的。然而,对于博世道路特征而言,自动驾驶车辆会是数据搜集的一个部分,因为毕竟毫米波雷达是我们日常的自动驾驶车辆不可或缺的零部件,也就是说车辆作为服务的使用方,同时是数据的提供方,可以大大降低数据采集的成本,也能实现很高精的定位结果。

 

接下来给大家分享一下卫星定位,说到卫星定位,对于卫星定位而言,并不是一个很新的话题,毕竟在测绘行业,航空、航海等等领域已经有非常成熟的应用,比如说我们有很多大型测绘设备,可能几十万,上百万一套,应该都不足为奇,达到真正的厘米级也是没有任何问题的。

 

然而工业级的产品面对的要求和汽车所对零部件提出的要求并不完全是一致的,我们要开发的是满足自动驾驶车辆需求,同时也能让它真正落地实现量产的产品,那么价格是一个很重要的因素。另外一个方面,上层系统对我的定位系统到底要求的精度是什么,我们并不一味的强调精度,精度对自动驾驶而言是非常重要的环节,然而并不是唯一。因为自动驾驶说到底联系的是人们的生命,我们对安全这个环节也是同样非常非常关注。 

 

卫星的可用度、可靠性、安全成为这个产品重要的环节,与精度是同等重要。VMPS产品集成高性能卫星接收器,以及高性能的惯性测量单元,惯导芯片。基于车端的天线,我们会接收导航卫星的信号,以及第三方所提供过来的纠偏服务的信号,纠偏服务信号是保证卫星定位产品精度和稳定性很重要的一个环节,因此我们对它做一个数据链路的冗余。可以看到这边,一个数据是通过GEO卫星,以广播的形式下发到车端,另外通过云端发送到车端通信接口,最后传输到VMPS。基于所有外部信号以及车端的信号,我们做了可靠性的融合。融合之后我们可以提供安全的位置信息、车速信息、时间信息以及车身姿态信息。 

 

我要强调的一点是博世毕竟是汽车行业专业的玩家,在开发产品的过程中,是本着安全第一的原则,所以我们所提供的产品,绝对位置信号可以满足功能安全ASIL B,IMU信号ASIL D。今天上午茶歇过程中,有一个行业的小伙伴问我一个问题,他说现在自动驾驶很多整车厂在强调功能安全,然而对于卫星定位产品来说,最早都是基于工业应用,那么他们可能对汽车行业的要求不一定那么深入的了解,但是作为自动驾驶来说,卫星定位是不可或缺的一个环节,有没有可能接下来汽车行业会降低对功能安全的要求呢?

 

这是一个非常好的问题,作为零部件供应商,我只能说从我们的角度,我们不会去主动降低这个要求,从整车厂的角度,我也不认为整车厂会降低这个要求。因为本身功能安全就是保障汽车安全目标的非常重要的一个指标,这也是为什么博世在这个方面花了很多的资源去开发满足功能安全要求的卫星产品。功能安全是从上层系统逐级分解,分解到下层零部件必须满足怎样的功能安全等级。尤其对自动驾驶而言,L3级以上的自动驾驶功能,驾驶的责任方已经是由驾驶员转移到了系统端,系统无论是从感知、决策、执行都是需要考虑冗余和备份,冗余和备份的目的之一也是为了提高功能安全,降低危害性。所以功能安全是自动驾驶绕不开的一个话题,也是自动驾驶的零部件必须要满足的要求。 

 

我简单分享一下博世在哪些方面做了工作,以保证卫星产品功能安全,并获取了认证证书。首先从硬件的选型上,所有零部件都能满足功能安全的要求。软件开发满足功能安全的流程。再者,我们做了全系列基于功能安全要求方法论的验证,最终能大大的降低随机失效概率、单点失效、共因失效等等。当然功能安全并不是要完全的避免失效,失效是不可避免的,只能说我们在满足功能安全等级不同的等级目标对应的失效概率的前提下,当我一旦发现了不可避免的失效,我能及时告知上层系统,让上层系统知晓此时的信号是不可信的,这样上层系统可以对应的做一些应对的措施,以降低这个失效所带来的后续的不好的结果。

 

所以我们VMPS产品在信号失效的情况下,能及时通知上层系统。卫星定位产品能满足功能安全,博世是走在最前端的,因为我们非常敬畏生命。我们希望接下来行业里不仅仅是博世可以做到,而是大家共同有这样的认知,因为毕竟自动驾驶的实现是需要靠整个行业一起努力的。 

 

刚才我特别强调了关于纠偏服务,纠偏服务是让我们的产品满足高精度要求很重要的环节,因此我们对它做一个数据链路的冗余,这个服务是怎样实现的?我们首先是基于地面的参考基站,实时接收天上导航卫星传输过来的信号,并将此信号发给数据中心,在数据中心会有一套完整的建模算法,数据中心解算出来该区域纠偏数据之后,会将它通过通讯卫星发送到车端,同时作为数据链的冗余,纠偏数也会通过云端发送到车端。 

 

可能大家常听到的是RTK,它和PPP的服务有什么差异?客观而言,从技术路线上来说,RTK和PPP是不同的纠偏服务方式,他们没有优劣势的差异,基于高性能的定位芯片都可以达到厘米级的定位精度,然而针对不同的应用场景,博世做了很多测试和分析之后,我们选择了PPP的方案作为自动驾驶卫星定位的纠偏服务方案,在自动驾驶这种应用场景下,我们认为PPP比RTK更具有很大的优势。


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