Shawn Chen

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目前国产车和特斯拉等国际知名品牌汽车的自动驾驶技术有多大差距?可以相比吗?

环形隧道

2022-03-02

特斯拉的自动驾驶最近又㕛叒叕摊上事了。

就在 2 月月初,特斯拉被美国安全监管机构要求召回近 5.4 万辆轿车和 SUV,因为它们的「全自动驾驶」系统(Full Self-Driving,以下简称 FSD)在开启时不会在停车标志前完全停止,而是以极低的速度缓慢通过。

在美国,很多小路口是没有红绿灯的,这些路口立起来的 STOP 停车标志就起到了红绿灯的作用。驾驶员在看到这样的停车标志后必须停车观察至少 3 秒钟的路况,确认没有风险后,才可以通过。当周围没车时,很多老司机都会选择不停车,低速通过。

STOP SIGN 标志示意图

特斯拉的 FSD 也是这么做的。当检测到附近没有任何车辆、行人和骑行人的时候,FSD 会以最高每小时 9 公里的车速,驶过停车区,这个功能被称为「滚动停车」。虽然「滚动停车」还未造成任何事故,但有接近 6 万辆具备该功能的特斯拉在路上行驶,给安全监管机构很大压力。

监管机构表示,我治不了那些不守交规的人,还治不了 FSD?一纸通告让特斯拉把开放 FSD 功能的车都 「召回」。虽然官方宣称 「召回」,但这些车不用真的回到工厂。特斯拉表示将在最近的一次 OTA 升级中禁用「滚动停车」功能。

特斯拉的自动驾驶系统作为业内一哥,自发布以来,每一次升级都会引起广泛的讨论。美国的交通监管机构不仅时刻关注着 FSD 的进展,也在不断填补自动驾驶领域的法律空白,这也从侧面说明特斯拉 FSD 在业内的领先程度。

特斯拉 FSD 作为技术担当,究竟领先国产车多少年?国产车又做了哪些努力去缩小与特斯拉的差距?

国内车企的追赶与困境

特斯拉跟很多国内主机厂一样,刚开始做自动驾驶的时候也是摸着各种供应商过河的。

第一个供应商是视觉解决方案供应商 Mobileye。Mobileye 出色的环境感知能力,帮助特斯拉在 2014 年推出了第一代硬件 HW 1.0 和 Autopilot 巡航辅助功能。但特斯拉发现 Mobileye 的软件更新能力完全满足不了自己快速迭代的要求,于是抛弃了 Mobileye,选择自研算法。

第二个供应商是自动驾驶领域的老朋友英伟达 Nvidia。2016 年,特斯拉抛弃 Mobileye 后,用上了当时最好的自动驾驶平台 Nvidia PX2,并在所有新车上装上了 8 个摄像头,即特斯拉第二代硬件平台 HW 2.0,其部署的自研感知算法,完全实现了 Mobileye 的感知能力。同年 2 月份特斯拉开始了自研芯片,历时三年,终于在 2019 年抛弃了英伟达,使用上了自研的 FSD 芯片。

英伟达 CEO 黄仁勋与特斯拉 CEO 马斯克

第三个供应商是雷达供应商大陆。从 2016 年造出的第一辆特斯拉开始,每辆特斯拉上都装着大陆的毫米波雷达,用来辅助视觉测量周围目标的距离和速度。直到 2021 年 6 月,特斯拉的 AI 总监 Andrej Karpathy 在 CVPR 上宣布 FSD 纯视觉的测距和测速已经能够做到跟雷达一样好,雷达的误检问题反倒给 FSD 带来了麻烦,故决定移除雷达,在纯视觉的路上舍命狂奔。

特斯拉入局早,又是坚定的纯视觉感知派,所有车型都使用同一套感知硬件,使得从最初 HW 2.0 开始积累的数据能够沿用至今。特斯拉利用其拥有大量量产车的优势,通过建立 221 条 Triggers,来收集他们想要的数据(比如发现某个目标刹车灯亮了但它却在加速时,就把这些数据采集回来),即从消费者场景持续高效获取数据

Tesla FSD 收集车端数据的 Triggers

源源不断的数据配合软件 2.0(数据驱动的神经网络)实现视觉到向量空间的完整映射,使特斯拉率先实现了数据上的闭环,使得自己在行业内领先其他对手 1~2 年的时间。Andrej Karpathy 也在最近一次的 Tesla AI Day 公布了他们的方案,并明确表示,即使其他竞争者知道特斯拉怎么做的,也很难模仿。

虽然国内各大车厂都很羡慕特斯拉 FSD 做出的成绩,但如果让他们完全照搬特斯拉的方案,他们肯定是不愿意的。首先,照搬方案注定需要投入巨大的财力和人力,这些投入最终能不能达到 FSD 的水平还很难说。其次,即使车企真的愿意投入,也始终落后特斯拉 1~2 年的时间,永远跟不上特斯拉的步伐,这样在这个领域根本就没有竞争力。

面对这样的困境,国内各大车厂都做了哪些努力呢?

实际上,国内车企在大的技术路线上与特斯拉一致。从易到难,确定了优先车道内巡航(对应特斯拉 Autopilot),其次高速 / 环路导航辅助驾驶(对应特斯拉 NOA),最后再挑战城区自动驾驶(对应特斯拉 FSD)的路线。

由于不具备特斯拉成熟且强大的泛化感知能力,国内车企为了快速实现 NOA 和 FSD 都选择了利用高精地图和硬件升级的方案。

高精地图困境

高精地图的加入能够极大降低导航辅助驾驶的开发难度。它就像在真实的道路上铺上了轨道,自动汽车只需要按着导航给的轨道信息,不断向前行驶即可。某种意义上来说,使用了高精地图的自动驾驶,不应该被称作自动驾驶汽车,而是自动驾驶火车

高精地图示意图

国内最先把高精地图应用到辅助驾驶中的是蔚小理三家。以理想 ONE 为例,它的 NOA 实现逻辑是完全信任高精度地图提供的道路结构信息,相比特斯拉纯靠视觉感知识别道路,它的稳定性更高,不容易受到天气、光线的干扰。

但高精地图有个很大的问题 —— 数据鲜度。如果修路导致道路结构发生变化,而高精度地图又未及时更新时,会出现走错路甚至违规变道的情况发生。

硬件升级困境

在特斯拉 FSD 移除毫米波雷达的时候,国内车企选择了加装更多传感器和提高芯片算力,为的是通过更多的传感器和算力来弥补感知能力的不足。

激光雷达从 0 个增加到最多 4 个,毫米波雷达从 1 个增加到了最多 6 个,视觉也不再满足单目开始长短焦、双目混合使用,芯片算力更是由几十 TOPS 扩展到了上千 TOPS。

算力不断攀升的计算平台

多传感器可以弥补单一传感器的缺点,但传感器增到一定的数量,对系统性能的影响可能就没有那么大了,甚至可能会产生一些反面的影响。比如双目摄像头,在夏天天气比较热时,前面的胶晒松了,塑料软了,摄像头几何参数发生变化,你就需要设计额外的方法、额外的算法去纠正这一点。传感器越多,这些潜在的问题就越多。

赶超特斯拉,车企究竟该做些什么?

面对特斯拉在自动驾驶领域的绝对领先,想在近几年内赶超是很难的。既然国内的整车厂已经通过高精地图和硬件升级做出了超过特斯拉 NOA 体验的产品,那就应该在这条路上继续走下去。利用包括自动驾驶芯片、高精地图、传感器等国内强大的供应商生态来和特斯拉竞争,缩小差距。

关注芯片软硬结合的能力

很多车企在选择自动驾驶芯片时都陷入一个追求高算力的误区。似乎只要算力足够高,自动驾驶系统的表现就会越好。按照这个逻辑,特斯拉 FSD 才 144 TOPS,够干啥?然而 144 TOPS 算力的 FSD 却率先做到了「全自动驾驶」。

其实芯片领域缺的不是算力大小,而是软硬结合的能力。软硬结合这一点,国外的特斯拉、Mobileye 注意到了,国内的自动驾驶解决方案提供商地平线也注意到了。

软硬结合的意思是,芯片制造商一开始就很清楚地知道要解决的自动驾驶问题时什么,需要优化的东西是哪些,需要在哪些方面做得好,哪些方面做得不好也不重要,有了明确的 AI 计算架构再去设计芯片时,脑子里已经有了一个大致的软件。最终软件在这类硬件上执行才是高效的。

像英伟达、高通这类提供通用 AI 芯片的厂商,选择的是软硬解耦的路线,这样的好处是设计起来更快,但在设计时做了哪些取舍,哪些方面表现的好,哪些方面不尽如人意都是未知的。这可能导致运行某些软件或模型在部署后,表现效果不理想。

地平线的工程师尝试将多种不同的模型同时部署到 N 厂商的 AI 芯片(11.4 TOPS)和他们的 AI 芯片(4 TOPS)上比拼芯片的有效利用率,并将统计结果做成了下图。

N 和 A 硬件平台测试结果对比

可以看出 N 家 AI 芯片相比地平线 AI 芯片算力更高,但其算力的有效利用率上却打了很大折扣,不同模型算法的有效利用率有很大差异。软硬解耦的芯片在实际使用时,虽然芯片的算力值很高,但实际模型跑在芯片上的效果并不好。

因此车企在选择芯片时一定要关注芯片厂商软件和硬件结合的能力。

地图众包解决高精地图困境

前面提到,高精度地图虽然好用,但仅靠像百度、高德几家图商的几十上百辆采集车上路采集,再经人工标注修正处理,无法保证地图数据足够 「新鲜」。城区道路常常出现临时施工,因此地图的 「鲜度」 就显得尤为重要。

车企应联合图商让前装传感器将感知信息传递到云端,实现地图数据的更新。当一个地点的实际路况被很多量产车检测到与高精地图不符时,通过云端自动化处理,对地图进行相应的更新。这样一来,地图数据迭代地足够快,就能更好地服务于高精度地图生态和其他车辆了。

高精地图众包更新示意图

搭建数据闭环,走出堆料误区

自动驾驶是一个需要不断解决长尾问题的系统,因此必须具备不断迭代的机制来驱动系统的完善。数据、算法、算力的铁三角组合能够保证自动驾驶数据的闭环,用数据来驱动算法的迭代,时间越长,积累的数据越多,算法能力也越强,实现良性循环。

数据闭环

车企需要思考不断增加传感器的初衷是什么?是为了解决感知能力不足的问题,而单纯的堆料是很难解决自动驾驶中的长尾问题的。这个时候应该像特斯拉学习,搭建了一套能够充分利用量产车数据的数据引擎。因为堆料只能解决眼下的问题,长久的问题还是需要数据闭环来解决。

特斯拉 FSD 发展至今,有太多值得国内车企学习的地方。如果论单打独斗,任何一家国内车企都不是特斯拉的对手。我们一定要团结国内强大的供应商生态来和特斯拉竞争,才能尽可能缩小两者之间的差距。

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