今天，我主要會向大家分享下自動駕駛在硬件技術(shù)方面的考慮，特別是面臨的挑戰(zhàn)和一些應(yīng)對決策。

自動駕駛發(fā)展史簡述

首先，我給大家分享個小故事。

2004年，DARPA舉辦了第一屆“DARPA”挑戰(zhàn)賽（無人車挑戰(zhàn)賽）。根本沒有一支參賽隊伍完成這次比賽任務(wù)，這件事對來自斯坦福大學的Sebastian Thrun刺激很大。

于是，他在2005年組建了自己的無人車隊，并且成為這項挑戰(zhàn)賽上的第一支完賽隊伍，獲得獎金200萬美元。這筆獎金雖然巨額，但事實上Sebastian Thrun在這個項目的投入遠遠大于200萬美金。

看到上面的照片，人們的第一反應(yīng)，或者說最引人矚目的，就是車頂上的一排傳感器，當時采用的激光雷達傳感器品牌是Sick（施克）。

這是Sebastian Thrun當時在無人車后備箱工作的一張圖片，這些大大小小的設(shè)備體現(xiàn)了自動駕駛對于計算能力和信號處理的需求。

Sebastian團隊另外一大貢獻就是在完成挑戰(zhàn)賽后，發(fā)表了一篇著名的paper（論文）《Stanley:The Robot that Won the DARPA Grand Challenge》，我相信幾乎每位自動駕駛的從業(yè)者都看過這篇paper。

2007年，DARPA舉辦了另一種路況的挑戰(zhàn)賽——在城市的道路中完成自動駕駛。最后，這場比賽的冠軍由來自卡內(nèi)基梅隆大學的團隊摘得，他們的無人車使用的激光雷達傳感器變成了Velodyne。

自動駕駛行業(yè)發(fā)展到今天，我們會發(fā)現(xiàn)世界做自動駕駛主流的人才很多都來自這些高校。

了解了自動駕駛簡單背景，接下來，我們可以看看不同公司制造的自動駕駛汽車。

這是Google（Waymo）早期的一輛自動駕駛車，它的頂部采用的傳感器也是來自Velodyne。

這是Google在2014至2017年間制造的一輛真正的“無人車”——Firefly（螢火蟲），它沒有駕駛艙和方向盤，但是由于當時實現(xiàn)真正“無人”的困難，所以Google后來就不使用了這款車型了。

上圖則是Google現(xiàn)在的自動駕駛車，他們的硬件技術(shù)思路是，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)都自主完成。其中硬件部分包含傳感器、計算平臺、信號方案、供電等等，都是Google自主定制的。

綜合自動駕駛車外形變化歷史來看，普通車和自動駕駛車最大的區(qū)別就是自動駕駛車上裝載了各種各樣的傳感器。

一輛自動駕駛車輛（Autonomous Driving Vehicle，ADV）一般都配有以下這些傳感器：Lidar激光雷達，Video Cameras相機，GNSS/IMU定位系統(tǒng)。

相機大家都見過，我就不介紹了。下面我簡單說一下Lidar和GNSS/IMU這兩種傳感器。

激光雷達（Lidar）是做自動駕駛必備的傳感器，上圖展示了Velodyne HDL64掃描的結(jié)果。這是一款機械式激光雷達，總共會有64條掃描線，它具備測量精確距離的能力。

比較常用的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括：GPS、BeiDou、Galileo、GLONASS，由于GNSS更新速率較慢，單獨使用無法滿足要求，所以還需要有IMU（慣性測量單元）支持，它的更新速率較快。GNSS和IMU結(jié)合，可以滿足自動駕駛要求。

至于計算平臺，根據(jù)計算量的不同，計算平臺的復(fù)雜程度也各不相同。另外，越復(fù)雜的計算平臺耗電量越大，所以也需要安裝散熱系統(tǒng)。

下面兩幅圖，分別展示了Google和Uber自動駕駛車輛所采用的傳感器等硬件設(shè)備，包含激光雷達、相機、毫米波雷達、散熱系統(tǒng)等。

自動駕駛硬件技術(shù)上的挑戰(zhàn)

正如前面所說，一輛實現(xiàn)L4級自動駕駛功能的無人車無法離不開硬件技術(shù)的支持。也因此，自動駕駛是一項系統(tǒng)工程，除了出色的軟件系統(tǒng)，也需要關(guān)注硬件設(shè)備在機械方面和電子方面的要求和挑戰(zhàn)。

機械方面

首先是自動駕駛車的“顏值”，這是人們在視覺上最直接的反饋。如果一輛車的外觀不夠吸引人和賞心悅目，它在市場上就可能缺乏競爭力。

其次，傳感器的增加需要滿足尺寸和重量的限制。例如，絕大多數(shù)地下停車場限高2.2m，這就要求車頂加裝雷達后的車輛高度最好不要超過2.2米。絕大多數(shù)車頂承重不能超過50-60公斤，以及后備箱空間也有限制等等。

第三，溫度范圍也有要求。因為車內(nèi)溫度的變化比較大，所以對車載電子設(shè)備的溫度適應(yīng)能力要求比較高。在儀表盤上使用的設(shè)備溫度要求范圍是-40攝氏度到+90攝氏度，而在發(fā)動機艙內(nèi)的要求是-40攝氏度到+125攝氏度。

第四，熱量管理。這既包括散熱問題，也要考慮嚴寒天氣的適應(yīng)能力和另外加熱的問題。

第五，沖擊和振動。車輛在行駛的過程中，免不了會產(chǎn)生的或弱或強的沖擊和振動，這也成為硬件技術(shù)需要解決的任務(wù)。

最后一點，防水與環(huán)境防護。自動駕駛對精度和敏感度的要求極高，這也要求硬件團隊能夠針對各種類型天氣和環(huán)境采取相應(yīng)的解決方案，提高應(yīng)對能力，以達到安全和穩(wěn)定性的要求。

這些天氣和環(huán)境包含：

◆雨雪、冰雹天氣

◆大風、雷暴天氣

◆霜、霧

◆霧霾（激光雷達對PM10，即10微米以下的顆粒物非常敏感。）

◆濕度、露水

◆灰塵

◆紫外線

◆高原（海拔越高，空氣越稀薄，硬件散熱能力隨之下降。）

◆鹽的腐蝕性（例如海濱城市內(nèi)吹拂的海風中往往含有鹽份，并具有腐蝕性。）

電子方面

自動駕駛采用的硬件設(shè)備在電子方面也有許多注意事項和要求。

首先，溫度條件。基于硬件設(shè)備類型，一般可以分為五種溫度要求：

◆商品級：一般要求是0℃~85℃

◆工業(yè)級：-40℃~100℃

◆汽車級：-40℃~125℃

◆前艙級：-40℃~125℃

◆軍用級：-55℃~125℃

其次，應(yīng)對惡劣的環(huán)境，包括沖擊、振動、防水、自然環(huán)境等。

第三，供電能力有限的挑戰(zhàn)。絕大部分車輛的供電功率少于1KW，好一點的車型可以做到1.5KW，除非像Waymo一樣自己改造供電，可以做到3KW供電能力。

最后，惡劣的電磁環(huán)境的挑戰(zhàn)。這種環(huán)境下，自動駕駛的硬件技術(shù)需要做好抗干擾。

自動駕駛相關(guān)工程領(lǐng)域

前面也提到過，自動駕駛是一項系統(tǒng)工程。除了與感知、地圖、定位、規(guī)劃與控制有關(guān)的軟件模塊，了解與自動駕駛有關(guān)的工程領(lǐng)域，能更好幫助從業(yè)者認識這個行業(yè)。

第一個領(lǐng)域自然是機械工程，涉及以下幾個重要領(lǐng)域：

結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱管理，即把產(chǎn)生的熱量排出去

沖擊和振動防護

防水/環(huán)境防護（灰塵、濕度、鹽等）

第二個相關(guān)領(lǐng)域是電氣工程，包括：

設(shè)計電子器件和電路

電力供應(yīng)：配電、故障檢測和保護

EMI/EMC（電磁干擾/兼容性）

第三是車輛工程與控制工程領(lǐng)域，一般涉及：

DBW（Drive By Wire）：線控驅(qū)動

通信/CAN（控制器局域網(wǎng)總線）協(xié)議

Vehicle Kinetics and Dynamics（車輛運動學和動力學）

動力系統(tǒng)

小馬智行自動駕駛系統(tǒng)PonyAlpha

了解了整個自動駕駛硬件技術(shù)的背景和挑戰(zhàn)，這一部分我想為大家介紹小馬智行研發(fā)的自動駕駛系統(tǒng)和硬件平臺。

目前，小馬智行已經(jīng)迭代了三代自動駕駛硬件平臺。

2017年4月，小馬智行打造了第一臺自動駕駛測試車（上圖），第一代硬件平臺采用的傳感器包括了Velodyne HDL64的激光雷達。照片里站在車旁的分別為小馬智行兩位聯(lián)合創(chuàng)始人CEO彭軍（右）和CTO樓天城（左）。

第二代平臺采用了32線激光雷達，傳感器的體積明顯縮小。第三代方案則是去年9月在世界人工智能大會上發(fā)布的PonyAlpha。

在近三年的時間里（編者注：該場技術(shù)演講發(fā)生在7月6日），Pony已經(jīng)在三種不同的車型上搭載小馬智行自動駕駛軟硬件平臺，分別包括上圖左側(cè)的廣汽傳祺電動車、中間林肯MKZ、右側(cè)的比亞迪秦（編者注：今年8、9、10月，小馬智行分別宣布在豐田雷克薩斯RX、廣汽Aion LX和現(xiàn)代Kona SUV搭載了小馬智行自動駕駛軟硬件方案）。

PonyAlpha硬件平臺有三個組成部分：車頂模塊，后備箱模塊和毫米波雷達。

毫米波雷達部分相對比較簡單，這里就不介紹了。先說第一個組成部分：車頂模塊。車頂安裝了許多傳感器，主要負責解決自動駕駛的感知問題。我們要求傳感器（感知系統(tǒng)）的覆蓋范圍為360°全景，并且長距離（200m），因此采用了6個相機，包括廣角和中長焦相機。另外還有3個激光雷達（探測距離在100m~200m）。

從左前方向的視角觀察硬件平臺：頂部的柱體是32線主激光雷達，16線激光雷達放在側(cè)面，正前方采用三個攝像頭，左側(cè)面安裝了一個攝像頭。左后方的視角：安裝了GPS天線，有朝后看的攝像頭，也可以看到32線主激光雷達。

整體來看，Ponyalpha車頂模塊包括：

◆車頂行李架結(jié)構(gòu)，安裝在自動駕駛車輛上；

◆傳感器，包括3個激光雷達、6個攝像頭和GNSS/IMU；

◆線束；

◆車頂外殼起到了裝飾罩的作用，也改善了空氣動力學性能，并為傳感器提供保護。

硬件平臺第二組成部分則是后備箱模塊。后備箱模塊一般包含以下子功能：

第一是車輛集成硬件，包括PDS（Power Distribution System配電系統(tǒng)）和直流/直流轉(zhuǎn)換器。

第二是計算堆棧，包括硬盤、計算單元（CPU、GPU和FPGA）和傳感器接口。

第三是通信設(shè)備，包括4G/5G路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機、以及和車輛通信的接口。

結(jié)論

關(guān)于自動駕駛硬件技術(shù)的分享到了這里，我最后做一個總結(jié)。

自動駕駛技術(shù)研發(fā)確會面臨許多硬件挑戰(zhàn)，從機械類（結(jié)構(gòu)、熱、沖擊/振動、環(huán)境）到電氣（溫度范圍寬、惡劣環(huán)境、功率有限）再到安全第一的目標。

也因此這個行業(yè)需要許多硬件工程師投入其中，解決這些挑戰(zhàn)，比如機械工程師，電氣工程師，控制工程師，嵌入式軟件工程師，傳感器工程師（ISP、攝像頭、激光雷達、雷達、GNSS/IMU）等。

發(fā)展至今，小馬智行的硬件技術(shù)進步飛速，我們也會為實現(xiàn)更多功能、更好的性能、更緊密的集成而不懈努力。謝謝大家！