特斯拉自动驾驶水分大？那就来个量身定制传感器技术

以下让我们来看看自动驾驶车辆使用的各种感测器技术──以设计工程师对电子感测器的专业见解，探索这些感测器如何与内建先进处理器与软体演算法的车辆"大脑"相连。

尽管有非技术媒体鉴于特斯拉(Tesla) Model S电动车最近发生的致命事故而预言自动驾驶车辆的消亡，笔者还是想在这篇文章中介绍感测器电子元件以及更好、更精进的软体演算法，而它们终究可望在接下来的十年内实现安全的全自动驾驶车辆。

Tesla已经一再表明Model S并非自动驾驶车辆，Tesla电动车驾驶人需要清楚地认知："这种系统只是新技术，并且仍处于公开测试阶段。"

而BMW、Mobileye和英特尔(Intel)三家公司在7月份宣布合作开发自动驾驶车辆平台时，也强调"安全第一"的原则，因为驾驶人的安全最重要。

美国全国公共广播电台(NPR)记者Sonari Glinton在最近的一场广播节目讨论中也表示，Tesla Model S是具备自动驾驶"功能"，而这些功能只是提供辅助、并非要替代驾驶人。

Google的全自动驾驶测试车辆则是仰赖成本更高、更复杂，采用光达(LiDAR)技术的远端感测(remote sensing)系统。

Tesla执行长Elon Musk曾表示："全自动驾驶车辆显然需要360度摄影机，可能还需要额外的前向(forward) 摄影机、运算硬体，以及电动马达和转向齿条(steering rack) …也就是说，我认为并不需要LiDAR，只要利用被动光学元件和一个前向雷达就能实现自动驾驶。"他正致力为消费性市场推出价格相对能被大众负担，且强调安全性的车辆。

Tesla的Autopilot自动驾驶系统仰赖："摄影机、雷达、超音波感测器和资料的结合，以自动控制汽车在高速公路上的行驶、变换车道以及根据交通流量调整速度；"该系统采用以色列晶片设计业者Mobileye提供的自动刹车技术。

Tesla电动车采用的Mobileye Emergency自动刹车功能，是"专门为避免后方追撞所设计"，因此无法避开今年7月1日在美国发生之Model S致命事故中的侧面碰撞；如前面提及，这种技术还在继续进行开发。例如有相关文献描述了以视觉技术为基础的自动驾驶动态控制设计，并将重点放在紧急避障功能中的协调转向(coordinated steering)和刹车控制；另有相关文献介绍了一种创新方法，可以用来避免致命的意外事故。

Google已经在美国数个州进行自动驾驶车辆测试；Tesla则宣布在今后三年内推出完全自动驾驶车辆；共乘服务业者Uber则在美国匹兹堡(Pittsburgh)开设了一个测试场地，准备发展一个自动驾驶计程车队。

日本车厂丰田(Toyota)曾透露，其公路自动驾驶汽车安装了12个用以撷取资料的感测器，包括1个安装于后照镜背面的摄影机模组，5个使用无线电波撷取其他车辆速度的雷达感测器，以及6个用于检测汽车周围物体位置的雷射感测器。

还有美国加州已经颁布了在公共道路上测试、操控自动驾驶车辆的法律框架。

虽然我们尚未准备好迎接全自动驾驶车辆，但应该是在不远的未来--在那之前，我们的手还是得握好方向盘，眼睛也要随时盯着路况。

感测器是自动驾驶的眼睛和耳朵

若自动驾驶车辆拥有"耳朵"，能在警车、救护车或消防车驶近，能透过车载摄影机或LiDAR看到前先听到警笛声并确定其方向…怎么样？或者在驾驶人、LiDAR或摄影机的视力所及之前，就先听到重型机车接近的声音呢？

以下让我们来看看自动驾驶车辆使用的各种感测器技术──以设计工程师对电子感测器的专业见解，探索这些感测器如何与内建先进处理器与软体演算法的车辆"大脑"相连。

扮演自动驾驶车辆眼睛的技术

LiDAR

这是一种使用旋转雷射光束的系统，获得BMW及Google、日产(Nissan)和苹果(Apple)研发的实验用自动驾驶车辆采用，但若要在大众车款中应用这类系统，必须等待其成本大幅下降。

图1：LiDAR基本原理；图为一对单发射器/检测器搭配可活动旋转镜的 LiDAR设计；这种架构可以实现至少一个平面上的扫描；其中的镜子不仅可以反射二极体发出的光，还能将返回光线反射到检测器。透过在这种应用中配置旋转镜，可以实现 90~180度的典型方位视角，同时简化系统设计和可制造性，因为只有镜子是活动零件。
(图片来源： Velodyne)

美国业者Velodyne能提供一种高解析度LiDAR(HDL)感测器，以因应自动驾驶车辆导航的严格要求；其HDL元件可以提供360度的方位视角和26.5度的高度视角，以及15Hz的画面更新率(frame refresh rate)，还有以每秒100万点速度填入的点云(point cloud)。

光脉冲以前一直被用来测量距离，这种基础技术用雷射二极体发射光脉冲；光线会一直传播，直到遇到一个目标，此时一部分光能会被反射回