福特工程师：如何从无到有打造一辆自动驾驶汽车？

Chris Brewer是福特的自动驾驶汽车研发总工程师。最近，他在外媒Medium上撰文分享了他领导团队研发福特第二代自动驾驶汽车的心路历程，详细描绘了如何从无到有打造一辆自动驾驶汽车。

加上第一代自动驾驶汽车，福特已经在Fusion混动版车型上研发自动驾驶技术三年了，最新的第二代自动驾驶汽车上集成了福特目前最先进的硬件和三年来福特在软件层面上积累的一切。

福特第一代自动驾驶汽车

正如我们之前报道过的，相对第一代，新的福特Fusion自动驾驶汽车在传感器布局上更加美观，新的激光雷达数量从之前的4个下降为2个，同时造型不再突兀。Brewer在文中指出，更为重要的是，新传感器专门适配了自动驾驶视野的布局调整，使得汽车可以更好的感知周遭的路况。兼顾了减少传感器、布局美观和性能提升，Brewer直言他对新车型“感到自豪”。

福特第二代自动驾驶汽车

众所周知，制造一辆自动驾驶汽车需要兼顾两个主要方面，自动驾驶汽车硬件平台和自动驾驶软件系统。那么一辆汽车实现自动驾驶所需要的关键硬件和技术有哪些？以下是福特的答案：

• 激光雷达、毫米波雷达、摄像头和其他传感器

• 用于本地化和路径规划的算法

• 计算机视觉识别和机器学习技术

• 高精度地图

• 电力驱动的计算机中央处理器

创造一辆不必受人类控制的汽车，意味着汽车制造商需要协同运作上述的技术和硬件，复制一个永不疲劳、永不出错的机器驾驶员。那负责理解数据、控制和决策的自动驾驶软件算法就相当于人类驾驶员的大脑；而那些传感器就相当于眼睛、耳朵；传感器和核心芯片之前的布线相当于连接大脑和手、脚、肌肉的神经；发动机、转向和刹车相当于负责落实大脑指令的肌肉；整车硬件相当于身体。

如何让汽车“看见”

基于目前和未来可商用的技术，福特（也适用于其他车企）正在努力为自动驾驶汽车构建两种感知途径：媒介感知和直接感知。

媒介感知需要高精度地图来做底层支持，高精度地图的精度达到了厘米级，与之对应，我们目前车载导航的精度都是米级。高精度地图需要收集路况中的一切信息：人行横道、交通信号灯、停车标志和其他静态物体及其包含的信息。当自动驾驶汽车上路行驶时，会使用激光雷达、摄像头和其他传感器来连续扫描车身周遭的路况，然后将现场感知到的信息高精度地图中的信息做对比和调整，这要求高精度地图可以精确的定位自动驾驶汽车的具体位置。除了识别和理解静态路况信息，媒介感知还需要学习和理解道路交通规则，这样自动驾驶汽车在上路行驶时才能做到遵守交通规则。

直接感知是自动驾驶汽车通过使用全部传感器来感知汽车在道路上的定位和当前路况中动态的实体（如行人、自行车和其他汽车），这些信息对媒介感知而言是一个补充。这些传感器甚至可以帮助理解手势信息，例如指挥交通的警察的手势动作。自然，直接感知能力需要复杂的软件和计算能力来快速识别和分类各类动态实体，特别是正在过马路的行人。

这种媒介感知和直接感知的融合技术，将使自动驾驶汽车的驾驶水平与人类驾驶员相当，甚至在未来比人类更优秀。

现在，我们来了解一下，如何将一辆普通的福特Fusion转变成新款福特自动驾驶汽车。为了更好理解，我们简单的把自动驾驶汽车的驾驶行为分为三部分：感知环境、做出决策、控制车辆。

感知环境

从外部看，新款自动驾驶汽车最显眼的传感器就是A柱上的两个冰球大小的激光雷达了，这两个激光雷达每秒产生数百万条脉冲，提供车身四周360度的雷达视图，在每个方向上感知的长度范围大约两个足球场那么远，高精度雷达擅长区分路况中物体的位置、大小、和形状。

两边行李架上“暗藏”了三个摄像头，在前挡风玻璃下还有一个前置摄像头，这些摄像头负责识别物体和读取交通信号灯的信息。

短波和长波雷达传感器：在大雪、大雨和大雾等极端天气下提供了另一个雷达视图，有助于判断外部动态物体相对汽车的移动

以上三部分传感器收集的数据发送给自动驾驶汽车的中央“大脑”，大脑通过机器视觉识别，将得到的信息与高精度地图进行对比和调整。

做出决策

新款自动驾驶汽车的“大脑”位于汽车的后备箱，这个计算机处理系统相当于几个每小时生成1T字节的高端计算机——相当于普通手机连续运行45年产生的数据量。

但真正重要的是做出决策的软件系统，自动驾驶汽车必须在行驶过程中综合很多因素，快速做出决策，比如，去往同一地，什么是最好的路线？什么时候加速超车？什么时候减速？做出决策后会不会影响路面上的其他汽车？

Brewer表示，福特工程师研发了每秒可处理数百万条数据的复杂算法，帮助自动驾驶汽车快速决策。

控制车辆

正如我们的大脑发出指令，要求我们的手和脚做出反应一样，在外界路况发生变化时，自动驾驶系统会发出电子指令，要求汽车的油门、刹车、方向盘和换挡系统做出反应。为了确保所有机械系统可以协同运作，需要搭建一个复杂的布线网络，类似于人体的神经系统。

当然，要做到控制汽车还要具备其他条件，比如，传统汽车搭载的电池不足以驱动自动驾驶系统，因此福特不得不配备了专用的电源转换器，将之接入了Fusion混动版的高压电池组。

Brewer表示，目前，他正带领团队规划、设计、测试和制造没有方向盘、刹车，没有燃油驱动的汽车。这一工作的挑战陡增，“目前的自动驾驶汽车，如果动力转向系统停止工作，人类驾驶员尚可手动接管汽车，但是在福特下一代自动驾驶汽车上没有了方向盘，我们需要在动力转向系统罢工时，开发另一套系统介入，帮助汽车做出反应，这套系统叫做冗余机械系统。”

此外，上述所有的传感器、激光雷达、长短波雷达、摄像头以及计算机系统，都需要达到车规级别。这些传感器需要在极端温度条件和恶劣的天气环境中安全运行几十万英里，这是目前自动驾驶汽车工程学上遇到的最大的挑战之一。

目前Brewer的团队已经与Argo AI团队展开了合作，福特最近宣布投资10亿美元买下了后者，用以充实自动驾驶团队。为福特全自动驾驶汽车开发软件系统。他们正致力于如何协同工作来整合硬件和软件系统。“创造客户享受的无缝体验至关重要。”Brewer写到。

作为传统汽车制造商布局较早，唯一一家把自动驾驶汽车迭代到第二代的车企，Brewer对福特的未来颇具信心：“试想一下，谁能比拥有超过100年造车历史的福特更好的开发出自动驾驶汽车？”

我是36氪汽车小组记者郑晓康，关注特斯拉、无人驾驶、新能源车、车联网、出行及后市场，欢迎直接与我联系，微信：15735104947