汽车智能化时代来临,智能汽车是一轮科技革命的代表性产业,是世界工业强国的战略竞争高地。新一代人工智能,与汽车的实体系统、交通系统融为一体,已经形成发展共识,世界上重要国家和地区都在国家产业发展过程中,把汽车智能化建设作为核心领域。
面向下一代AI的智能网联驾驶系统,是依托多源多态传感器、互联互通控制器、云端大数据平台等装置,融合大数据驱动学习、人机协同增强智能和自组织群体智能等下一代AI技术,使运载工具实现交通环境深度感知、交通态势准确认知、人车路一体化决策和控制等能力,实现部分或全部无人驾驶的下一代智能系统。
基于新一代AI的ICV关键技术研究进展
未来在交通、汽车领域,无外乎是结构化道路和非结构化道路,分高速公路和普通公路,全要素的感知和态势理解行为认知,进行自主进化决策。
关键技术1:弱势交通参与者的联合深度感知
道路上弱势道路使用者(VRU)普遍存在,每年道路上超过一半死亡者(56%)是VRU,现在他们受到的保护依然有限,需要感知各个类别的VRU,以实现行驶环境对VRU的更优保护。
感知各个类别的VRU,数据集构建是开发环境目标检测的重要基础,团队建立了世界上第一个实用公开骑车人识别数据库,高达6.1万个样本,可助力实现动态复杂道路弱势交通参与者的联合识别。还提出了多示例目标候选区域选择的行人-骑车人联合检测方法,设计适用于多类别VRU检测的深度神经网络模型,解决不同类别弱势道路使用者易混淆等检测问题,非常适合于复杂场景。
关键技术2:交通参与者行为的长时域预测
李克强院士团队提出了时空分离动态场景建模与双阶段训练机制,克服了人工设计中间态变量的预测性能局限。通过编码、减码对轨迹和空间分开,用7项指标设计时空分离模型,把准确控制和微调结合起来做算法。这项工作非常有成效,现在已经有很多单位参与进来。
关键技术3:强化学习型智能汽车自主决策
现在做决策有很多方法,有专家规则型,监督学习型和强化学习型。李克强院士团队采取的是强化学习型。强化学习型有很复杂的算法,往往决策和控制分离,团队提出了决策控制一体化模型,不断进行迭代,在感知和决策里面用了动态规划和评价,特点是把模型驱动和数据驱动融为一体。团队还提出了DSAC算法,解决值分布过估计难题,是性能排名第一的强化学习算法,在各种工况下能够类人行为。
关键技术4:自动驾驶汽车高实时运动控制
此外,还提出了循环模型预测控制PMPC算法,具备对控制器算力的自适应能力,可以选择不同的适配次数。如果算力不够,迭代次数少,PMPC步数短,做人工智能迭代循环次数就缺少。如果计算芯片大的话,可以增加迭代次数,用人工智能强化学习来迭代优化。做了这个匹配,所学习的神经网络策略提高在线计算速度约900倍,有效满足运动控制实时性要求。
关键技术5:面向AI高性能计算的车脑/云脑一体化基础平台
车路云一体化的智能网联汽车核心挑战,是在大规模云端-路端-车端节点,信息流传递路径复杂多变,车辆行驶性能需求多样化,属于高维复杂信息物理系统。
李克强院士团队创建了“车-路-云”融合的智能网联汽车云控系统平台架构,研发了具有完全自主知识产权的车脑/云脑协同感知-决策-控制系统,具备分层次、跨时空、多任务等特征,是国际首个具备“车-路-云”融合特征的智能网联汽车云控系统平台架构。
未来在自动驾驶层,要考虑实时性,并匹配不同硬件,这就需要新一代的操作系统。基于新一代的操作系统,将来的自动驾驶整车控制器除了芯片以外,还需要能够支撑操作系统的算法来协同快速开发,并把核心应用程序快速迭代,形成一个产业生态。
基于云的技术平台做好了,车的技术平台做好了,大家还担心通信实时性不高,可通过超视距实时感知技术,解决单车感知范围受限,通过广义优化节能驾驶技术,完成自主知识产权的云平台应用层功能软件开发。
智能网联汽车下一步发展的挑战和机遇
智能网联汽车下一步发展面临一些挑战。
自动驾驶的智能性不足,智能网联汽车的核心难题还是安全性。环境感知和准确性有待大幅提升,智能网联汽车已能区分典型环境目标,但并非绝对准确。红绿灯准确率达到95%,行人准确率达到90%(动态环境~80%),车辆准确率达到98%,但感知性能受到雨、雪、雾、霾、强光和沙尘等影响显著。
智能网联汽车决策智能性还远低于人类平均水平,对车外的决策,理解交通场景以及参与者意图,预测周车行为模式,合理判断行车风险,选择正确的应用操作。
信息安全性的挑战日趋严峻,智能网联汽车是新一代电子信息“终端”,类似手机,面临黑客从传感器、操作系统、车载总线、车联网等攻击和诱导等风险。
整体来看,AI驱动的智能网联汽车发展在系统智能性、安全性等领域任然存在技术不足的挑战,而且伦理困境及责任认定方面也亟待突破。
但积极的一面是,智能网联汽车是汽车自动驾驶发展的新阶段,中国方案智能网联汽车在系统定义、关键技术及产业生态等方面具有特色。下一代AI驱动的中国方案智能网联汽车在复杂环境感知、类脑智能决策控制、智能网联车脑/云脑一体化系统等三类典型关键技术领域,已取得阶段性成果。