多个技术问题阻碍了 AV 部署

尽管取得了进展，但人们普遍认为自动驾驶汽车技术距离商业化还有几年的时间。促成这种看法的原因是 AV 行业在过去五年中过度乐观和表现不佳。在部署起飞之前，许多技术问题仍然必须解决。

我们审查进展并就 AV 开发的当前状态提出观点，同时考虑未来部署所需的内容。我们还将介绍许多新兴的道路 AV 用例。

已引入 AV 技术安全标准。新兴规范对部署时间表至关重要，必须与下一代 AV 系统集成。

自动驾驶汽车的道路使用立法是下一步，这将是成功部署自动驾驶汽车所必需的。随着新的安全要求的增加，合规性预计将带来重大挑战。

下表总结了最明显类别中的 AV 行业、技术和用例的当前状态。它涉及三个时间范围，分为四个部分。

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历史观点

领先公司的 AV 开发和测试阶段从 2015 年延长到 2020 年。有些开始得更早，有些仍在测试中。首先讨论 AV 用例，因为它们会极大地影响其他考虑因素。

视音频用例

最初的研究集中在最有前途的应用上。最初，网约车在中国、美国和其他地区起飞，使机器人出租车成为最理想的早期自动驾驶汽车部署方案。在欧洲，固定路线自动驾驶汽车最受关注，因为大多数城市的叫车服务增长受到限制。美国和中国是自动驾驶卡车开发和测试的主要市场。

了解技术复杂性、客户需求和其他用例因素需要大量研究。生成用于测试 AV 软件的训练数据至关重要。通过模拟进行的虚拟 AV 测试变得越来越重要，并且对于安全性仍然至关重要。

道路使用立法。

到目前为止，政府几乎没有监督。大多数情况下都需要测试许可证，所有运送乘客的自动驾驶系统都需要安全驾驶员。仅限货物的自动驾驶汽车还需要道路许可证，以及在此期间开始测试的自动卡车。

美国一些州颁发了测试许可证，加利福尼亚州是最大的项目。中国在这段时间内开始了机器人测试。欧洲主要测试的是固定路线AVs和一些人行道货物AVs。

到2019年，超过65家公司已获得加州DMV许可证，可以测试AVs。共获得567辆测试车辆的许可证，当年驾驶了近290万英里。2020年，许可证数量达到668辆测试车辆，但由于大流行，驾驶里程下降到199万英里。在此期间，AVs需要一名安全驾驶员在加利福尼亚州进行测试。

安全标准。

技术安全主要关注基于ISO 26262及其四个ASIL（汽车安全完整性水平）阶段的功能安全。之后介绍的AVs的技术安全标准也已开始工作。

SAE定义了六个驾驶级别，L3、L4、L5代表自动驾驶。这些水平被广泛使用。SAE还引入了多个重要概念：

对于操作设计领域，ODD定义了AV可以操作的环境。

OEDR或对象和事件检测与响应，监测并响应驾驶环境。

DDT或动态驾驶任务涵盖AV驾驶、执行OEDR和避免撞车。

自动驾驶系统是指执行DDT的计算机系统。

AV技术

在此期间，随着多种新技术的出现，技术发展受到了大量关注。软件驱动程序是最复杂的组件，因为它需要完成所有DDT功能。传感器和视觉软件用于完成OEDR功能。

运行所有软件的计算机硬件需要比目前更高的性能，这是Nvidia和其他处理器设计师面临的挑战。

在这段时间里，人工智能技术发展迅速，也许如此之快，以至于目前人工智能的改进被高估了。

当前状态

AV目前处于大多数AV用例的部署试验阶段。2018年开始了部分测试阶段。对于某些地区的某些用例，该阶段可能会持续到2025年或更长时间。

用例。

用例已经演变，其重要性在一定程度上发生了变化。由于卡车司机短缺以及在线订单和交付量的大幅增加，这种流行病增加了自动驾驶汽车的重要性，因此自动驾驶汽车变得更加理想。

无人驾驶出租车仍然很重要，在美国和中国开始进行无人驾驶试验，预计未来几年还会进行更多试验。加州已批准七家公司进行无人驾驶测试。其中三个已获得在特定领域部署自动驾驶汽车的授权——Cruise、Nuro 和 Waymo。Nuro 正在测试纯商品 AV，而 Cruise 和 Waymo 则专注于机器人出租车。

自动驾驶卡车通过在安全驾驶员的测试模式下交付货物来产生收入。此用例主要使用集线器到集线器交付方案，其中大部分驾驶都在高速公路上，每次往返都从高速公路到仓库进行短途旅行。

Sidewalk AV 正在美国、欧洲和中国的一些城市的许多校园和杂货店提供食物。

道路使用立法。

AV 立法仍然有限，但正在进行大量规划。法国和德国已经迈出了制定 AV 立法的第一步。其他国家正在通过新的立法，包括中国、英国。在美国

更多国家/地区可获得更多测试许可。欧洲终于在自动驾驶出租车测试方面变得更加活跃，在慕尼黑、巴黎和其他城市进行了试验。下面讨论的新 ISO 标准将增加固定道路自动驾驶汽车的测试和部署，而欧洲可能处于领先地位。

安全标准。

安全标准在过去一年左右有所提高。ISO 22737 LSAD 对于某些 AV 用例尤其重要。LSAD 或低速自动驾驶将用于许多固定路线的自动驾驶汽车、良好的交付和类似的场景。

ISO 21448 或预期功能安全性将功能安全性扩展到 AV。该规范涵盖了在没有系统故障的情况下发生的功能安全漏洞。（ISO 26262 涵盖系统故障。）

UL 4600 涉及 L4-L5 自动驾驶汽车，包括自动驾驶开发的所有方面。UL 4600 由 Underwriters Laboratories 和 Edge Case Research 开发。它将 ISO 26262 和 21448 扩展到 AV，基于其当前状态并在没有人工干预的情况下感知其操作环境。

IEEE P2851 正在利用 Mobileye 的 AV 驾驶算法来避免碰撞——责任敏感安全 (RSS) 模型。RSS 是一个正式的数学模型，它采用技术中立的方法来避免崩溃。该标准称为与安全相关的自动车辆行为模型的假设。

定义 AV 级别和概念的 SAE J3016 术语标准正吸引越来越多的批评，当它仅定义 AV 术语时被视为安全标准。我们的同事 Colin Barnden 对此和其他 AV 安全主题进行了出色的概述。

SAE 很可能会将其六个级别从 ADAS 更新为 AV。卡内基梅隆大学的 Phil Koopman 提出的一项基于 Koopman 的四种简化自动化模式的建议获得了相当大的支持：

驾驶员辅助：支持人类驾驶员。

监督自动化：人类驾驶员监控并填补能力空白。

自主操作：没有人类驾驶员对安全负责。

车辆测试：由于潜在的设计缺陷，驾驶员可以降低风险。

视音频技术

AV 技术不断进步——某些方面比其他方面更重要。软件驱动程序正在改进，其中一些涵盖了多个 AV 用例。以前从未见过的边缘情况或新的驾驶情况仍然是一个棘手的问题，需要相当大的进步才能获得可接受的安全性。

传感器随着改进技术的出现而不断发展。飞行时间 (ToF) 和调频连续波 (FMCW) 技术之间的激光雷达技术之争正在进行中。ToF 是大多数 AV 初创公司使用的成熟技术。FMCW 具有诸如最小干扰、出色的速度测量和更长的范围等关键优势。然而，成本仍然是一个问题。FMCW 看起来是长期赢家。

新一代雷达技术正在兴起，它将通过 4D 或成像雷达大大提高传感能力。4D雷达带来了与激光雷达的重叠功能，是雷达的长期领导者。

在其他地方，远红外线 (FIR) 是另一种有前途的 AV 传感器技术。FIR 可以比其他传感器更好地检测温暖的物体，对于检测行人和动物至关重要。

人工智能技术不断改进，但进步的速度似乎已经放缓——至少对于自动驾驶汽车来说是这样。一个问题是所谓的黑盒问题：仍然很难确定 AI 模型如何为 AV 驾驶做出决策。这种模糊性仍然是 AV 使用的一个大问题。需要更好的解决方案。

未来展望

安全部署阶段将因 AV 用例而异，时间范围为 2024 年至 2030 年，甚至可能更晚——具体取决于领先企业的计划。下一节回顾上面的图表。

视音频用例。

交通模式相对简单的用例（包括低速旅行）将首先看到安全部署。这包括在许多公共交通部署中用于固定和可变路线的 AV。仅货物交付 AV 也将看到早期部署，将人行道 AV 作为以步行速度运行的最简单版本。

Nuro 等基于道路的纯货物自动驾驶汽车也应该看到早期部署。Nuro 的第三代 AV 包括一个外部安全气囊，以提高行人的安全性。

机器人出租车正在部署中，但仅限于部分城市的受限区域。扩张将取决于道路使用立法。未来机器人出租车的运营安全性也将对未来的扩张产生重大影响。一些致命的撞车事故可能会迅速滚雪球，成为所有自动驾驶出租车操作员面临的重大问题——即使只有少数撞车事故导致受伤或死亡。

消费级自动驾驶汽车将利用机器人出租车的开发和部署，但至少会滞后五年。消费类 AV 的 ODD 可能有限，其模式类似于自动驾驶出租车。决定消费者 AV 部署的最大因素将是未来的道路使用立法。

一些自动驾驶卡车应用程序将在 2025 年之前部署，其中集线器到集线器将处于领先地位。自动驾驶卡车承诺即使在有安全驾驶员的情况下也能改善操作，特别是考虑到当前的驾驶员短缺和更好地利用法定休息时间之间的驾驶员时间。司机的效率可以缩短新鲜农产品等商品的行程时间，具有显着的成本优势。

道路立法。

到 2025 年，许多国家可能会出台重要的道路使用立法。这些法律将对所有 AV 用例产生深远影响，可能会延迟 AV 部署。

作为这些审议的一部分，必须做出几个艰难的决定，因为新的 AV 立法将基于制定具体规定的最少数据。其中包括指定 AV 安全与人工驾驶车辆相比的起点，以及如何衡量这种关系的演变。自动驾驶汽车通过提高安全性的软件更新得到改进。针对一组特定的人类驾驶员衡量安全改进仍然是一个悬而未决的问题

英国通过 AV 立法的努力对辩论做出了很大贡献。例如，英国研究人员得出结论，AV 安全是一项最好留给议会的政治决定。

到目前为止，很少有人讨论未来 AV 市场对公司和政府的巨大收入潜力。毫无疑问，这种收入潜力将被纳入 AV 道路使用立法。随着 AV 部署的推进，早期的 AV 部署还将赋予其他国家可以利用的技术和使用领先地位。

安全标准。

AV 技术标准状况良好：ISO 21448 和 UL 4600 已获得批准，IEEE P2851 即将推出。这些标准必须内置到下一代 AV 系统中，以增加相当大的安全性。

新技术标准或至少现有标准的更新是可能的。一个问题是，是否会有针对自动驾驶卡车、纯货物 AV 或其他车辆类别的特定技术标准？

未来的立法可能还需要在 2025 年的时间范围内制定新的或更新的标准。这可能对未来的 AV 技术标准产生最大的影响。

视音频技术。

需要持续改进 AV 技术。软件驱动程序将依赖于人工智能技术的进步和来自扩展机器学习的改进以及来自测试和操作的数据。

FMCW激光雷达、4D雷达和FIR等传感器硬件和软件技术正在进入量产阶段。所有传感器都将看到成本下降和可靠性提高，激光雷达变得更加实惠。

随着成本的下降，计算性能也会提高。带有人工智能加速器的芯片将有助于提高重要性。一些 AV 公司将开发自己的芯片。

底线

AV 必须在批量部署之前克服多重挑战。技术复杂性仍然令人生畏：开发和证明软件驱动程序可以胜过人类驱动程序仍然是一个主要障碍。

AV 用例变得越来越清晰，其中一些比其他用例更容易掌握。具有简单流量模式和低速度的部署将看到早期的批量部署。

AV 技术标准正在进步。现在取决于 AV 公司将这些标准快速集成到他们的平台中。

也许最艰难和最有争议的决定将由制定自动驾驶道路使用立法的政客做出。他们必须权衡自动驾驶汽车的安全性和人类驾驶员的能力。他们还必须具体说明新法律的实施、自动驾驶汽车将如何被授权供公众使用以及自动驾驶汽车在其驾驶生命周期内如何保持授权。

审核编辑 黄昊宇