自动驾驶汽车产业发展研究及展望.pdf
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1、汽 车 文 摘李磊磊(上海杉达学院工程学院,重点领域深度学习课程群虚拟教研室,上海 201209)【摘要】为了研究自动驾驶汽车产业发展进程和趋势,通过使用数据分析和技术趋势分析方法,梳理当前国内外自动驾驶汽车技术发展现状,分析自动驾驶汽车关键核心技术与挑战。当前,装备高性能、高性价比驾驶辅助系统的汽车产品占主流,高度和完全自动驾驶汽车商业运营开始多场景落地。人工智能(AI)的迅速发展推动了自动驾驶汽车商业化进程,未来自动驾驶汽车技术发展呈现高级智能化、电动化、多域融合、生成式大模型加持、安全便捷和低碳环保的趋势。关键词:自动驾驶;人工智能;高精度地图;数据安全;5G通信;转换器中图分类号:U4
2、69.72;U461.91文献标识码:ADOI:10.19822/ki.1671-6329.20220289Development Research and Prospects on Automated Driving VehicleIndustryLi Leilei(Virtual Teaching and Research Office of Deep Learning Course Group in Key Areas,School of Engineering,ShanghaiSanda University,Shanghai 201209)【Abstract】In order to
3、study the development progress and trends of the automated driving vehicle industry,currenttechnological development status domestic and overseas are summarized,the analysis of the key and core technologies,andrisks related to automated driving vehicle are carried out by utilizing the methods of dat
4、a analysis and technological trendanalysis.Research results indicate that the current situation of automated driving vehicle is that high-performance and cost-effective vehicles with driver-assistance have dominated the markets and commercial operations of highly automated andfully automated driving
5、 in multi-scenarios have started in.The rapid development of Artificial Intelligence(AI)haspromoted the commercialization of automated driving vehicle.The development of automated driving vehicles shows thefuture trends of high-level intelligence,electrification,multi-domain integration,aid with gen
6、erative large model,safety andconvenience,low carbon and environmental protection.Key words:Automated driving,AI,High-precision map,Data security,5G communication,Transformer自动驾驶汽车产业发展研究及展望【欢迎引用】李磊磊.自动驾驶汽车产业发展研究及展望J.汽车文摘,2023(9):1-10.【Cite this paper】LI L L.Development Research and Trend Prospects o
7、n Automated Driving IndustryJ.Automotive Digest(Chinese),2023(9):1-10.0引言发展自动驾驶汽车技术不仅可以提高汽车驾驶安全性、减少交通事故,还可以提高出行效率、节约能源和减低排放,具有重要的社会意义和经济意义。目前,自动驾驶汽车产业发展迅速、完全自动驾驶汽车已开始在部分地区商业运营。人工智能(Artificial Intelligence,AI)在自动驾驶汽车上主要应用在车辆自主驾驶技术、人机交互、智能导航、车载娱乐、车辆运动控制和多传感器融合感知等多方面。本文旨在对自动驾驶汽车产业发展进行研究和分析,使用数据分析方法对近年来
8、的研究成果进行梳理,通过分析相应的法律法规、标准规范、行业报告、消费者需求,总结自动驾驶汽车产业发展现状,分析自动驾驶汽车商业化关键核心技术,总结出AI技术中以转换器(Transformer)为代表的大模型正在与自动驾驶软硬件多领域深度融合,高度和完全自动驾驶汽车未来发展将伴随着Transformer大模型应Automotive Digest12023年 第9期用而快速成熟。1自动驾驶汽车产业发展现状自动驾驶汽车是汽车产业转型升级的重点战略发展方向,自动驾驶汽车产业总体规模正在快速增长。许多国家和地区都在积极推动自动驾驶汽车产业发展,自动驾驶汽车技术发展将对智慧交通运输和智慧城市规划与建设产生
9、深远影响,有望提高交通效率,降低能源消耗、碳排放和减轻环境污染1。目前,自动驾驶汽车技术发展呈现2条路线。(1)传统汽车制造商不断加大研发投入,转型生产半自动驾驶汽车产品。传统汽车制造商主要进行驾驶辅助系统配套软件和硬件研发,或者选择收购产业链顶端的新科创企业以减少专利壁垒。(2)互联网企业跨界进军自动驾驶汽车领域。国内主要有科技互联网企业,如百度、华为、阿里巴巴、腾讯、滴滴等,国外科技互联网企业主要有Waymo、Cruise等。1.1国内自动驾驶汽车发展现状1.1.1政策法规自2015年以来,我国持续推出指导自动驾驶汽车产业发展的相关政策,旨在推动交通运输高质量发展,详见表1。国内首部关于自
10、动驾驶汽车商业运营的法规 深圳经济特区智能网联汽车管理条例2(以下简称“条例”)于2022年8月1日起实施。“条例”中以法规的形式对有条件自动驾驶、高度自动驾驶和完全自动驾驶类型进行了定义,权责进行了仔细划分和详尽解释。有驾驶人的智能网联汽车发生道路交通安全违法情形的,责任在于驾驶人。完全自动驾驶智能网联汽车出现上述情形时,由车辆所有人、管理人担负责任。2022年8月,重庆、武汉两地政府部门率先发布自动驾驶汽车全无人商业化试点政策。全无人的自动驾驶商业化示范运营,被誉为自动驾驶汽车商业化的终极业态。两市在全国率先进行全无人自动驾驶汽车商业化运营深度探索,标志着我国自动驾驶汽车市场也会迎来高速增
11、长拐点,在全球自动驾驶汽车竞赛中占据领先地位。在各项政策的积极支持和推动下,我国在自动驾驶汽车技术研发和应用方面均位居世界前列。1.1.2标准规范2020年4月,交通运输部发布 公路工程适应自动驾驶附属设施总体技术规范3(征求意见稿),这是我国第一个面向未来新型交通运载工具的行业推荐标准。该文件是针对自动驾驶公路附属设施方面专门制定的技术规范,该意见稿提出正当我国自动驾驶汽车已经进入产业化前期,更好地促进自动驾驶车辆在现有道路上实现部分或完全自动驾驶,推动自动驾驶汽车及相关产业发展。2022年10月,由我国牵头制定的首个自动驾驶汽车测试场景的国际标准ISO 34501:道路车辆自动驾驶系统测试
12、场景词汇(2022 Road vehiclesTestscenarios for automated driving systemsVocabulary)4正式发布,该国际标准的出台彰显了我国在自动驾驶汽车行业发展的话语权和研发实力,同时也为促进和推动汽车产业向智能化转型提供了基础性支撑。建设统一的标准体系有利于促进技术创新和研发,降低研发和生产制造成本,降本增效;有利于国际合作,产品的可靠性、通用性、安全性更能促进自动驾驶汽车产业的规模化发展;有利于各地加快制定法律法规,明确交通事故责任认定。1.1.3市场竞争格局2022 年 4 月,中研普华研究院发布的 20222027 年自动驾驶技术及
13、应用行业深度研究报告5显示,“十三五”期间,随着国内自动驾驶技术的不断成熟,商业化进程不断加快,自动驾驶汽车产业预计将会保持较快的速度发展,预计2030年中国智慧交通市场规模将达到10.6万亿元。2023年2月,中商产业研究院发布了 中国无人驾驶市场前景及投资机会研究报告6,报告对中国自动驾驶行业的发展现状、竞争格局及市场供需形势进行了具体分析。2023 年国际数据公司(International Data Corporation,IDC)发布了 IDC MarketShare:自动驾驶开发平台市场份额,20227。该报告显示,以云计算企业为主导的自动驾驶开发平台企业市场份额占比超过80%(图
14、1)。麦肯锡洞察报告显示8,消费者对自动泊车功能的需求大于汽车正常行驶功能需求(图 2)。受疫情影响,汽车消费者购车需求发生变化,汽车企业回归理性,高度自动驾驶短期内难以实现盈利,因而无论是消费者还是汽车企业,现阶段更愿意接受驾驶辅助系统,市面上具有驾驶辅助功能的汽车将成为主流。中国自动驾驶汽车商业落地领先于其他国家。其中,百度公司投入大量资金进行研发,利用其在人工智能和深度学习方面积累的技术优势,自主研发出Apollo自动驾驶开放平台、昆仑云端AI算力芯片、产业级深度学习框架“飞桨”等一系列前沿成果。根汽车文摘2汽 车 文 摘据中国知识产权期刊网站公布的全球自动驾驶技术领域发明专利企业排名9
15、,百度公司提交的自动驾驶专利数量连续4年排名全球第1(图3),稳居国内自动驾驶技术排名第1。根据统计,全球约43%的自动驾驶技术发明专利来自中国,中国已然成为自动驾驶技术领域最大的投资市场9。类别综合交通运输科技与汽车制造业相关行业时间2019.122020.102021.072022.012019.092020.042021.012021.022021.072021.082021.092021.122022.082020.022020.032020.112020.122021.072020.042021.022021.092022.07政策文件名长江三角洲区域一体化发展规划纲要新能源汽车产业
16、发展规划(20212035年)5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)“十四五”数字经济发展规划交通强国建设纲要长江三角洲地区交通运输更高质量一体化发展规划交通运输部关于完善综合交通法规体系的意见国家综合立体交通网规划纲要智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范(试行)交通运输领域新型基础设施建设行动方案(20212025年)交通运输部科学技术部关于科技创新驱动加快建设交通强国的意见“十四五”现代综合交通运输体系发展规划自动驾驶汽车运输安全服务指南(试行)(征求意见稿)智能汽车创新发展战略汽车驾驶自动化分级(GB/T 404292021)智能网联汽车技术路线图2.0节能与新能源汽车技术路
17、线图2.0工业和信息化部关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见2020年智能网联汽车标准化工作要点国家车联网产业标准体系建设指南(智能交通相关)物联网新型基础设施建设三年行动计划(20212023年)关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见发布机构中共中央、国务院国务院办公厅工业和信息化部国务院中共中央、国务院国家发展改革委交通运输部中共中央、国务院工业和信息化部、公安部、交通运输部交通运输部交通运输部、科学技术部国务院交通运输部国家发展改革委工业和信息化部中国汽车工程学会中国汽车工程学会工业和信息化部工业和信息化部工业和信息化部、交通运输部、国家标准化管理委
18、员会工业和信息化部、中央网信办、科学技术部等科技部、教育部、工业和信息化部等参考文献号10111213141516171819202122232425262728293031表1我国自动驾驶发展战略、规划和政策2022年4月28日,北京市率先允许自动驾驶车辆“转向盘后无人”,成为国内首个开启乘用车无人化自动驾驶汽车运营试点城市,百度公司等获准向公众提注:基于IDC数据整理百度Apollo华为其他阿里巴巴腾讯云亚马逊云科技9.2%29.7%34.4%5.0%3.4%18.3%消费者对自动驾驶功能需求受访者比例/%自动泊车城市地面道路高速公路/城市高架02040608010076607525402
19、4需要该功能不需要该功能图1自动驾驶开发平台市场份额(2022年)图2消费者对自动驾驶功能需求8Automotive Digest32023年 第9期供“主驾无安全员、副驾有安全员”的自动驾驶出行服务。目前,百度公司旗下出行平台“萝卜快跑”已经具备4级高度自动驾驶能力,并获得国家客车质检中心重庆测试场的安全认证。2022年5月26日,百度公司宣布“萝卜快跑”成为全球最大自动驾驶出行服务商。百度公司正在加快自动驾驶技术落地量产,也获得众多企业的青睐与合作,如全球第一大新能源汽车制造商比亚迪将百度公司作为自动驾驶技术供应商32。当前,自动驾驶商用车主要应用于半封闭环境下的物流、矿山、环卫等商业场景
20、,路线相对固定。由上汽集团打造的智能重型载货车已经在上海洋山港码头、东海大桥和物流园之间投入运营,其中列队行驶是上汽集团正在进行的重要场景测试。1列车队包含5辆车,只需要1名安全员,到达目的地后,车队可以自主精确地泊车到相应位置。上汽集团重型载货车的商用落地助力上海洋山港创造更高经济效益,预计到2023年上汽集团将推出L4级高度自动驾驶汽车。北京、上海、深圳等城市纷纷抢占自动驾驶商业先机,其中上海具备最完整、最全面的生态系统。上海具有自动驾驶和新能源汽车“双高地”之称,测试道路里程数、企业数量和牌照数量均居全国首位。此外,部分城市在划定区域开展完全自动驾驶汽车商业化和自动驾驶汽车收费运营服务,
21、使积极促进投入自动驾驶汽车企业和科技公司获益,标志着我国自动驾驶汽车产业商业化进程处于全球领先地位33。1.2国外自动驾驶汽车发展最新进展2020年1月美国交通部发布 确保美国自动驾驶汽车技术领先地位:自动驾驶汽车 4.0(EnsuringAmerican Leadership in Automated Vehicle Technologies:Automated Vehicles 4.0)34,其核心原则就是努力消除对于自动驾驶汽车发展的监管障碍,旨在通过政府努力,保障美国自动驾驶技术在全球的领先地位。2022年8月19日,英国政府发布全新自动驾驶政策文件 互联和自动出行2025:在英国实现
22、自动驾驶汽车效益(Connected and automated mobility 2025:realizing the benefits of self-driving vehicles),预计到2025年,英国实现自动驾驶汽车商业落地35。Waymo是全球第一家推动自动驾驶商业化的公司,但自动驾驶技术研究进展和商业化进展缓慢。2022年3月,美国加州政府向Waymo和Cruise提供了自动驾驶客运服务许可证,允许其在旧金山及周边开展收费载客运营业务。但在自动驾驶汽车实际试商业运营时,该业务并不能使乘客感到满意,主要是自动驾驶汽车在同样里程下反而产生比Uber更高费用、更多用时。此外,自动驾
23、驶用户满意度差的另外原因是加州提供的自动驾驶许可证有限制要求,包括自动驾驶车辆运行时间、路段和车速限制36。亚马逊和联邦快递尝试进入自动驾驶无人配送领域,在发展数年后依然没能找到可行的商业化落地路径,加上主营业务低迷,因此不得不停止自动驾驶无人配送车项目。沃尔沃公司早期尝试载货车自主研发自动驾驶相关技术,但收效甚微,随后积极与其他公司展开合作,如英伟达、戴姆勒载货车、Aurora、物流公司DFDS,为未来自动驾驶汽车商业化运营做准备。受制于政策法规、道路建设、5G基站建设的发展限制,国外自动驾驶汽车商用落地落后于中国。2自动驾驶汽车产业化关键核心技术自动驾驶车辆关键核心技术包括环境感知、智能决
24、策、控制执行和系统设计技术25。自动驾驶关键核心技术应用深度学习37,使环境感知、智能决策、控制执行与系统设计方面准确性不断提高。Yu等38提出了一种基于深度学习的交通安全解决方案,有效提高了混合交通环境下的意图识别精度和实时性。深度强化学习方法通过和环境交互学习,与人类学习驾驶方法相似(图4),被广泛用于端到端的自动驾驶任务中39。深度强化学习会加速自动驾驶技术发展,推动自动驾驶汽车商业化和规模化快速发展。自动驾驶汽车商业化离不开政策支持、大量的公开道路测试、车路协同基础设施、5G近场通信、高精度地图、芯片、传感器和雷达关键核心技术,本文以高精800700600500400300200100
25、0数量/件年份/年20172018201920202021百度丰田博世本田现代注:根据 中国知识产权 数据整理图3自动驾驶汽车全球专利前5名趋势汽车文摘4汽 车 文 摘度地图、5G近场通信以及环境感知与控制执行技术为例进行分析。2.1高精度地图高精度地图(High Precision Map,HPM)是面向自动驾驶系统的新数据范式,相对精度为1020 cm,全面和准确地表征多维空间特征,具有很高的实时性。高精度地图数据应用在自动驾驶开发解析、传输、重构的一般过程40。自动驾驶需要海量数据及更高精度的数字地图,高精度地图数据的采集需要摄像头、激光雷达(LightDetection And Ran
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