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第一届亚洲CES消费电子展5月25日至27日在上海浦东新国际会展中心召开。如果各位正好有去参观的话是否有注意过照片上这辆北京车牌的奥迪A7呢？不管你是在展馆周围的道路上或者展馆附近的喜马拉雅酒店停车场看到这辆车，你都要格外留心哦。因为这辆车正是奥迪自动驾驶（Audi Piloted Driving）的原型测试车。它可能正在以自动驾驶模式在中国的路况上进行测试或者演示。以上照片为奥迪自动驾驶试验车在上海国际展览中心周边的道路上行驶（近龙阳路）。如下的照片分别为停在展馆附近喜马拉雅酒店门前的奥迪自动驾驶试验车以及该试验车以自动驾驶模式行驶在内环高架卢浦大桥方向进行演示。
那么是什么原因使得奥迪在其他车企还只在美国或者欧洲进行自动驾驶演示的大背景下敢于在中国如此复杂的路况下测试和演示其自动驾驶技术，并且宣称5年能够量产该技术呢？今天我们就来聊聊帮助奥迪自动驾驶技术进入中国并且具备演示能力的那些小伙伴们。他们包括上海同济大学、TTTech、NVIDIA、IBEO。如果你对其中的某些公司感到陌生或者对他们在奥迪自动驾驶技术中所扮演的角色并不了解的话，请随着我慢慢往下看。
首当其冲的就是帮助奥迪应对中国复杂路况的战略合作伙伴——同济大学。中国交通环境的复杂性和特殊性是人所共知的。比如频繁无规律的车辆变道并线，神出鬼没的电动自行车以及无视信号灯的行人。这些中国特色的路况都让很多国外的驾驶辅助技术吃过大亏。为了让中国用户能够体验到奥迪自动驾驶科技的便捷和安全，位于北京的奥迪亚洲研发中心和位于上海的同济大学展开了全面的合作。基于奥迪的自动驾驶技术，在北京、上海两地的实际道路上进行测试和优化。大家在第一届亚洲CES电子展上看到的奥迪自动驾驶原型车进行的演示就是奥迪与同济大学合作的第一阶段成果。可谓是一场不错的汇报演出。其实奥迪和同济大学的合作可以向前追溯到2010年。如下即是奥迪同济联合实验室启动仪式的照片。
说完了同济大学帮助奥迪应对中国的复杂路况，我们再看看哪个伙伴帮助奥迪解决了自动驾驶汽车的“大脑”（奥迪驾驶辅助主控单元）的。奥迪自动驾驶汽车拥有众多传感器包括12个超声波传感器、4个高清俯视鱼眼摄像头、1个高清3D摄像头、1个红外线夜视摄像头、4个雷达传感器和1个激光扫描器全面而完整的监测汽车四周的环境。这些传感器的位置大家可以依次参照下面的照片。
要去融合那么多传感器的信号势必需要一个非常强大的“大脑”。在过去人们能想到的最直接的方法就是使用强大的工控计算机来实现实时控制。比如如下的照片奥迪自动驾驶测试车后备箱所堆的满满一后备箱的设备。
但这些工控计算机又占空间又笨重，奥迪就开始了更小巧的控制系统开发。而这个更小巧的控制系统就是奥迪的中央驾驶辅助控制器zFAS系统。zFAS就是德语zentrales Fahrerassistenzsteuerger?t或者英语central driver assistance controller的缩写。经历了数代的开发以后zFAS系统已经变得非常小巧并且可以安装于车辆后备箱的一个角落里了。如下即是第一代及第二代zFAS模块的照片以及安装于后备箱角落的实际效果图。
根据它的构架该模块由前方图像处理单元（front image processing）、全景图像处理单元（surround image processing）、传感器融合主控单元（sensor fusion host）和应用主控单元（application host）四部分组成。各部分的位置如下照片所示。
如果大家仔细看第一和第二代zFAS模块照片的话会发现TTTech的logo。zFAS模块是由一家名为TTTech的公司开发的。你可能认为这只是一家名不见经传的软件算法开发小公司。那我只能说你有点小看他了。TTTech是一家总部位于奥地利的机器人技术公司，它和维也纳科技大学有非常深的渊源。提到TTTech这家公司就不得不说一下确定性以太网（DETERMINISTIC ETHERNET）。如果你对这个名词很陌生那一点不奇怪，因为这是一种专门服务于高实时性要求过程控制的网络，很少用于普通民用。TTTech公司主导开发的确定性以太网被正式命名为TTEthernet（时间触发以太网Time-Triggered Ethernet）。SAE国际自动机工程师学会为其制定了行业标准AS6802，并且该网络被规范定义进了IEEE802.1协议（家用WIFI使用的是IEEE802.11协议）。那么TTTech公司在自动控制方面有什么成功案例呢？早在2009年TTTech的自动控制系统及确定性以太网就被应用在了波音最新一代的波音787梦幻客机787 Dreamliner。并且在2013年波音787完成了试飞并开始正式投入商业运营。同在2013年TTTech的确定性以太网技术被应用到了美国航空航天管理局NASA新一代的载人航天计划猎户座多用途载人航天器Orion MPCV（Orion Multi-Purpose Crew Vehicle）当中。猎户座航天器是NASA计划开发的最新一代载人航天器，用于替代航天飞机执行运送航天员进入国际空间站的任务。其一次可以携带6名航天员进入国际空间站。并且它远期还将承担美国重返月球和登陆火星的计划。该航天器被设计成可以一次运送4名航天员往返月球，其最大载荷能力甚至相当于原来阿波罗登月返回舱的总重量。远期为了登陆火星，猎户座航天器还可能改用甲烷推进燃料，而火星拥有相当大的甲烷储量。所以猎户座航天器可谓是美国航天计划的重中之重。2014年12月底搭载着TTTech确定性以太网技术的猎户座航天器成功完成了第一次耗时4个半小时的发射返回试验，初步证明了其出色的可靠性。因此奥迪自动驾驶技术并不是使用普通的以太网技术连接众多的传感器，而是使用了TTTech的确定性以太网技术来保证其实时性和可靠性。可以说奥迪自动驾驶某种程度上在使用现代民航飞机甚至航天飞船使用的自动驾驶技术。如下是南方航空的波音787和波音787机舱内部的抬头显示系统照片，以及猎户座航天器的发射测试准备照片。
其实不仅TTTech是成就奥迪自动驾驶“大脑”zFAS系统的大功臣，NVIDIA也正在帮助奥迪大幅缩小zFAS系统的尺寸。可能大家对于NVIDIA的了解还主要来自于NVIDIA的显卡。其实NVIDIA在移动处理器方面有非常大的投入。NVIDIA最新的一代移动图形处理器Terga K1帮助奥迪自动驾驶zFAS模块缩小到只有一个饭盒大小的尺寸。而性能反而比上一代更加强大。这一切都源自于Terga K1内部包含的192个显示处理核心强大的图形处理能力。如下就是装载了NVIDIA Terga K1处理器的最新一代奥迪自动驾驶zFAS模块照片。
说完了“大脑”，我们再来说说车上的传感器。大家有没有发觉从外形上来看，这辆奥迪自动驾驶概念车和普通的奥迪A7没什么区别。而大部分人对自动驾驶汽车的印象就是一般这种车辆脑袋上都会顶一个旋转的球。这个旋转的球就是3D激光扫描仪。比如如下照片所示的Google在美国加州试运行的基于雷克萨斯RX450h SUV的自动驾驶测试车。由于要保证3D激光扫描仪的完整视角，Google RX450h自动驾驶测试车加上激光扫描仪支架的总高度远远超过了2米。这使得它的通过性受到了很大的影响。要知道在中国的地下车库，有很多地方的限高甚至只有1.9米。
目前3D激光扫描仪仍然是公认可以比较精确可靠描绘周边三维环境的仪器。因此广泛应用于军工和工程机械上。但同时3D激光扫描仪的成本也是很高的。Google无人驾驶试验车所用的普锐斯汽车在美国售价低于3万美元。其搭载的各种测量设备则价值15万美元。而测量设备中3D激光扫描仪就占到了近一半的成本。其搭载来自美国硅谷Velodyne公司的第一代64波束产品价值7万美元。尽管Velodyne公司推出了一系列产品，包括新的32波束和16波束的版本，但最低的价格仍需要近8千美元（如图为Velodyne的64、32、16波束产品）。
这对普通汽车来说仍然是一个奢侈品。但奥迪并未放弃3D激光扫描仪技术，而是找到了一种更小巧更接近量产的方案。如果仔细看照片上保险杠处，会发现一个圆弧状传感器。这就是来自IBEO公司的小型化3D激光扫描仪。下图为奥迪A7自动驾驶概念车车头特写照片以及奥迪的电子电气开发部副总裁（Chief Engineer for electrics/electronics development） Ricky Hudi 介绍这款新型传感器时的照片。其体积只有拳头大小，将来的量产成本会接近普通双目立体摄像头模块的成本，也就是低于300美元的成本。IBEO公司总部位于德国，具有多系列的高性能激光扫描仪产品。并且IBEO公司正与法雷奥进行战略合作，开发符合汽车严苛要求的激光扫描仪产品。这款小型化激光扫描仪在外形不需旋转的前提下可以达到145度的水平视角，150米远的探测距离。其激光二极管每秒可发射近10万次红外线脉冲，控制系统会根据红外线脉冲的反射情况计算出前方物体的详细轮廓。
综上所述，可以说IBEO公司帮助奥迪将3D激光扫描仪的成本、尺寸、性能等方面符合了未来量产的需求。而TTTech和NVIDIA公司帮助奥迪大大缩小了中央驾驶辅助控制器zFAS系统的尺寸并且有望在近期量产。最后同济大学帮助奥迪自动驾驶技术逐渐适应了中国的复杂路况。有了这些小伙伴的帮助，奥迪才有如此底气在中国如此复杂的路况下测试和演示其自动驾驶技术。让我们慢慢期待什么时候奥迪可以将此类自动驾驶汽车量产吧。
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