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技术路径的“分水岭”:解析低速与高速自动驾驶的本质差异与设计哲学

解决方案

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自动驾驶技术的发展正呈现出鲜明的场景化特征。开放道路的高速场景与限定区域的低速场景,因其运行环境、作业目标和商业模式的根本不同,催生了截然不同的技术体系。本文将低速无人驾驶界定为在园区、机场、矿区、末端道路等结构化或半结构化环境中,以低于40km/h速度运行的无人车辆系统。厘清其与高速自动驾驶的技术分水岭,对行业正确进行技术选型与产品定义至关重要。

 

 

感知与定位:从“预见未知”到“洞察细微”

 

感知系统是两者差异的起点,其设计直接由场景的时空特性决定。

 

高速场景(乘用车):核心挑战在于高速动态下的远距离感知与预测。车辆以120km/h行驶时,每秒位移超过33米。因此,系统必须依赖高性能传感器(如300米探测距离的激光雷达、高分辨率雷达)和高精地图,实现对远方障碍物、车道线及道路曲率的超视距感知,为决策预留宝贵的反应时间。其定位依赖GNSS+IMU+高精地图的融合,以确保在高速公路网中的全局连续性。

 

车载自动无人驾驶

低速场景(无人车):核心挑战转变为复杂近距离环境下的高精度、全要素识别。运行环境充满突然出现的行人、孩童、宠物、台阶、减速带以及临时摆放的设施。感知的重点在于:

 

精细化识别:不仅检测“物体”,更需识别其类别、姿态甚至意图(如行人是否要横穿)。对摄像头和毫米波雷达的依赖度更高,通过深度学习算法实现对丰富语义信息的提取。

 

冗余化配置:在GPS信号不稳定或无信号的楼宇间、地下车库,主要依赖多传感器融合的SLAM(同步定位与建图)技术。通过激光雷达、视觉和轮速计的数据,实时构建并匹配局部地图,实现厘米级精度的定位与避障。

 

成本敏感:通常采用固态激光雷达、低成本摄像头与超声波雷达的组合方案,在满足性能前提下极致优化硬件成本。

 

 

决策规划:从“最优轨迹”到“社会兼容”

 

决策规划模块是自动驾驶的“大脑”,其智能水平体现在对环境的理解与交互策略上。

 

高速场景(乘用车):决策逻辑接近于人类驾驶员在高速路上的行为,核心是基于物理规则的动态轨迹预测与规划。系统需要处理相对稀疏但高速的动态交互(如车辆并线),在毫秒级内计算出安全、舒适且符合交通法规的最优行驶轨迹。其算法模型高度依赖对车辆动力学和运动学的精确建模。

 

低速场景(无人车):决策的核心是密集人机交互下的“社会兼容性”。车辆往往需要与行人、骑行者、其他服务车辆在狭窄空间内共享路权。这要求:

 

博弈与协作:决策算法需具备基本的博弈论思想,能够理解和预测他方意图,并做出可被理解的协商行为(如主动礼让、通过轻微移动表达意图)。

 

拟人化与可预测性:行驶轨迹不仅要安全,更要符合人类社会的行为惯例,避免做出突兀、令人困惑的举动,这是获得公共接受度的关键。

 

长时程规划:在园区配送、环卫作业等场景中,需进行全局任务级规划(如遍历所有垃圾点),而不仅仅是点对点的路径规划。

 

 

控制执行:性能冗余与成本效率的平衡

 

控制执行系统是将数字世界的决策转化为物理世界动作的最后环节。

 

高速场景(乘用车):对控制的精度、响应速度和可靠性要求极高。必须使用高性能的线控底盘(转向、制动、驱动),并设计多层次、高冗余的失效保护机制(如双制动系统、冗余通信总线)。控制算法需紧密耦合车辆动力学模型,确保在极端情况下的稳定性。

 

低速场景(无人车):

 

执行器性能要求不同:由于速度低、动能小,对制动和转向的响应速度要求相对宽松。但频繁启停、精准点位停靠(如停靠在快递柜前)对低速下的控制平顺性与重复定位精度提出特殊要求。

 

底盘专业化趋势:当前许多低速无人车基于传统车辆或电动车底盘改装,存在“大脑发达,小脑迟钝”的问题——先进的决策算法受限于底层底盘控制接口的封闭与响应延迟。行业正积极向场景定义的专用线控底盘演进,实现车辆控制与上层算法的深度协同优化。

 

成本控制贯穿始终:在满足功能安全基本要求的前提下,执行器的冗余设计更为精简,核心是通过系统架构和算法的鲁棒性来提升整体可靠性,而非堆砌高成本硬件。

 

 

安全与成本:两套截然不同的权衡体系

 

安全是自动驾驶的基石,但安全的实现方式因场景风险而异。

 

高速场景(乘用车):遵循 “功能安全(FuSa)”与“预期功能安全(SOTIF)”并重的原则。通过ASIL-D级别的系统架构、全面的V型开发流程和海量里程测试,致力于将失效概率降至极低。成本并非首要约束,百万元级别的测试与研发投入是常态。

 

低速场景(无人车):安全理念更侧重于 “运行设计域(ODD)内的风险评估与管控”。

 

ODD严格限定:通过地理围栏、速度限制、运行时段等手段,主动规避无法处理的场景,从根本上降低系统复杂度。

 

安全策略差异化:在低速条件下,紧急刹停是可行且主要的避撞策略。安全设计更关注防碰撞、防夹伤等机械安全,以及远程监控和接管能力。

 

成本是核心约束:商业化落地的前提是整车成本需低于其替代的人力成本。因此,安全方案必须在保障核心安全与控制硬件成本之间取得精妙平衡,推动着软件定义安全、算法提升可靠性的创新。

 

 

结论

 

低速无人驾驶与高速自动驾驶是自动驾驶技术树分蘖出的两条主干。前者是以任务可靠性与商业经济性为核心,在限定场景下追求极致性价比的专用解决方案;后者是以全场景覆盖与绝对安全为核心,在开放道路上面向通用出行的尖端科技探索。

 

理解这一“分水岭”,意味着认识到低速无人驾驶的成功,不在于盲目追逐L4级通用算法的复杂度,而在于深度理解垂直场景的痛点,进行从传感器配置、决策逻辑到底盘控制的全栈技术协同创新。这不仅是技术路径的选择,更是产品定义与商业逻辑的胜利起点。

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