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我的无人车现在处于哪一阶段？ 了解6个无人驾驶等级
研究人员预测：到 2025 年，我们将看到大约 800 万辆无人或半无人汽车在路上行驶。无人驾驶汽车的辅助技术必须首先通过 6 个无人驾驶等级，才能在相应的限制条件下，如地理围栏，上路行驶。
这些级别具体如何划分？ 以及我们现在处于哪个级别？
美国汽车工程师学会 (SAE) 定义了6个无人驾驶等级——从 0 级（完全手动）到 5 级（完全自动）。这些无人驾驶等级准则已经被美国交通部采纳。
什么是自动驾驶汽车？
自动驾驶汽车可收集、感知并分析数据，以便根据周围环境做出独立决策并采取行动。如今，汽车的自动化程度正在迅速提高，道路上已经有无人驾驶汽车，也有具有一定自动驾驶能力的由人类驾驶的汽车。
汽车行业通常采用美国汽车工程师学会（SAE）定义的六级自动驾驶体系，即从0级（无自动驾驶）到5级（完全自动驾驶）。在农耕及采矿领域，自动驾驶汽车无需人工干预即可执行任务。在航空航天领域，得益于自动驾驶仪功能，98%的飞行已经实现自动化；但由于严格的法规要求，完全自主的飞机距离广泛应用仍有很长的路要走。
目前，5级完全自动驾驶汽车尚未普及，因为自动驾驶汽车的人工智能（AI）还无法在所有道路和环境条件下完全替代人类驾驶员，尽管自动化技术有助于降低人为错误带来的风险。
设计自动驾驶汽车比设计常规汽车（包括内燃机汽车和电动汽车）更加复杂，因为这类汽车拥有自己的“大脑”，既要具备所需的安全功能，也要执行常规驾驶任务。这也带来了法律责任方面的灰色地带：发生事故时，如果没有驾驶员，责任认定将更加复杂。因此，安全系统的设计和验证必须充分考虑可能引发法律挑战的情形。
0 级（无自动驾驶）
在当今的道路上行驶的大多数汽车都是 0 级：手动控制。由人来完成"动态驾驶任务"，尽管可能有相应的系统来辅助驾驶员，例如紧急制动系统，但从技术方面来讲，该辅助系统并未主动"驱动"车辆，所以算不上自动化驾驶。
1 级（驾驶员辅助）
这是自动化的最低级别。车辆具有单独的自动化驾驶员辅助系统，例如转向或加速（巡航控制）。自适应巡航控制系统可以让车辆与前车保持安全距离，驾驶员负责监控驾驶的其他方面（例如转向和制动），因此符合 1 级标准。
2 级（部分自动驾驶）
这指的是高级驾驶员辅助系统或 ADAS。车辆能够控制转向以及加速或减速。因为有驾驶员坐在汽车座位上，并且可以随时控制汽车，所以这一阶段的自动驾驶还算不上无人驾驶。特斯拉的 Autopilot 和凯迪拉克的（通用汽车）Super Cruise 系统都符合 2 级标准。
3 级（受条件制约的自动驾驶）
从技术角度来看，从 2 级到 3 级实现了重大飞跃，但从驾驶人员的角度来看，差别虽不是微不足道，却也算不上明显。
3 级无人驾驶汽车具有“环境检测”能力，可以自己根据信息做出决定，例如加速经过缓慢行驶的车辆。但是这个级别仍然需要人类操控。驾驶员必须保持警觉，并且在系统无法执行任务时进行操控。
差不多两年前，奥迪（大众汽车）宣布下一代 A8（奥迪旗舰轿车）将成为世界上第一款量产的 3 级无人驾驶汽车。他们的确做到了。奥迪 A8L 将于 2019 年秋季驶入经销市场。奥迪 A8L 采用 Traffic Jam Pilot 技术，该技术结合了激光雷达扫描仪以及先进的传感器融合和处理能力（如果某一组件发生故障，还可以使用内置冗余）。
然而，虽然奥迪正在开创汽车驾驶技术的奇迹，但美国在这方面的监管程序，已经从联邦层面的指导准则，转变为各州针对自动驾驶汽车制定不同的要求。所以目前 A8L 在美国仍被归类为 2 级 无人驾驶汽车，并且在交车时不提供达到 3 级功能所需的关键硬件和软件。然而在欧洲，奥迪将在德国首先推出带有 Traffic Jam Pilot 技术的真正 3 级无人驾驶汽车 A8L。
4 级（高度自动驾驶）
3 级和 4 级自动化之间的关键区别在于，如果发生意外或系统失效，4 级自动驾驶汽车可以进行干预。从这个意义上来说，这些汽车在大多数情况下不需要人为干预。但是，驾驶员仍然可以选择手动超控。
4 级自动驾驶汽车可以采用无人驾驶模式运行。但由于立法和基础设施发展欠缺，4 级无人驾驶汽车只能在限定区域行驶（通常是在城市路况，最高平均速度达 30 英里/小时）。这被称之为地理围栏（geofencing）。因此，现有的大多数 4 级自动驾驶汽车都面向共享出行领域。例如：
NAVYA ，一家法国公司，已经在美国建造和销售 4 级自动驾驶纯电动班车和出租车，最高时速可达 55 mph。
Waymo目前已在旧金山、洛杉矶、凤凰城和奥斯汀提供自动驾驶服务；这些车辆仍在设定的地理围栏内运行，是4级高度自动驾驶的典型应用。
Uber的相关自动驾驶项目涵盖2级高级驾驶辅助和3级有条件自动驾驶技术，并以实现4级高度自动驾驶能力为发展方向。
加拿大汽车供应商 Magna 开发的 MAX4 自动驾驶技术，可在城市和高速公路环境中实现高达 4 级的自动驾驶功能。他们正在与 Lyft 合作，提供将普通车转化为自动驾驶车型的高科技套件。
就在几个月前，沃尔沃和百度宣布建立战略合作伙伴关系，共同开发 4 级电动汽车，为中国的自动驾驶出租车市场提供服务。
5 级（完全自动驾驶）
5 级自动驾驶汽车不需要人为关注，从而免除了 “动态驾驶任务” 。5 级自动驾驶汽车甚至都不会有方向盘或加速/制动踏板。他们将不受地理围栏限制，能够去任何地方并完成任何有经验的人类驾驶员可以完成的操控。完全自动驾驶的汽车正在世界各地的几个试点区进行测试，但尚未向公众提供。向公众提供这一服务尚需数年时间。但是可以想象一下，您上车后，说"送我去上班"，剩下的事情就交给汽车来处理，与此同时，您可以润色一下演讲、在 Netflix 上煲剧或者整理下发型，真是太奇妙了。
自动驾驶汽车的优势与不足
汽车自动化可以为社会带来以下益处：
- 缓解交通拥堵时段通勤带来的压力，并让乘员在长途行驶中处理其他事务
- 借助更强的预测能力减少碰撞事故
- 以更合适的速度行驶，帮助缓解交通拥堵
- 减少人为错误、分心和疲劳驾驶，提高道路安全性
- 为残障人士提供更便利的出行方式
- 通过改善交通流量降低碳排放；与电动汽车（EV）结合时效果更为明显
- 规模化制造有望降低生产成本，并创造新的经济市场
自动驾驶汽车也存在一些潜在挑战：
- 高度复杂的系统需要处理大量数据，软件中的微小错误也可能导致事故
- 严格的测试要求可能显著增加生产和验证成本
- 基于云的软件可能面临网络攻击风险
- 需要稳健的通信网络来实时处理大量数据
自动驾驶汽车传感器
传感器是自动驾驶汽车最重要的组件之一，也是所有驾驶辅助技术的基础。传感器收集并处理数据，使采用数据融合算法的车辆“大脑”能够做出合理决策。可用数据越丰富，车辆越有可能对周围环境做出准确判断。
如果把自动驾驶汽车与人类驾驶员进行类比，传感器就像发现潜在危险的眼睛和耳朵，而人工智能（AI）则像大脑，负责解读周围环境。虽然单一传感器的感知能力仍有局限，但多类传感器可以协同工作，构建更完整的车辆环境视图。
自动驾驶汽车常用的重要传感器包括：
- 摄像头：相当于车辆的眼睛，用于观察周围环境
- 激光雷达：分析距离，确定车辆与障碍物之间的位置关系
- 雷达：进行短距离测量并判断物体速度
- 热传感器：在隧道或黑暗环境等可见光摄像头受限的条件下，通过测量人和物体辐射的温度进行感知
- 超声波传感器：通常安装在车辆周边，可在停车等低速场景中检测路沿和其他车辆
传感器融合算法对于自动驾驶汽车安全、有效地导航至关重要。该算法从不同传感器获取物体速度、距离等数据，并将这些信息整合起来评估当前情况。
传感器融合还会根据环境调整不同传感器的优先级。例如在黑暗条件下，热像仪数据在决策中的优先级可能高于可见光摄像头数据。
如何设计并测试自动驾驶汽车？
自动驾驶汽车设计包括组件设计、系统设计和验证等多个阶段。仿真软件可应用于整个设计流程，帮助优化开发工作。
组件设计涉及优化透镜、机械镜筒、多种传感器以及传感器在车辆上的安装位置。即使单个组件本身性能良好，也可能因车辆几何结构或其他干扰因素而不适合预定位置。
通过仿真将组件置于不同场景和天气条件下进行测试，可以验证其能否在车辆运行生态系统中有效工作。尽早完成各阶段验证，有助于缩短开发时间并降低成本。
自动驾驶汽车的特定行业法规
安全和法规在组件及传感系统设计中发挥着重要作用，因为它们会影响系统功能和安全要求的定义。区域及行业法规也会决定允许采用的自动化等级。例如，汽车和航空航天行业目前主要采用部分自动化功能，而采矿和农业领域已经开始使用全自动技术。
以下是两个监管要求较为严格的行业示例：
- 航空航天：相关产品必须经过严格验证后才能发布，传感器需要能够在极端温度范围和高振动环境下高速运行。虽然目前98%的飞行由自动驾驶仪完成部分自动化操作，但由于潜在安全风险，无人驾驶飞机仍面临严格的审批要求。Ansys参与ARP6983相关行业工作，以支持航空航天自动驾驶功能的验证。
- 汽车：法规因地区而异。部分在美国提供的驾驶辅助功能，在欧洲仍可能需要等待监管机构审批；宝马等厂商也已在欧洲推出3级高速公路驾驶辅助系统。
仿真软件如何推动自动驾驶汽车设计发展
仿真软件具有两项明显优势：
- 通过虚拟测试和开发减少对高成本实体原型的依赖，从而节省时间和资源。
- 支持AI驱动系统的验证和确认（V&V）。这类系统通常需要通过故障率的概率评估进行验证，而概率评估依赖大量仿真测试。
这两项优势分别覆盖开发流程的不同环节，并共同帮助团队提高自动驾驶系统的开发和验证效率。以下是Ansys软件在设计流程中的应用示例：
- Ansys系统工具套件软件：提供基于物理场的建模环境，用于在逼真的任务环境中分析平台和有效载荷
- Ansys medini analyze软件：支持车辆安全分析并帮助满足监管要求
- Ansys AVxcelerate Autonomy软件：支持安全自动驾驶技术的开发、测试和验证
- Ansys AVxcelerate Sensors软件：整合摄像头、雷达、激光雷达和热像仪等传感器仿真，用于虚拟评估复杂ADAS系统和自动驾驶汽车
- Ansys optiSLang软件：用于扩展测试环境并确定一系列逻辑测试场景
- Ansys Zemax OpticStudio软件：用于优化车载摄像头镜头组和激光雷达系统
- Ansys Lumerical FDTD软件：用于设计具有理想性能的CMOS传感器
- Ansys Speos软件：仿真并优化光学系统的设计和性能，包括镜头和封装空间
- Ansys HFSS软件：用于设计自动驾驶汽车中的高频电子组件，包括射频传感器、激光雷达、雷达和摄像头等
总体而言，仿真有助于缩短研发和上市时间，并支持用户在整个流程中组合不同的仿真软件。Ansys不仅支持2级和3级汽车功能的研发，也致力于为未来4级和5级自动驾驶汽车提供更完整的设计流程。
如需进一步了解相关技术方向和解决方案，请参阅自动驾驶技术趋势。