问题

汽车发展概括为四化(电气化、网联化、智能化、共享化),就自动驾驶专题,可从航空器发展中学到什么经验?

回答
汽车“新四化”浪潮滚滚向前,自动驾驶作为其中最受瞩目的焦点之一,正以前所未有的速度改变着我们的出行方式。当我们深入探讨自动驾驶的未来时,不妨将目光投向同样历经漫长演进、且早已在天空领域实现高度自动化的航空器。从航空器发展中,我们能为自动驾驶汽车汲取到的经验,远比想象中更为丰富和深刻。

一、 安全是永恒的主题,冗余是必由之路

航空器之所以能在天空这一极端环境中可靠运行,其最核心的基石便是“安全”。从早期飞行员手动操控到如今高度自动化的驾驶舱,安全性的提升是贯穿始终的最高优先级。

严苛的适航认证与生命周期管理: 任何一架飞机在投入商业运营前,都必须经过极其漫长且严格的适航认证过程。这不仅仅是针对单一硬件的检测,而是对整个系统(包括软件、硬件、操作流程、维护保养等)全方位的验证。这种“从摇篮到坟墓”的生命周期管理,确保了飞机的每一个环节都符合最高安全标准。
经验借鉴: 自动驾驶汽车同样需要建立一套类似航空级的安全验证体系。这需要跨部门、跨行业的合作,由独立的第三方机构进行严格的测试和认证,确保在各种极端天气、复杂路况、潜在故障下的安全性。此外,对软件更新、硬件老化等环节的持续监控和管理也至关重要,如同飞机定期的维护保养一样,是防止“空中楼阁”倾覆的关键。
多重冗余设计: 飞机的核心系统,如飞控计算机、传感器、液压系统、电源系统等,普遍采用多重冗余设计。这意味着一旦某个部件发生故障,系统能够自动切换到备用部件,保证飞机的继续飞行,甚至安全着陆。例如,很多飞机的飞控计算机至少有两套,甚至三套,相互校验,即使有一套失效,另一套也能接管。
经验借鉴: 自动驾驶汽车在感知、决策、执行这三大核心环节,都应该贯彻冗余设计理念。
感知冗余: 不能依赖单一类型的传感器(如仅依赖摄像头)。必须整合激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、高精度地图、惯性导航单元(IMU)等多重传感器,形成多模态感知能力,互相弥补,提高在恶劣环境(如雨、雪、雾、强光、黑暗)下的鲁棒性。
决策冗余: 自动驾驶的决策算法需要具备失效安全机制。当主决策系统出现异常时,能够迅速切换到安全模式,如低速巡航、靠边停车等。
执行冗余: 转向、制动等执行机构也应考虑冗余,例如双电机转向、双通道制动系统,以防止单一执行部件故障导致车辆失控。

二、 复杂环境下的认知与决策,仿真与实测的黄金结合

天空环境复杂多变,但相较于城市街道,其可预见性和可控性更高。汽车自动驾驶所面临的道路环境,是人类活动的高度集中区域,充满了动态、不确定、甚至是“非理性”的参与者。

精密的导航与路径规划: 飞机在起降、巡航阶段,都需要极其精确的导航系统(如GPS、惯性导航、星载导航)和高度优化的航线规划。从地面雷达引导到卫星导航,再到空管系统对航班的统一调度,都是为了保证飞机在复杂空域的安全运行。
经验借鉴: 自动驾驶汽车对高精度地图和精密的定位能力依赖极高。
高精度地图: 航空器依赖精确的航路点和机场信息。自动驾驶汽车则需要厘米级精度的高精度地图,包含车道线、交通标志、路沿、红绿灯位置等详细信息。这张地图不仅是静态的,还需要能够实时更新,反映最新的交通状况。
定位与航迹推算: 即使在GPS信号弱的区域(如隧道、城市峡谷),航空器也能通过IMU和空速管等进行航迹推算。自动驾驶汽车同样需要融合IMU、轮速计、视觉里程计等多种信息,在GPS失效时依然能够保持精准的定位。
大量的仿真测试与场景库: 航空领域在设计和验证飞行控制系统时,会进行大量的仿真测试。通过模拟各种飞行状态、气象条件、甚至系统故障,来验证系统的稳定性和安全性。
经验借鉴: 自动驾驶汽车尤其需要建立庞大而全面的仿真测试平台。
海量数据驱动的仿真: 真实世界的数据是宝贵的,但不足以覆盖所有极端场景。仿真平台可以生成无限多的虚拟场景,包括罕见的交通事件(如行人突然闯入、动物横穿马路、车辆逆行)、恶劣的天气条件、复杂的交通流等,用于训练和测试算法。
硬件在环(HIL)与软件在环(SIL): 将真实的传感器、执行器甚至ECU接入仿真系统,能够更真实地验证系统的交互和性能。
循序渐进的自动化程度: 航空器的自动化并非一步到位。从最初的机械式仪表到自动驾驶仪,再到现在的电传飞控系统和更加智能化的飞行管理计算机,每一步都建立在上一阶段的经验和技术成熟度的基础上。
经验借鉴: 自动驾驶汽车同样需要一个渐进的过程。L0(无自动化)到L5(完全自动化)的划分,正是对这一过程的体现。目前主流的L2/L3级别辅助驾驶,是在为L4/L5积累经验、验证技术、培养用户接受度。这种“边走边看”的策略,在航空领域已经得到验证。

三、 人机协作与“驾驶员”的演变

早期的飞行器完全依赖飞行员的经验和判断。随着技术发展,越来越多的功能被自动化系统接管,但飞行员的角色并没有消失,而是转变为“监控者”和“系统管理者”。

飞行员作为“最后一道防线”: 即使在高度自动化的民航客机上,飞行员依然是至关重要的。在遇到系统无法处理的突发情况、或是需要做出高难度决策时,飞行员的经验和判断能够发挥决定性作用。他们需要时刻监控自动驾驶系统的运行状态,并在必要时进行干预。
经验借鉴: 自动驾驶汽车的“驾驶员”也需要角色的转变。
“驾驶员”的监控与接管: 在L2/L3级别,驾驶员需要保持对道路的观察,并在系统提示时随时准备接管。如何设计清晰、及时的接管指令,以及如何保证驾驶员在短暂脱离后能够迅速恢复对车辆的掌控,是关键的技术和人机工程学挑战。
“驾驶员”的培训与教育: 飞行员需要经过严格的训练才能操作自动化程度很高的飞机。自动驾驶汽车的驾驶员也需要接受关于系统能力、局限性以及正确使用方法的培训,避免滥用和误解。
“安全员”的模式: 对于L4级别的封闭场景应用(如园区摆渡车),也可以借鉴航空领域的“机组”概念,设置安全员负责监控和在必要时进行干预。

四、 严格的法规与行业标准

航空业之所以能够成为人类最安全的交通方式之一,离不开由国际民航组织(ICAO)、各国航空管理部门(如FAA、EASA)制定的极其严格的法规和标准。这些法规涵盖了飞机设计、制造、运营、维护、人员资质等各个方面。

标准化的通信与管制: 航空器的飞行高度依赖于标准化的通信协议(如VHF通信、ADSB)和空管系统的统一调度。这保证了飞机之间、飞机与地面之间的信息畅通和协调一致。
经验借鉴: 自动驾驶汽车同样需要建立一套强大的“交通管理”系统。
V2X通信: 车与车(V2V)、车与基础设施(V2I)、车与人(V2P)、车与网络(V2N)的通信,是实现更高级别自动驾驶和协同决策的关键。标准化的通信协议和数据格式,能够保证不同品牌、不同系统的车辆之间能够顺畅地“对话”。
智慧交通系统: 城市的基础设施(如交通信号灯、路侧单元)需要能够与自动驾驶汽车进行信息交互,共同优化交通流量,避免潜在冲突。
明确的责任划分: 航空事故的调查,很大程度上是为了明确责任,防止类似事件再次发生。责任的明确,也促使各方不断提升安全标准。
经验借鉴: 自动驾驶汽车的责任划分问题,是当前法律和伦理领域面临的巨大挑战。当发生事故时,是车主、制造商、软件供应商还是传感器供应商负责?借鉴航空领域的事故调查和责任划分原则,有助于为自动驾驶汽车事故的判定提供参考。

五、 持续的技术演进与适应性

航空技术从未停止进步的脚步,每一次重大的技术革新(如喷气式发动机、电传飞控、GPS导航)都极大地提升了飞行的安全性和效率。同时,航空业也具备很强的适应性,能够根据新的技术和运行经验,不断调整和完善其运营模式和安全规程。

数据驱动的持续改进: 航空公司会收集大量的飞行数据,用于分析飞行性能、识别潜在风险、优化操作规程。
经验借鉴: 自动驾驶汽车也需要建立起强大的数据采集、分析和迭代能力。从真实道路上收集的“长尾”数据,对于发现算法盲点、提升系统鲁棒性至关重要。这种数据驱动的持续学习和改进,是自动驾驶技术走向成熟的必由之路。

总结

航空器发展的历史,是一部关于安全性、可靠性、系统化工程的史诗。它向我们展示了如何在一个极具挑战性的环境中,通过严谨的科学态度、精密的工程设计、周全的风险控制和持续的经验积累,实现高度的自主运行。

对于自动驾驶汽车而言,航空器提供了一个极其宝贵的“他山之石”。从航空器上汲取的经验,绝非简单的照搬,而是需要结合汽车领域的特点和挑战,进行深入的思考和创新性的应用。只有这样,我们才能真正迈向安全、高效、可靠的自动驾驶未来,如同飞机稳稳地翱翔于蓝天之上。这需要技术、法规、伦理、以及整个社会共同的努力,而航空器的成功经验,无疑是我们前进道路上的一盏明灯。

网友意见

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可能参考性要看哪些地方哦。


一个飞行员,民航的,也得大千万级别的培训费,

一个汽车驾驶员,当前的,大概就6000的驾照培训费用,

相差得太远了。

再看机体的价格,乘客的数量,也是巨大的差异。

飞机在三维空间,汽车两维;

飞机较少有外部干扰,汽车则面临更复杂的外部干扰;


硬件上没有本质的差别,倒是软件上可以借鉴,都是高速、低时延的场景,还是都用浮点计算比较合适,算法上,自动控制上应该也有一部分可以借鉴。

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