博世產(chan) 品經理陳述

大家下午好，我是來自博世的陳述，很高興(xing) 有機會(hui) 在這裏與(yu) 大家一起探討自動駕駛的定位解決(jue) 方案。我們(men) 都說自動駕駛改變了人們(men) 的出行，使自動駕駛成為(wei) 可能的重要環節之一就是定位，所以我們(men) 必須要有一個(ge) 高精的定位，準確說必須要有高精、安全可靠和可用性高的定位，正是因為(wei) 如此重要，博世在這個(ge) 方麵投入了大量的資源，開發出了一套能夠滿足自動駕駛需求的定位解決(jue) 方案。

從(cong) 博世的角度來看，我們(men) 認為(wei) 要讓自動駕駛車輛安全的行駛，必須要在全工況下提供出準確安全可靠的定位，因此我們(men) 提出的解決(jue) 方案是基於(yu) 衛星定位和特征定位互為(wei) 冗餘(yu) 和補充的定位結果。對於(yu) 衛星定位而言，我們(men) 開發出了車輛運動與(yu) 位置傳(chuan) 感器產(chan) 品，我們(men) 稱為(wei) 衛星定位智能傳(chuan) 感器，提供絕對位置信息。另外我們(men) 還有基於(yu) 特征定位的博世道路特征產(chan) 品，基於(yu) 毫米波雷達和攝像頭環境此類感知傳(chuan) 感器搜集的道路特征，形成特征圖層，下發給車端來使用。

可能會(hui) 有人問到，為(wei) 什麽(me) 必須是二者互為(wei) 補充和冗餘(yu) 的，我這裏列舉(ju) 了幾個(ge) 比較典型的應用場景，可以有一個(ge) 更直觀的反映。對衛星定位來說，衛星信號有自己固有的弊端，比如在隧道裏，衛星信號被遮擋，沒有辦法正常使用，或者因為(wei) 多路徑效應，衛星定位的性能也會(hui) 受到一定的影響，然而此時，特征定位可靠性是可以保障的。另外一些場景，比如很惡劣的天氣情況，嚴(yan) 重的雨雪天氣等，視覺定位受到影響。一些路段基礎特征缺乏，比如路邊的道路邊界信息不是很清晰，特征定位性能會(hui) 有所影響。但此時，衛星定位依舊可以發揮它的優(you) 勢。 

這裏舉(ju) 出部分應用場景和案例，對於(yu) 自動駕駛而言，應用場景是非常龐大的數據庫，所以為(wei) 了保證全時全工況下均有可用的定位結果，我們(men) 提出了基於(yu) 衛星定位和特征定位互為(wei) 冗餘(yu) 和補充的一整套解決(jue) 方案。

我們(men) 可以具體(ti) 看一下，特征定位，剛才上午清華大學江老師為(wei) 大家分析了地圖的不同的圖層，特別強調特征圖層，這是地圖非常重要的組成部分。我所展示的商業(ye) 模式——眾(zhong) 包已經有圖商實現了這種商業(ye) 模式，所以這種眾(zhong) 包商業(ye) 模式的可靠性毋庸置疑。 

我們(men) 和圖商是合作的關(guan) 係，所擅長的區域也會(hui) 有所差異。我們(men) 是基於(yu) 車身搭載的毫米波雷達和攝像頭，搜集道路特征信息，比如車道線、道路牌、道路邊界比如金屬護欄，水泥墩的信息，搜集之後上傳(chuan) 到雲(yun) 端，博世針對雲(yun) 端的信息有一套特定的算法，將特征信息製作成特征圖層。並且與(yu) 圖商合作，我們(men) 會(hui) 將特征圖層交由圖商進行管理、存儲(chu) 、上傳(chuan) 和釋放，最終下發到自動駕駛車輛。 

自動駕駛車輛在行駛過程中，基於(yu) 自己本身搭載的毫米波雷達和攝像頭，探測道路特征信息，並將其與(yu) 下發的特征圖層加以比對，可以獲取車輛在道路中準確位置。這種比對涉及到怎樣將地圖信息與(yu) 自動駕駛車輛完美的結合，這個(ge) 結合是很重要的技術難點，博世也是在這個(ge) 方麵花了很多的資源，我們(men) 有一套完整的算法，可以在車端實現基於(yu) 下發的特征圖層與(yu) 實時收取到的特征信息加以結合，能達到20厘米級以內(nei) 的定位精度。

因為(wei) 博世毫米波雷達是我們(men) 的強勢產(chan) 品之一，對於(yu) 圖商而已，絕大部分采圖車上的激光雷達、攝像頭都是非常高精的設備，他們(men) 采取數據的精度也是毋庸置疑的。然而，對於(yu) 博世道路特征而言，自動駕駛車輛會(hui) 是數據搜集的一個(ge) 部分，因為(wei) 畢竟毫米波雷達是我們(men) 日常的自動駕駛車輛不可或缺的零部件，也就是說車輛作為(wei) 服務的使用方，同時是數據的提供方，可以大大降低數據采集的成本，也能實現很高精的定位結果。

接下來給大家分享一下衛星定位，說到衛星定位，對於(yu) 衛星定位而言，並不是一個(ge) 很新的話題，畢竟在測繪行業(ye) ，航空、航海等等領域已經有非常成熟的應用，比如說我們(men) 有很多大型測繪設備，可能幾十萬(wan) ，上百萬(wan) 一套，應該都不足為(wei) 奇，達到真正的厘米級也是沒有任何問題的。

然而工業(ye) 級的產(chan) 品麵對的要求和汽車所對零部件提出的要求並不完全是一致的，我們(men) 要開發的是滿足自動駕駛車輛需求，同時也能讓它真正落地實現量產(chan) 的產(chan) 品，那麽(me) 價(jia) 格是一個(ge) 很重要的因素。另外一個(ge) 方麵，上層係統對我的定位係統到底要求的精度是什麽(me) ，我們(men) 並不一味的強調精度，精度對自動駕駛而言是非常重要的環節，然而並不是唯一。因為(wei) 自動駕駛說到底聯係的是人們(men) 的生命，我們(men) 對安全這個(ge) 環節也是同樣非常非常關(guan) 注。 

衛星的可用度、可靠性、安全成為(wei) 這個(ge) 產(chan) 品重要的環節，與(yu) 精度是同等重要。VMPS產(chan) 品集成高性能衛星接收器，以及高性能的慣性測量單元，慣導芯片。基於(yu) 車端的天線，我們(men) 會(hui) 接收導航衛星的信號，以及第三方所提供過來的糾偏服務的信號，糾偏服務信號是保證衛星定位產(chan) 品精度和穩定性很重要的一個(ge) 環節，因此我們(men) 對它做一個(ge) 數據鏈路的冗餘(yu) 。可以看到這邊，一個(ge) 數據是通過GEO衛星，以廣播的形式下發到車端，另外通過雲(yun) 端發送到車端通信接口，最後傳(chuan) 輸到VMPS。基於(yu) 所有外部信號以及車端的信號，我們(men) 做了可靠性的融合。融合之後我們(men) 可以提供安全的位置信息、車速信息、時間信息以及車身姿態信息。 

我要強調的一點是博世畢竟是汽車行業(ye) 專(zhuan) 業(ye) 的玩家，在開發產(chan) 品的過程中，是本著安全第一的原則，所以我們(men) 所提供的產(chan) 品，絕對位置信號可以滿足功能安全ASIL B，IMU信號ASIL D。今天上午茶歇過程中，有一個(ge) 行業(ye) 的小夥(huo) 伴問我一個(ge) 問題，他說現在自動駕駛很多整車廠在強調功能安全，然而對於(yu) 衛星定位產(chan) 品來說，最早都是基於(yu) 工業(ye) 應用，那麽(me) 他們(men) 可能對汽車行業(ye) 的要求不一定那麽(me) 深入的了解，但是作為(wei) 自動駕駛來說，衛星定位是不可或缺的一個(ge) 環節，有沒有可能接下來汽車行業(ye) 會(hui) 降低對功能安全的要求呢？ 

這是一個(ge) 非常好的問題，作為(wei) 零部件供應商，我隻能說從(cong) 我們(men) 的角度，我們(men) 不會(hui) 去主動降低這個(ge) 要求，從(cong) 整車廠的角度，我也不認為(wei) 整車廠會(hui) 降低這個(ge) 要求。因為(wei) 本身功能安全就是保障汽車安全目標的非常重要的一個(ge) 指標，這也是為(wei) 什麽(me) 博世在這個(ge) 方麵花了很多的資源去開發滿足功能安全要求的衛星產(chan) 品。功能安全是從(cong) 上層係統逐級分解，分解到下層零部件必須滿足怎樣的功能安全等級。尤其對自動駕駛而言，L3級以上的自動駕駛功能，駕駛的責任方已經是由駕駛員轉移到了係統端，係統無論是從(cong) 感知、決(jue) 策、執行都是需要考慮冗餘(yu) 和備份，冗餘(yu) 和備份的目的之一也是為(wei) 了提高功能安全，降低危害性。所以功能安全是自動駕駛繞不開的一個(ge) 話題，也是自動駕駛的零部件必須要滿足的要求。 

我簡單分享一下博世在哪些方麵做了工作，以保證衛星產(chan) 品功能安全，並獲取了認證證書(shu) 。首先從(cong) 硬件的選型上，所有零部件都能滿足功能安全的要求。軟件開發滿足功能安全的流程。再者，我們(men) 做了全係列基於(yu) 功能安全要求方法論的驗證，最終能大大的降低隨機失效概率、單點失效、共因失效等等。當然功能安全並不是要完全的避免失效，失效是不可避免的，隻能說我們(men) 在滿足功能安全等級不同的等級目標對應的失效概率的前提下，當我一旦發現了不可避免的失效，我能及時告知上層係統，讓上層係統知曉此時的信號是不可信的，這樣上層係統可以對應的做一些應對的措施，以降低這個(ge) 失效所帶來的後續的不好的結果。

所以我們(men) VMPS產(chan) 品在信號失效的情況下，能及時通知上層係統。衛星定位產(chan) 品能滿足功能安全，博世是走在最前端的，因為(wei) 我們(men) 非常敬畏生命。我們(men) 希望接下來行業(ye) 裏不僅(jin) 僅(jin) 是博世可以做到，而是大家共同有這樣的認知，因為(wei) 畢竟自動駕駛的實現是需要靠整個(ge) 行業(ye) 一起努力的。 

剛才我特別強調了關(guan) 於(yu) 糾偏服務，糾偏服務是讓我們(men) 的產(chan) 品滿足高精度要求很重要的環節，因此我們(men) 對它做一個(ge) 數據鏈路的冗餘(yu) ，這個(ge) 服務是怎樣實現的？我們(men) 首先是基於(yu) 地麵的參考基站，實時接收天上導航衛星傳(chuan) 輸過來的信號，並將此信號發給數據中心，在數據中心會(hui) 有一套完整的建模算法，數據中心解算出來該區域糾偏數據之後，會(hui) 將它通過通訊衛星發送到車端，同時作為(wei) 數據鏈的冗餘(yu) ，糾偏數也會(hui) 通過雲(yun) 端發送到車端。 

可能大家常聽到的是RTK，它和PPP的服務有什麽(me) 差異？客觀而言，從(cong) 技術路線上來說，RTK和PPP是不同的糾偏服務方式，他們(men) 沒有優(you) 劣勢的差異，基於(yu) 高性能的定位芯片都可以達到厘米級的定位精度，然而針對不同的應用場景，博世做了很多測試和分析之後，我們(men) 選擇了PPP的方案作為(wei) 自動駕駛衛星定位的糾偏服務方案，在自動駕駛這種應用場景下，我們(men) 認為(wei) PPP比RTK更具有很大的優(you) 勢。

首先RTK需要車端將自己的近似坐標，以網絡的形式發送到數據中心，數據中心會(hui) 在車端附近建立虛擬基站，給出虛擬基站的觀測值。大家可能注意到，整個(ge) 發送過程是基於(yu) 網絡來完成的，也就是說除了糾偏服務本身信息以外，還基於(yu) 服務網絡實現傳(chuan) 輸，它增加了外源性的影響，就是網絡。 

也許接下來5G普遍之後，會(hui) 提升數據傳(chuan) 輸的可靠性，然而增加外源的影響之後，或多或少都是風險點，同時車端的近似坐標需要發送出來，從(cong) 網絡安全的角度，這也是一個(ge) 潛在風險點。

另外一個(ge) 方麵，RTK需要地麵基站實現通訊，對基站密度要求非常高。雖然網絡RTK在一定程度上對基站密度的要求可以有所降低，然而避免不了的就是當在切換基站的時候的影響，網絡RTK對基站密度要求達到50公裏~70公裏一個(ge) ，自動駕駛車輛在高速公路上行駛，每50~70公裏需要做一個(ge) 切換，模糊度需要重新固定，定位結果需要重新收斂，無論做到多快，即使2秒，3秒，然而對於(yu) 自動駕駛車輛來說，這個(ge) 收斂過程需要的時間所能帶來的風險也是不可控的。

這裏舉(ju) 出在自動駕駛應用場景下PPP和RTK對比優(you) 劣勢的分析，這也是為(wei) 什麽(me) 博世選擇了PPP糾偏方案。衛星播發是一直持續進行的，不依賴網絡，也不需要基於(yu) 基站的變化重新做收斂的動作，所以它的可靠性是更高的。這裏有一個(ge) 簡單的示意，基於(yu) 單慣導以及二者融合結果的對比分析，可以看到深藍色的軌跡是車的真實規矩。單獨依賴於(yu) 慣導導航是紅色的曲線，在初始的位置十幾秒的時間，精度是非常高的，與(yu) 真實的軌跡高度吻合。慣導固有的弊端就是隨著時間的累積，漂移越來越大，所以到後麵，可以看到漂移是逐漸在加大的。所以一般而言，我們(men) 不會(hui) 單一用慣導做定位。

也可以依賴於(yu) 單慣導的，比如說軍(jun) 用級的，精度是絕對夠，然而它的成本沒有任何自動駕駛車輛可以承受的。我們(men) 不能要求極致可用的同時又要求極致便宜，我們(men) 會(hui) 找一個(ge) 折中的方案，這是上午穀總提到的，我們(men) 不希望麵對的提的要求是極致可用，又極致便宜。我們(men) 需要的是消費級的，滿足汽車功能安全等級的IMU。汽車行業(ye) 的朋友應該知道，對於(yu) 汽車行業(ye) 的IMU應用，博世是有絕對的領先地位，我們(men) 會(hui) 對外賣芯片給對競爭(zheng) 對手，可以做到的是保證最後產(chan) 品層級，博世的精度、可靠性、可用度比使用同等芯片的競爭(zheng) 對手做的要高。

回到我們(men) 軌跡對比分析，可以看到黃色的圈是單獨依賴於(yu) GNSS定位的趨勢，整體(ti) 趨勢可以匹配上。然而會(hui) 有信號丟(diu) 失的情況，畢竟衛星信號容易受到幹擾。我們(men) 結合IMU短時間精確，更新頻率快，可靠性高的優(you) 點，為(wei) 了避免缺點，我們(men) 融合了GNSS的信號，長時間穩定，更新來說慢一些，結合二者優(you) 缺點，我們(men) 做了融合，融合的結果是綠色的曲線，綠色的曲線可以看到比真實的軌跡非常高度的吻合。

這個(ge) 沒有辦法做到完全一致，絕對的高精取決(jue) 於(yu) 多大的成本，因為(wei) 畢竟博世是奔著量產(chan) ，我們(men) 不會(hui) 拿工業(ye) 級的價(jia) 格，隻是達到唯一的精度要求而去開發這樣的產(chan) 品，我們(men) 最終開發的產(chan) 品肯定是主機廠、車端能用得起的東(dong) 西，同時滿足自動駕駛對精度可靠性和功能安全各個(ge) 方麵的要求，所以我們(men) 是在做到極致和價(jia) 格之間也會(hui) 做一個(ge) 平衡。

最後做一個(ge) 簡單的總結，自動駕駛確實給我們(men) 生活帶來很多便利，本著對生命的敬畏，我們(men) 也希望它要做到足夠的安全，哪怕現在說自動駕駛往後麵有所延遲，甚至有預測近期不那麽(me) 快實現，我覺得並不是壞事，至少說明大家已經在認真的考慮行業(ye) 技術需要實現所需要麵臨(lin) 的問題。我們(men) 要仔細把所有麵臨(lin) 的問題都解決(jue) 了，才能真正推向市場。 

對於(yu) 自動駕駛的定位而言，衛星定位與(yu) 特征定位是同時必須的，博世的道路特征和衛星定位傳(chuan) 感器，滿足了自動駕駛車輛的需求，無論是對精度的需求、功能安全等級的要求、可用性、可靠性的要求，這也是博世為(wei) 此付出了很多努力的結果。

這是我今天所有需要分享的內(nei) 容，謝謝大家。