汽車新技術源於實驗室，德國大學在研究什麼？上集

新技術的出現，往往是先誕生於實驗室，然後才走進企業，被應用於產品，因此大學裡的研究課題對行業的發展方向時常有一定的前瞻意義。從個人角度而言，投資即是認知的變現，而新技術崛起必會帶動某個小領域高速發展，因此這篇文章也許能給各位選擇下一隻股票提供些參考也說不定。

慕尼黑工大Phoenix Robotics無人小車團隊作品

大學裡的課程受歡迎程度很好地體現著如今行業的發展熱點，而教授們的研究課題則多少指引著行業的未來發展趨勢。慕尼黑工大的眾多課程中，機器學習、機器視覺、圖像理解等與人工智慧相關的課程最是炙手可熱，幾百人的大教室座無虛席，而傳統的燃燒學，材料學等課程卻日漸式微。而諸如無人駕駛電動小車，醫學手術機器人以及和馬斯克想法相似的高速隧道汽車等項目也在探索著通向未來的腳步。

高速隧道運輸汽車效果圖

目光回到汽車行業，除了新能源和自動駕駛兩大趨勢世人皆知，還有哪些方面，哪些部件將會迎來創新和變革？這學期我選了一門課，課上介紹了一些學校和各個車企正在合作研究開發的項目，以此觀之，或許可以得到些有參考價值的結論。

更精準的感測器

自古都是先有矛盾和需求，然後有發展。如今汽車面臨的挑戰無外乎以下幾點，日益增長的娛樂和舒適的功能需求、因此變多變複雜的控制器和更繁重的線束、隨著複雜程度和重量增長卻日益嚴苛的環保和排放法規、還有越發受重視的安全性，以及電動化和自動駕駛大趨勢下各系統需要付諸實現的配合。

SAE自動駕駛分級

細說這最後一點，要實現自動駕駛，對汽車眾多系統和部件的要求也水漲船高，比如近幾年出現的具有高度實時性和冗餘的FlexRay匯流排，就是為了保障線控的安全性而量身打造。而對配合自動駕駛而言，最重要的部件，或許就是車周圍的各種感測器了。人類開往自動駕駛的路上，前有谷歌長達8年，累計46萬公里的研究，後有如今各家車企大力研發各顯神通，其實軟體和策略部分已經接近成熟，制約自動駕駛系統發展的恰恰是控制閉環中感知即硬體這部分（當然法規和一些道德方面也存在爭議）。

如今駕駛輔助系統主要使用的感測器

如今各家車企的駕駛輔助系統，或說部分自動駕駛系統主要使用的還是超聲波、紅外線測距感測器、激光雷達和攝像頭等較傳統的感測器，其精度還達不到自動駕駛Level 5的要求，而為了突破這或許是最關鍵的一環，德國各大學和車企對提升感測器精度投入大量精力研究，由此還逐漸形成了一門叫感測器學（Sensorik）的學科，重視程度可見一斑。

值得一提的是，除了從改進感測器的物理構造上想辦法，前一陣美國科學家還從改進感測器數據後處理的角度入手，結合深度學習演算法用純代碼的方式成功實現了感測器精度提高，這種被稱為人工智慧感測器（AI-Sensor）的方法也給感測器研究提供了新的思路。

隨著駕駛自動化，安全性越發重要，除了和前文FlexRay匯流排一樣思路的感測器冗餘設計之外，主動安全也是不可或缺的一部分。而這方面也和感測器息息相關，比如在車內，依靠對駕駛員眼神或是呼吸、心跳的感知來判斷其有無疲勞駕駛，或是主駕駛人臉識別確認車主信息以防止車被小偷開走等等。這也是機器人學中人機交互研究的範疇，現在已經有了語音和手勢控制，相信隨著機器學習的發展，這方面還有廣闊的空間。

高清地圖

對實現自動駕駛Level 5必不可少而且目前還很薄弱的另一環就是高清地圖（HD-Map），這裡要給大家道歉，雖然開頭說除自動駕駛之外的新技術，但這前兩條還是難免和自動駕駛相關，沒辦法，時代趨勢誰也躲不開。

要說開車時最常用的功能，一定是導航，對於自動駕駛，導航就更是至為關鍵。這裡先借課上的一張圖簡單講解一下我們目前使用的車載導航的原理。

上圖中紅色的就是導航系統主要的三個組成部分，Dead Reckoning是車輛內部的計算，依靠速度、加速度等感測器數據計算得到的軌跡，GNSS是衛星導航系統，代表接收到的衛星定位信號，第三部分則是儲存在車輛內部的地圖。

我們的車輛軌跡也是這三部分綜合的結果，其主要原理是：由車輛內部感測器數據計算和衛星發來的GPS坐標相結合得到一條車輛軌跡，然後再把這條軌跡和地圖上有可能行駛車輛的道路擬合，即把軌跡「貼」到路上。

維基百科車輛導航軌跡示意圖

這種方式的弊端我們生活中也有體會，比如山區和隧道會遮擋GPS信號，地圖的信息不精確，導致分不清在高架上還是在高架下，或是地圖更新不及時新修的隧道沒有記錄等，都會導致導航的偏差。

這種偏差我們開車時人為可以修正，但對於自動駕駛可能就是致命的，因此對自動駕駛而言高清地圖數據至關重要，這種高清地圖不光地圖精度大大提高，而且地圖數據中還包含了道路上具體的地標性建築，路試牌等等，這樣結合感測器的感知，精度就會大大提高，對於未來的高清地圖而言，及時而又精準地更新也是一大難題。

國外對高清地圖數據的採集早已開始，而國內出於國防考慮這方面發展地還較緩慢。隨著越來越多的廠商掌握自動駕駛技術，高清地圖數據已是兵家必爭之地，而未來握有高清地圖資源的公司勢必在市場上掌握話語權。這方面我沒吹牛，諸位在選下一支股票時，做感測器和高清地圖的公司確實可以考慮一下。

（未完待續）

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