2021年4月12日，豐田汽車在日本市場(chǎng)推出豐田新款Mirai和雷克薩斯新款LS，新車配備Advanced Drive系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備L2級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)。前者起售價(jià)格為860萬(wàn)日元（約合人民幣51.5萬(wàn)元），后者起售價(jià)格為1794萬(wàn)日元（約合人民幣107.5萬(wàn)元），如果是奔馳S級(jí)，這個(gè)價(jià)格不算高，但對(duì)雷克薩斯來(lái)說(shuō)，這個(gè)價(jià)格是很高的。
說(shuō)是L2級(jí)自動(dòng)駕駛，實(shí)際比特斯拉的FSD要高出一大截，稱L4絲毫不過(guò)分。之前本田曾經(jīng)推出全球第一臺(tái)L3車，實(shí)際是只生產(chǎn)100輛，只租不賣。只有豐田的才是真正量產(chǎn)車，不過(guò)豐田的價(jià)格也是夠高的了，銷量肯定不高，我想豐田應(yīng)該非常清楚這一點(diǎn)。估計(jì)一年銷量只有幾千輛，甚至是幾百輛，這樣一來(lái)反而是好事，豐田可以使用非量產(chǎn)的半導(dǎo)體元件。
很多人會(huì)質(zhì)疑夸大了豐田的L2，但仔細(xì)研究后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，豐田的L2就是L4級(jí)自動(dòng)駕駛，或者說(shuō)豐田的硬件系統(tǒng)已經(jīng)具備了L4級(jí)自動(dòng)駕駛的能力和需求。眾所周知L4與L3最大差別是L4能做到Fail-Operation，即具備兩套完全不同的自動(dòng)駕駛運(yùn)算系統(tǒng)，一套作為主系統(tǒng)失效時(shí)的備份，在主系統(tǒng)失效時(shí)，仍能保持自動(dòng)駕駛。L3則是Fail-Safety，系統(tǒng)失效時(shí)，人工接手，即失效時(shí)還要保持安全。像特斯拉或英偉達(dá)之類的，設(shè)置兩個(gè)完全相同的主芯片只是提高算力，而不能做后備，既然是主系統(tǒng)已經(jīng)失效，那么只有與主系統(tǒng)完全不同的系統(tǒng)才是真正的后備，才能真正做到Fail-Operation。
豐田的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)如上圖，不僅計(jì)算系統(tǒng)有后備，電源系統(tǒng)也考慮到了，增加了第二塊電池系統(tǒng)。主系統(tǒng)即ADS ECU，后備為ADX。兩套系統(tǒng)同時(shí)工作，ADS負(fù)責(zé)絕大部分事物，保證基本安全，ADX負(fù)責(zé)錦上添花，讓車不僅安全也具備智能。
這一套大約增加了66萬(wàn)日元硬件成本，也就是大約4萬(wàn)人民幣的成本，未來(lái)或許豐田車可以選裝，選裝價(jià)格估計(jì)得20萬(wàn)人民幣。加上雷克薩斯LS500H本來(lái)就標(biāo)配的雙目系統(tǒng)，構(gòu)成完整的L4級(jí)自動(dòng)駕駛。這一套系統(tǒng)中前向主激光雷達(dá)成本估計(jì)最高，大約1-1.5萬(wàn)人民幣，兩個(gè)側(cè)向激光雷達(dá)合計(jì)大約5-8千人民幣，3個(gè)ECU估計(jì)要1.2-1.4萬(wàn)人民幣。軟件成本無(wú)法估算，要看多少銷量了。
傳感器方面，主前向激光雷達(dá)由電裝開(kāi)發(fā)，電裝與法雷奧Scala的設(shè)計(jì)如出一轍，只是巧妙地將單向變雙向。同時(shí)電裝可能是二代Scala的水準(zhǔn)，也是16線設(shè)計(jì)，但也有可能更高，32線的設(shè)計(jì)。側(cè)向則是大陸汽車的HFL-110 Flash激光雷達(dá)。核心的雙目系統(tǒng)也是電裝開(kāi)發(fā)的。毫米波雷達(dá)還是要的，總共有5個(gè)毫米波雷達(dá)，都由電裝開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)，豐田供應(yīng)鏈盡量垂直化，能自己做的部件都要自己做，不僅能保證部件性價(jià)比極高，也能快速迭代產(chǎn)品，還能保證供應(yīng)鏈穩(wěn)定度。歐美和中國(guó)廠家則是能對(duì)外采購(gòu)的盡量對(duì)外采購(gòu)。
ADS使用高等級(jí)車規(guī)元件，使用傳統(tǒng)非深度學(xué)習(xí)算法也就是可確定性可解釋性的算法。ADX以深度學(xué)習(xí)算法為主，但深度學(xué)習(xí)不具備確定性和可解釋性，因此永遠(yuǎn)無(wú)法通過(guò)功能安全認(rèn)證，但要車輛智能化而不是僅僅保持安全，深度學(xué)習(xí)必不可少。ADX系統(tǒng)都能勝任90%的自動(dòng)駕駛?cè)蝿?wù)，但不能保證100%安全，而ADS是保證安全，兩套系統(tǒng)聯(lián)用，既能有智能，也能在主系統(tǒng)失效后依舊正常運(yùn)行自動(dòng)駕駛，當(dāng)然這個(gè)自動(dòng)駕駛的時(shí)間段不能太長(zhǎng)。這就是豐田與大多數(shù)廠家的不同，豐田更注重安全，其他廠家更注重智能。
ADS里豐田使用瑞薩的主SoC，ADX里是英偉達(dá)的Xavier做主芯片。
為什么用瑞薩的主SoC，首先是瑞薩是傳統(tǒng)車規(guī)芯片大廠，對(duì)車規(guī)和安全更重視，其次是瑞薩與豐田關(guān)系緊密，瑞薩的自動(dòng)駕駛用芯片就是和豐田聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。
上表為瑞薩的股東列表，豐田控股的電裝（曾經(jīng)是豐田的電子與熱交換事業(yè)部）是第二大股東，最初電裝持股只有0.5%，后來(lái)陸續(xù)花費(fèi)數(shù)十億美元增持到8.95%。豐田汽車持股2.92%。瑞薩的第一大股東是日本株式會(huì)社產(chǎn)業(yè)革新機(jī)構(gòu) （Innovation Network Corporation of Japan, INCJ），這是日本政府與19家民營(yíng)企業(yè)合資成立的投資公司，日本財(cái)務(wù)省占95.3%的股份，瑞薩可以算日本的半國(guó)營(yíng)企業(yè)。那19家民營(yíng)企業(yè)里也包括了豐田。早期INCJ持有瑞薩股份超過(guò)50%，后來(lái)將大約8%的股份都轉(zhuǎn)讓給了電裝。在2017年，豐田、瑞薩和電裝建立了自動(dòng)駕駛合作聯(lián)盟。
豐田自動(dòng)駕駛ADS可能使用瑞薩最新的R-CAR V3U。有人會(huì)說(shuō)，按照日程表，R-CAR V3U要到2023年才量產(chǎn)，這個(gè)量產(chǎn)指的是每月都超過(guò)1萬(wàn)片的規(guī)模。鑒于豐田自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的出貨量和豐田與瑞薩之間的緊密合作關(guān)系，豐田自動(dòng)駕駛ADS可能使用瑞薩的R-CAR V3U，在沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)前，每個(gè)月幾百片的量還是能滿足的。順便說(shuō)一下，中國(guó)一汽紅旗也決定使用R-CAR V3U做自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主芯片，但是要到2023年下半年才量產(chǎn)。大眾集團(tuán)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)也很有可能使用R-CAR V3U，因?yàn)殡p方在座艙領(lǐng)域已經(jīng)緊密合作，德國(guó)大眾和上汽大眾都與瑞薩建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。
V3U內(nèi)部框架如上圖，采用8核A76設(shè)計(jì)，但也不是像特斯拉那樣簡(jiǎn)單堆12個(gè)A72，它使用了ARM的Corelink CCI-500，即Cache一致性互聯(lián)。它提供處理器集群之間的完整Cache一致性，比如 Cortex-A76 和 Cortex-A55，而且可以實(shí)現(xiàn) big.LITTLE 處理。它還可為其他的設(shè)備（如 Mali GPU、網(wǎng)絡(luò)接口和加速器）提供 I/O 一致性。實(shí)時(shí)鎖步CPU是ARM的R52，英偉達(dá)最新的1000TOPS芯片Atlan也是用了R52。
V3U視覺(jué)管線如上圖，可以看到V3U有很多硬核計(jì)算機(jī)視覺(jué)模塊，包括立體雙目視差，稠密光流、CNN、DOF、STV、ACF等。功能方面包括圖像格式化、目標(biāo)追蹤、車道檢測(cè)、自由空間深度、場(chǎng)景標(biāo)注、語(yǔ)義分割、檢測(cè)分類等都具備，類似于Mobileye的全封閉算法了。
圖像處理主要還是IMP-X5+，靈活性應(yīng)該比Mobileye還是要高點(diǎn)。因?yàn)獒槍?duì)性比較強(qiáng)，也為了節(jié)約成本，降低功耗，瑞薩沒(méi)有使用太昂貴的GPU，只是簡(jiǎn)單增加了一個(gè)低功耗GPU，即Imagination Technologies的PowerVR GE7400，1個(gè)著色器集群+32個(gè)ALU核心，算力只有38.4GFLOPS@600MHz。
R52是ARM在2016年發(fā)布的專為自動(dòng)駕駛安全市場(chǎng)供應(yīng)的內(nèi)核，Cortex-R52最高支持4核心鎖步技術(shù)，相比Cortex-R5，有35%的性能提升，上下文切換（亂序）提高14倍，入口搶占提高2倍，支持硬件虛擬化技術(shù)。按照ARM的說(shuō)法，簡(jiǎn)單的中控系統(tǒng)可直接用Cortex-R52，但是像工業(yè)機(jī)器人和ADAS（先進(jìn)輔助駕駛）系統(tǒng)則建議配合Cortex-A、Mali GPU等提升整體運(yùn)算。另外，ARM Cortex-R52通過(guò)多項(xiàng)安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，包括有IEC 61508（工業(yè)）、ISO 26262（車用）、IEC 60601（醫(yī)療）、EN 50129（車用）以及RTCA DO-254（工業(yè)）等。2021年3月還推出了R52+架構(gòu)。可以最高支持8個(gè)核心鎖步。
R52包括三大功能
軟件隔離：通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的軟件隔離，意味著軟件功能互不干擾。對(duì)于安全相關(guān)的任務(wù)，這也意味著需要認(rèn)證的代碼更少，從而節(jié)省了時(shí)間、成本和工作量。
支持多個(gè)操作系統(tǒng)：借助虛擬化功能，開(kāi)發(fā)人員能夠在單個(gè)CPU內(nèi)，使用多個(gè)操作系統(tǒng)來(lái)整合應(yīng)用。這樣可以簡(jiǎn)化功能的添加，而無(wú)需增加電子控制單元的數(shù)量。
實(shí)時(shí)性能：Cortex-R52+的高性能多核集群可為確定性系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，且在所有Cortex-R產(chǎn)品中產(chǎn)生的延遲最低。
考慮到成本因素，瑞薩沒(méi)有使用尖端的7納米，而是12納米工藝，并且是從原瑞薩R-CAR H3的16納米FinFET工藝升級(jí)到12納米FFC工藝，一次性支出很少。但是論到AI性能，絲毫不遜于那些5納米芯片，瑞薩聲稱V3U達(dá)到了驚人的13.8TOPS/W的能效比，是頂配EyeQ6的6倍之多。
和奔馳一樣，豐田從一開(kāi)始就是以立體雙目為自動(dòng)駕駛的核心。支持立體雙目的還有電裝、博世、捷豹路虎、斯巴魯、本田、德國(guó)大陸汽車、華為、大疆、鈴木和亞馬遜與福特投資的電動(dòng)車品牌Rivian。瑞薩V3H和V3U里都有針對(duì)雙目的硬核處理部分，英偉達(dá)的Xavier也有。
與單目三目的2D系統(tǒng)相比，立體雙目最大的優(yōu)勢(shì)是無(wú)需識(shí)別目標(biāo)也可以探測(cè)目標(biāo)的3D信息，也更擅長(zhǎng)目標(biāo)的追蹤與位置預(yù)測(cè)。單目和三目攝像頭的致命缺陷就是目標(biāo)識(shí)別（分類）和探測(cè)（Detection）是一體的，無(wú)法分割的。必須先識(shí)別才能探測(cè)得知目標(biāo)的信息，而深度學(xué)習(xí)的窮舉法特性導(dǎo)致其肯定會(huì)出現(xiàn)漏檢，也就是說(shuō)3D模型有缺失，因?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)的認(rèn)知范圍來(lái)自其數(shù)據(jù)集，而數(shù)據(jù)集是有限的，不可能窮舉所有類型，因此深度學(xué)習(xí)容易出現(xiàn)漏檢而忽略前方障礙物，也就是說(shuō)如果無(wú)法識(shí)別目標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為前方障礙物不存在，不做任何減速，特斯拉多次事故大多都是這個(gè)原因。
即使特斯拉的HW4.0（FSD Beta）算力再高也是L2，也是無(wú)法避免漏檢的，并且FSD Beta版在識(shí)別與對(duì)于物體的警示功能方面仍有限，對(duì)于靜態(tài)的物體、緊急駛出的車輛、建筑區(qū)域、較復(fù)雜的十字路口等無(wú)法進(jìn)行辨別。單目三目系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是靜態(tài)目標(biāo)反應(yīng)要慢。
大部分基于立體雙目的算法都是傳統(tǒng)幾何算法，不是深度學(xué)習(xí)算法，具備確定性和可解釋性。目前提到的自動(dòng)駕駛算力都是針對(duì)深度學(xué)習(xí)的卷積的，算力再高也與安全無(wú)關(guān)。針對(duì)立體雙目，最大運(yùn)算量在于立體匹配，一般都用硬核完成。
立體雙目的缺點(diǎn)是標(biāo)定困難，需要長(zhǎng)時(shí)間摸索。算法人才奇缺，生態(tài)系統(tǒng)單薄，不像單目三目系統(tǒng)，免費(fèi)資源無(wú)處不在，立體雙目需要從內(nèi)部培養(yǎng)人才，這個(gè)過(guò)程長(zhǎng)達(dá)10年以上。這不是特斯拉等廠家能勝任的。寶馬都有些吃力，寶馬也跟風(fēng)奔馳用過(guò)雙目，但效果很差，比單目三目還差，寶馬最近基本放棄雙目路線。
與大多數(shù)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不同，豐田將定位系統(tǒng)特別點(diǎn)出，稱為SIS ECU。
自動(dòng)駕駛的定位有兩種，一種稱之為絕對(duì)定位，不依賴任何參照物和任何先驗(yàn)信息，直接給出無(wú)人車相對(duì)地球坐標(biāo)或者說(shuō)WGS84坐標(biāo)系，也就是坐標(biāo)（B,L,H），其中B為緯度，L為經(jīng)度，H為大地高即是到WGS-84橢球面的高度。
另一種是相對(duì)定位，即有參照物或先驗(yàn)信息的定位。有像Mobileye這樣的視覺(jué)眾包定位REM，視覺(jué)對(duì)光線變化很敏感，光線每時(shí)每刻都在變化，數(shù)據(jù)的一致性幾乎不可能，逆光與背光完全不一樣，某國(guó)產(chǎn)轎車逆光下ADAS系統(tǒng)幾乎完全失效，因此準(zhǔn)確度很低。也有基于激光雷達(dá)先驗(yàn)信息的定位，準(zhǔn)確度極高，但成本也極高，且不可能大范圍（幾百公里）使用。此外，相對(duì)定位無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)的高精度配合使用，兩者的坐標(biāo)系、數(shù)據(jù)格式、接口、時(shí)間軸完全不同，標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)的高精度地圖必須有絕對(duì)定位。
絕對(duì)定位是不可缺少的，特別是全局規(guī)劃。而目前絕對(duì)定位只能用衛(wèi)星定位，而衛(wèi)星定位除了QZSS，其余都無(wú)法做到自動(dòng)駕駛的車道級(jí)定位。這是L3/L4的瓶頸之一。
之所以說(shuō)特斯拉是標(biāo)準(zhǔn)的L2級(jí)智能駕駛，也是因?yàn)樘厮估咀霾坏杰嚨兰?jí)定位，目前全球唯一能做到車道級(jí)定位的是凱迪拉克的超級(jí)巡航，超級(jí)巡航使用了天寶的RTX服務(wù)，每年繳納服務(wù)費(fèi)才取得了車道級(jí)定位。
天寶的RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡(luò)在全球部署了120個(gè)左右的跟蹤基站，對(duì)GNSS觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和存貯，將GNSS觀測(cè)值時(shí)發(fā)送給分別位于歐洲和美國(guó)的控制中心，控制中心對(duì)全星座精密衛(wèi)星軌道、鐘差和大氣建模，得到全球精密定位改正數(shù)。全球精密位置改正數(shù)通過(guò)L波段衛(wèi)星（天寶自己的衛(wèi)星）或者網(wǎng)絡(luò)的方式廣播給服務(wù)授權(quán)的終端用戶。
特斯拉里的定位只有一個(gè)GPS。GPS模塊是NEO-M8L-01A-81，水平精度圓概率誤差（CEP）為2.5米，有SBAS輔助下是1.5米，接收GPS/QZSS/GLONASS/北斗，CEP和RMS是GPS的定位準(zhǔn)確度（俗稱精度）單位，是誤差概率單位。就拿2.5M CEP說(shuō)吧，意思是以2.5M為半徑畫圓，有50%的點(diǎn)能打在圓內(nèi)，也就是說(shuō)，GPS定位在2.5M精度的概率是50%，相應(yīng)的RMS（66.7%）2DRMS（95%）。當(dāng)然很多商家為了參數(shù)好看，只給出CEP。實(shí)際95%概率情況下是6米精度，有SBAS輔助95%概率是3.6米精度。已經(jīng)遠(yuǎn)超一個(gè)車道了。冷啟動(dòng)26秒，熱啟動(dòng)1秒，輔助啟動(dòng)3秒。內(nèi)置簡(jiǎn)易6軸IMU，刷新頻率僅20Hz，成本不會(huì)超過(guò)80美分。
日本的GPS是特殊的GPS，附加了QZSS。
早在1972 年，當(dāng)時(shí)的日本電波研究所（現(xiàn)為信息與通信研究所） 就提出了準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)的概念，論證了這種系統(tǒng)很適合日本這樣地處中緯度、國(guó)土狹長(zhǎng)的國(guó)家；2002年11月1日正式成立了新衛(wèi)星商業(yè)公司Advanced Space Business Corporation （ASBC），共有43家企業(yè)出資，三菱電機(jī)公司、 日立制作所和豐田汽車公司等7家企業(yè)持股占77%。
但是事情并不順利，最后還是由日本政府內(nèi)務(wù)省出面接管QZSS項(xiàng)目。日本政府接管后，在2010年9月11日，發(fā)射第一顆衛(wèi)星Michibiki，2011年6月1日，正式提供導(dǎo)航服務(wù)。2017年6月1日，發(fā)射第二顆衛(wèi)星，2017年8月10日，發(fā)射第三顆衛(wèi)星，2017年10月10日，發(fā)射第四顆衛(wèi)星。日本計(jì)劃在2023年，將QZSS的導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量增加為7顆，屆時(shí)將不再依賴美國(guó)GPS，即可提供位置信息。
2023年-2026年，不加任何地基增強(qiáng)的空間信號(hào)測(cè)距誤差為2.6米，加上地基增強(qiáng)可做到0.8米左右。2027年-2036年，不加地基增強(qiáng)誤差為1米，2036年以后，誤差為0.3米。QZSS接收機(jī)上不需要增加任何硬件成本，只增加軟件成本，蘋果手機(jī)就支持QZSS。QZSS廉價(jià)、高效、廣播方式?jīng)]有帶寬的瓶頸，也沒(méi)有延遲，是最適合自動(dòng)駕駛的一種技術(shù)。缺點(diǎn)是日本國(guó)土狹長(zhǎng)，7顆星覆蓋率就可超過(guò)100%，對(duì)中美這樣的大方塊國(guó)家，恐怕得幾十顆低軌道衛(wèi)星。這種基礎(chǔ)工作，恐怕最少要花數(shù)十年以上的時(shí)間才能決策批準(zhǔn)并實(shí)施。
除了絕對(duì)定位，豐田也考慮了相對(duì)定位，為此增加了一顆遠(yuǎn)距離攝像頭，即立體雙目之上的那個(gè)攝像頭，主要用來(lái)檢測(cè)車道線，配合高精度地圖的先驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)相對(duì)車道級(jí)定位。
IMU方面，豐田可能使用了TDK專為自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的IMU，即IAM-20685或者是IAM-20680HP，這是單獨(dú)外置的IMU，精度頗高，IAM-20685達(dá)到ASIL-B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，陀螺儀量程±2949bps，精確度±300bps。加速度計(jì)量程從±16g, ±32g到±65g，精確度±8g, ±20g和 ±36g，價(jià)格自然不低，IAM-20680HP大約10美元（5千片起），IAM-20658大約15美元，跟特斯拉的整個(gè)GPS模塊價(jià)格都差不多，而這僅僅是一個(gè)IMU。
中美日三國(guó)自動(dòng)駕駛競(jìng)賽，日本一向追求產(chǎn)品高完成度，給人感覺(jué)落后不少，不過(guò)誰(shuí)能笑到最后？讓時(shí)間來(lái)回答吧。