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先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

全面解读自动驾驶的关键组成部分

本文简要而全面地概述了自动驾驶汽车（自动驾驶系统）的关键组

成部分，包括自动驾驶水平、自动驾驶汽车传感器、自动驾驶汽车软件、

开源数据集、行业领导者、自动驾驶汽车应用程序和正在面临的挑战。

引言

在过去的十年里，在自动驾驶领域发表了许多研究论文。然而，它

们大多只关注特定的技术领域，如视觉环境感知、车辆控制等。此外，

由于自动驾驶汽车技术的快速发展，这样的文章很快就过时了。

在过去的十年中，随着自动驾驶系统技术在世界范围内的一系列突

破，自动驾驶汽车（自动驾驶系统）商业化的竞争比以往任何时候都更

加激烈。例如，2016年，Waymo在亚利桑那州推出了自己的自动驾驶

出租车服务，吸引了广泛的关注。此外，Waymo花了大约9年的时间

开发和改进其自动驾驶系统，使用各种先进的工程技术，如机器学习和

计算机视觉。这些前沿技术极大地帮助他们的无人驾驶汽车更好地理解

世界，在正确的时间采取正确的行动。

由于自动驾驶技术的发展，近十年来发表了许多科学论文，其引用

量呈指数增长，如图1所示。我们可以清楚地看到，自2010年以来，

每年的发表量和被引用量都在逐渐增加，并在去年达到了巅峰。

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先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

图1在过去的十年中，自主驾驶研究的出版物和引文的数量

一、自动驾驶系统

自动驾驶系统使汽车能够在没有人类驾驶员干预的真实环境中运

行。每个自动驾驶系统由两个主要组件组成：硬件（汽车传感器和硬件

控制器，即、油门、刹车、车轮等）及软件（功能组）。

软件方面，已在多个不同的软件架构中建模，如Stanley（Grand

Challenge）、Junior（UrbanChallenge）、Boss（UrbanChallenge）

和同济自动驾驶系统。Stanley软件架构包括四个模块：传感器接口、感

知、规划和控制以及用户界面。Junior软件体系结构由传感器接口、感

知、导航（规划与控制）、线控驱动接口（用户接口和车辆接口）和全

局服务五个部分组成。Boss采用三层架构：任务、行为和运动规划。同

济自动驾驶系统将软件架构划分为：感知、决策和规划、控制和底盘。

本文将软件架构划分为感知、定位与映射、预测、规划与控制五个模块，

如图2所示，图2与同济自动驾驶系统软件架构非常相似。

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先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

图2自动驾驶系统软件构架

自动驾驶等级划分

根据汽车工程师协会（SAEinternational），自动驾驶可以分为六

个等级，如表1所示。人类驾驶员负责0－2级自动驾驶系统的驾驶环境

监测（DEM）。从第4级开始，人类驾驶员不再负责动