自动驾驶汽车建立在更好的传感器技术之上

我们还有很长的路要走，让自动驾驶汽车铺满道路。当前传感器的功能虽然有用，但在自动驾驶汽车方面相对初级。

也就是说，汽车行业在过去几年中取得了长足的进步。如果你在五六年前开着一辆全新的汽车，它可能包含大约 60 到 100 个传感器。今天，这个数字已经接近 200 个或更多。随着车辆继续变得更加智能和更加自主，传感器的发展和复杂性一直保持同步，并将随着新功能的普及而继续增长。

为了推动自动驾驶汽车的进步，技术供应商和汽车制造商正在考虑诸如传感器退化、行业标准协作以及在汽车生命周期内软件网络安全防御的维护/服务等挑战。

汽车老鼠赛跑

汽车制造商和原始设备制造商面临的最大挑战之一是跟上传感器和数据开发的快速步伐。传感器需要为车辆系统提供必要的数据保真度，以满足设计要求。

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不同的传感器有不同的优点和缺点。一种方法是结合多种传感器来实现更彻底的环境感知

在道路上有大量司机、行人、骑自行车者和摩托车的人口稠密的大都市地区驾驶需要车辆在瞬间做出停止或转向的决定，以避免撞到行人或其他车辆。因此，我们开始看到传感器融合开始发挥作用，在高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 通过消耗和解释广泛的数据输入做出反应时，做出人类驾驶员可能无法做出的决定。

在传感器制造的初始阶段，汽车制造商还必须遵守汽车功能安全标准，以防止芯片或软件故障。ISO 26262 是汽车标准，它规定汽车 OEM 和供应商必须遵循并记录其设备的开发过程，以使其设备被视为功能安全。通过遵守 ISO 26262，汽车 OEM 和供应商可确保其设备在预期时按预期运行。

传感器退化挑战

不断变化的传感器格局的另一个方面是传感器退化。传感器退化是自动驾驶汽车等式的一个自然部分，特别是考虑到今天的汽车通常具有 10 到 15 年的使用寿命这一事实。退化的主要原因包括传感器的一般磨损、恶劣的工作环境以及其他电子系统元件的退化。

汽车制造商和技术供应商将需要考虑安装的传感器的能力，如激光雷达、摄像头、超声波等，其性能与新车在整个预期中的性能相同，甚至更高车辆的使用寿命。他们还必须回答如果传感器开始出现故障会发生什么（即如何提醒驾驶员、内置安全功能等）。为了对抗退化，原始设备制造商需要对车辆内的半导体和其他组件进行建模和设计，以在许多不同的环境中创建可预测的故障率和替代方案。

网络安全问题

在确保自动驾驶车辆传感器安全时，需要考虑几个不同的因素。入侵自动驾驶汽车始终是一个问题，应该得到解决，但另一个不太明显的安全因素是攻击者影响嵌入在车辆中的机器学习技术以恶意方式做出反应。

例如，英国的一项研究引入了一个视频广告牌，该广告牌已被篡改，显示停车标志的时间只有几分之一秒。自动驾驶汽车会感应到停车标志并停下来，因为它们能够捕捉到该图像，并以与感应到道路上的停车标志相同的方式对其做出反应。然而，人类驾驶员将无法对图像做出反应，如果他们前面的自动驾驶汽车在没有警告或明显原因的情况下突然停止，就会产生潜在的危险。这些“幻影物体”对驾驶员和行人造成伤害的可能性只是汽车制造商在确保自动驾驶汽车安全方面面临的又一挑战。

为了防止传感器漏洞，NHTSA 建议汽车行业遵循美国国家标准与技术研究院 (NIST) 记录的网络安全框架。该框架提出了一种围绕以下关键功能构建的分层网络安全方法：识别、保护、检测、响应和恢复。

系统设计人员必须保护系统操作，同时在与驾驶员共享的警报方面取得适当的平衡。考虑一下 ADAS，它旨在警告驾驶员道路上即将发生的危险以及潜在的系统故障。通常，由于安全漏洞导致的系统错误会触发召回，这需要前往经销商处，对于汽车制造商而言，可能需要进行昂贵的修复。更好的方法是建立安全性以防止恶意行为首先导致错误。

随着这些设备的复杂性和功能的增加，发生网络安全攻击的不同途径也将按比例增长。设计师和汽车制造商将需要更新他们的防御并管理这些类型的意外反应，以防止这些非传统的网络攻击。防御的一部分应该是一个强大的软件生命周期管理程序，它允许组织应用从他们的经验中吸取的教训。同样的理念也适用于传感器本身的物理性能，以对抗退化。

随着自动驾驶汽车变得越来越普遍，将会有更多的法规和各种消费者习惯开始发挥作用，这将有助于塑造市场的未来。跟上传感器融合领域的进步是具有挑战性的，但也是必要的，因为我们继续看到自动驾驶汽车成为主流。

— Chris Clark 是 Synopsys 汽车集团的高级经理。

审核编辑 黄昊宇