丰田汽车发 16 页毕业论文详解 L2 自动驾驶：软硬件信息全公布，公式计算都写上了

全世界最大的车企集团公司之一丰田逐渐全力升級集团旗下的 L2 级自动驾驶系统，名叫 Teammate Advanced Drive System（通称 TAD），并在国际性自动机技术工程师学好（SAE International）发布了一篇毕业论文。

文章内容详细介绍了这套 L2 级自动驾驶系统的系统配置、作用特性，另外还关键详细介绍了丰田所应用的关键高新科技、早期检测认证方式，从这当中可以见到丰田在 L2 级自动驾驶行业的合理布局。

丰田 TAD 感应器配备比较丰富，包含 5 个毫米波雷达、8 个监控摄像头、1 个毫米波雷达。在 L2 级自动驾驶工作中全过程中，也有好几个 ECU 协调工作，包含认知、测算、操纵及其车里计算机设备操纵。依靠强劲的感应器和测算机器设备，丰田 TAD 具有机敏、聪慧、可互动、靠谱和可升級等五大特性。

丰田 TAD 选用高精地图相互配合感应器完成精确定位，多方位感应器预测分析、更具有聪慧的最短路径算法和安全驾驶管理决策、个性化的 UI 设计方案、沉余系统设计方案提早预警信息驾驶员对接及其紧急停车等六大关键技术。

早期产品研发全过程中，丰田的技术工程师也在虚幻世界和真实的世界开展了很多检测，保证 全部系统平稳运作。

本文题型为 Teammate Advanced Drive System Using Automated Driving Technology，是至今对丰田 TAD 系统全方位详细介绍的文章内容之一。

应对今年初广州本田在日本发布全世界第一款批量生产 L3 级自动驾驶车辆，规模更高的丰田一样有相近合理布局。最先，分田 TAD 容许驾驶员在转手安全驾驶，另外在紧急状况下，能够提早 4 秒提示驾驶员对接车辆。假如驾驶员自始至终不对接车辆，车辆会积极降速，并停到高速公路紧急停车带上，打开双跳灯并拨出去紧急电话，和广州本田 L3 级自动驾驶系统的作用也是有一些相近。

那麼，丰田的这套 L2 级自动驾驶系统到底有什么高科技，间距 L3 级自动驾驶也有多远？

集团旗下2款车早已配置 快速道上能放手松脚

最开始配用丰田 TAD 系统的现有2款车系，分别是凌志雷克萨斯的旗舰小汽车 LS500h，另一款是丰田氢能源车 Mirai，这2款车早已逐渐在日本市场销售。

▲左：凌志雷克萨斯 LS500h，右：丰田 Mirai

顺便一提，这2款车都配用了批量生产毫米波雷达，变成全世界第一批配用毫米波雷达的批量生产车。

丰田 TAD 系统能够在高速路或仅有机动车辆参加的路面上打开应用，驾驶员必须在中控台显示屏上设定到达站，车辆会依据导航路线开展 L2 级自动驾驶，可以完成自动巡航 车道保持那样的基本作用，也可以完成汇到、境外汇款匝道口，积极高速行驶，绕开道路交通事故，根据 ETC 等多种多样高級作用。

▲丰田 TAD 应用情景

在 L2 级自动驾驶工作中期内，驾驶员不用实际操作油门踏板、刹车踏板、汽车方向盘，容许放手、松脚，可是必须驾驶员凝视交通条件，必需时对接车辆安全驾驶。

丰田为这套系统配置了丰富多彩的感应器，包含 8 个监控摄像头、5 个毫米波雷达、1 个毫米波雷达。

而在先前，丰田也是有自身的 L2 级自动驾驶系统，名叫 LSS A（Lexus Safety System A，凌志雷克萨斯安全性系统 A），TAD 的感应器机器设备在 LSS A 的基本上拥有重特大升級。

文章内容强调，目前大部分 L2 级自动驾驶系统选用 1 个前视监控摄像头、2 个侧视图监控摄像头和 1 个后视摄像头的计划方案。先前发布的丰田 LSS A 系统在这个基础上提升了 5 个毫米波雷达（4 个角雷达探测和一个主雷达探测）、前视双目摄像头，可以认知更丰富的情景。

▲丰田 TAD 感应器配备

而在 TAD 中，丰田在 LSS A 的基本上添加了 1 个前视毫米波雷达、1 个长焦镜头监控摄像头、1 个精准定位监控摄像头和驾驶员监控摄像机，进而完成大量 L2 级自动驾驶作用。

在其中，毫米波雷达能够检测 205 米的间距，有着水准 110 度，竖直 2.5 度的视场角，屏幕分辨率为 51*3；精准定位监控摄像头有着 120 米检测间距，120 万清晰度，长焦镜头监控摄像头有着 250 米检测间距，500 万清晰度。

文章内容中还发布了 TAD 系统的测算机器设备，在其中包含 4 个 ECU，电操纵动、转向系统，及其车里多媒体系统扩展模块，所有会参加到安全驾驶全过程中。

▲丰田 TAD 四大关键测算 ECU

在其中，四个主 ECU 中，SoC 的 CPU 算率可以做到 107KDMIPS，GPU 算率做到 35.9TOPS。

据统计，丰田 TAD 所配置的毫米波雷达、长焦镜头监控摄像头、SISECU、ADSECU、ADXECU 构件所有由日本头顶部 Tier 1 电装出示。

文章内容讲到，运用深层神经元网络技术性，ECU 可以对各种各样很有可能发生的情况做出精确鉴别和分辨，进而完成更安全性的 L2 级自动驾驶。

因为 TAD 系统容许驾驶员转手，因而紧急状况下提早预警信息驾驶员十分必要。科学研究表明，当驾驶员从注意力不集中的情况进到安全驾驶情况，均值時间低于 4 秒。

▲驾驶员均值反应速度

因而，当碰到紧急状况时，丰田 TAD 会提早 4 秒作出预警信息，提醒驾驶员对接。就算系统发生设备故障，或是没法再次开展自动驾驶，都是会提早 4 秒告之驾驶员。

因此，丰田设计方案了一整套沉余系统，包含认知、操纵、实行、通讯、开关电源的沉余，另外确保汽车安全气囊等构件等供电系统，在极端化状况下较大 水平确保安全性。

▲丰田 TAD 沉余系统

在车里，lcd屏仪表盘和 HUD 也会在安全驾驶全过程中充分发挥关键功效。在其中，HUD 的规格做到 600Mm*150mm，大概 24 英尺，lcd屏仪表盘为 12.3 英尺。二块显示屏会即时表明路面情况和样子、周边车辆情况、车辆总体目标运动轨迹及其将来安全驾驶整体规划。

▲上：HUD 界面，下：lcd屏仪表盘界面

走向未来，丰体 TAD 将持续升級，丰田为 ADSECU、ADXECU、SISECU 及其 Meter ECU（包含 HUD 操纵）出示 OTA 系统更新，客户不用升級硬件配置，就能享有升级作用。

应用六大关键技术 有着多种安全防范措施

在很多的感应器配备、高算率服务平台及其丰富多彩的作用下，身后有丰田在 L2 级自动驾驶系统中的六大关键技术，包含高精地图与精准定位、感应器结合预测分析、安全驾驶最短路径算法、UI 设计方案、故障安全实际操作及其紧急停车系统。

1、GPS 高精地图 感应器完成行车道级精准定位

丰田 TAD 系统最先运用 GPS 明确车辆部位，随后运用车辆的监控摄像头、毫米波雷达及其毫米波雷达一同检验道路交通标志、行车道标示、行车道线及其周边车辆。当车辆将检验的数据信息投射到高精地图中，与高精地图中的数据匹配，就能完成精确的行车道级精准定位。依据行车道级精准定位的信息内容，进而校准车辆的速率、方位。

这类方式能够让车辆在运用高精地图，但不运用高精影响力控制模块，完成行车道级精准定位的实际效果。这样一来，早期生产制造全过程中可以减少一部分制造成本，中后期高精地图也会持续升級。

测试工程师在可能是日本最忙碌且最繁杂的高速路 —— 首都高速都心环形线 C1 开展了路测。这条高速路有 4%～5% 的高宽比差，有好几个半经低于 150 米的转弯。应对这种状况，丰田 TAD 都能妥当解决。

▲感应器根据周边车辆帮助精准定位

但是，在这里条高速路上，还会继续碰到行车道线不清楚、炫光、GPS 信号干扰、双层立交桥等繁杂自然环境。应对这类状况，丰田 TAD 的沉余系统会充分发挥，另外也会依据周边车辆校正部位，就算周边车辆在邻近行车道中也能輔助校正，可以让全部系统做到可以用情况。

▲具有高进地形图的日本高速公路

现阶段，日本 3.1 万多公里千米的高速公路的高精地图数据信息都早已融合进丰田 TAD 中。

2、感应器结合鉴别周边车辆 不会再怕变道

研发人员开发设计了一套深层神经元网络，用以鉴别周边车辆，更关键的是分辨车辆用意。

当机器视觉系统收集到图象信息内容后，便会键入目标鉴别（Object Recognition, OR）和路面鉴别（Road Recognition, RR）的每一个互联网中。

目标鉴别中，自动驾驶电脑上会标记识别到的车辆，并分辨间距。具体检测中，机器视觉系统的比较远检测间距能够贴近 300 米。另外，路面鉴别将鉴别发展方向肩，划分可行车的范畴。

最后，将目标鉴别和路面鉴别的結果结合解决。这样一来，可以更早发现进入行车道的车辆。

而假如依照传统式优化算法，必须车辆进入本行车道 1/3 以后，才会判断进入。应用新的判断技术性，可以提早分辨车辆用意，如遇紧急状况也可以立即提示驾驶员。

▲提早预测分析车辆是不是会进入行车道

为了更好地在单独互联网中另外解决2个同样的数据信号，物体识别和路面鉴别模块的特性拥有大幅度提高，还节省了云计算服务器。

鉴别全过程中，毫米波雷达的功效也十分关键，毫米波雷达安裝与车辆格珊下边，可以立即检测到前面的车子的车胎部位，进而精确分辨部位。

有着感应器结合的数据信息，融合高精地图。当车辆分辨要挡换，可以用更缓和的方法慢慢降速，防止撞击，对比于传统式 ACC 自动巡航舒适感高些。

3、10 千米最短路径算法 维持上下间距

依据详细介绍，丰田 TAD 可以提早大概 10 千米预测分析正前方实时路况和驾驶管理决策，另外将近期的好多个管理决策表明在 HUD 和lcd屏仪表盘上。

假如前车速率太慢，丰田 TAD 会传出变道高速行驶语音提示，驾驶员准许后，就能完成高速行驶，高速行驶姿势进行后，车辆会积极返回原先的行车道，保证 道路交通安全。

▲丰田 TAD 能完成高速行驶作用

在人们驾驶全过程中，假如碰到大中型车辆，一般会挑选高速行驶或间距行车道行车，积极与大中型车辆拉开距离以确保安全驾驶。可是，目前大多数 L2 级全自动驾驶系统软件并沒有那么“聪慧”，大货车小轿车一视同仁。

▲丰田 TAD 会积极避让大型客车

这就造成 全自动驾驶车辆在历经大货车周边时，驾驶员会觉得工作压力很大。

丰田 TAD 已有解决方法。在历经大中型车辆侧边时，车辆会挑选在行车道内偏位一定间距，维持与大中型车辆更安全性的间距。

4、脸部姿势识别率超 95% 紧急状况全自动泊车拨通救援电话

在 UI 设计方案层面，丰田 TAD 也是有众多个性化之处。

车里除开配置 12.3 英尺lcd屏仪表盘和 24 英尺 HUD 抬头显示器以外，仍在驾驶员检测、紧急制动系统软件上面有多种多样设计方案。

汽车方向盘后才有一个 DMS 监控摄像头，这一监控摄像头会跟踪驾驶员头顶部和目光的姿势，进而分辨驾驶员是不是发生注意力不集中的情况。

现有三种状况：当驾驶员一切正常驾驶时，车辆不容易提醒驾驶员。假如分辨驾驶员有睡意，发生不正确驾驶姿势时，会提示驾驶员提高注意力。当驾驶员人体发生情况没法驾驶，车辆会行车到土路肩，全自动泊车，打开双跳灯，拨通救援电话。

▲当驾驶员一切正常驾驶时，系统软件不容易提示

历经 54 万多公里的路测后，丰田 TAD 系统软件的人脸识别早已十分完善，在其中脸部跟踪识别率做到 99%，正脸往前脸部姿势的识别率做到 99%，非正脸脸部姿势识别率做到 95%，闭上眼识别率做到 99%，乃至驾驶员发愣也可以鉴别出去，准确度做到 95%。

假如检验到驾驶员专注力不集中化，车辆会振动保险带、闪动 HUD 提醒驾驶员安全性驾驶，也会强烈推荐近期的高速服务区歇息。

▲EDSS 系统软件基本原理

另外，丰田还开发设计了 EDSS（Emergency Driving Stop System 紧急制动系统软件）。当驾驶员人体发生情况，没法再次驾驶，系统软件机遇传出警示，开启双跳灯并迟缓降速。另外，车辆向紧急停车带变更车道，在与紧急停车带邻近的行车道上慢慢将速率减少至 10km/h。当检验到紧急停车带沒有阻碍物后，进到紧急停车带泊车，并全自动紧急电话援救。

5、冗余系统确保行车安全性

在 ADSECU 中，现有2个 MCU 一同工作中。假如在其中一个无效，另一个会马上对接。

在沉余测算系统软件中，基本上全部感应器数据信息都将键入 ADSECU，也就是关键CPU，历经有着双 SoC 与双 MCU 的沉余，再加上 ADXECU 的数值，产生驾驶管理决策。

▲丰田 ADSECU 冗余系统

另外，丰田还产品研发了 BUC（Backup Control），能够在 MCU 上实行备份数据作用。当车辆感应器无效，根据先前的运动轨迹，再次整体规划下面 4 秒的驾驶对策，为驾驶员反映出示時间。

6、全自动紧急停车防止撞击

在 TAD 中，也有全自动紧急停车作用。高速路上发生突发状况时，交给驾驶员反映的時间乃至都不容易做到 4 秒那么长。

丰田 TAD 运用高精地图、毫米波雷达和长焦镜头监控摄像头完成紧急停车。

▲快速道上全自动紧急停车

当车辆速率做到 125km/h，正前方 140M 有阻碍物时，如果不采取一定的有效措施，4 秒便会产生安全事故。这时，车辆务必全自动紧急停车，而不是提示驾驶员干预。

最初，车辆可以以 3.5m/s² 的瞬时速度降速，当间距阻碍物仅有 50 米时，车辆会以最大 8米/s² 的瞬时速度降速，最后防止撞击。

虚拟现实技术多种认证 早已路测 54 万多公里

丰田 TAD 历经很多检测认证，早已具备出色的驾驶工作能力。走向未来，TAD 也会持续升級，让自身更像一位老湿机。

在虚拟器中，丰田开展了很多模拟仿真检测，在电子计算机开展全自动驾驶优化算法认证。根据不断的评定，寻找优化算法的显著缺点并加以改进。

第二步是在真实的世界中仿真模拟。丰田生产制造了 21 辆检测车，在现实世界中检测了 54 万多公里。

除此之外，丰田还应用车辆互联网硬件配置在环虚似检测（Hardware-in-the-loop Simulation），在检测场所内仿真模拟常见故障产生时，车辆很有可能存有的安全风险。

历经很多的检测，丰田 TAD 早已可以完成 L2 级全自动驾驶，但是在更像人的层面，还必须更为勤奋。

比如，在根据转弯时，一位有工作经验的驾驶员会提早降速，以适合的视角、速率进入转弯，直到出弯，全部全过程尽量维持行车稳定。而如果是一位职业赛车手，他所挑选的线路和有工作经验的驾驶员类似，但会以高些的速率根据，搭乘感受并不舒服。

▲人和设备驾驶个人行为检测

因而，将来 TAD 系统软件要持续完善，向有工作经验的驾驶员方位发展趋势。科学研究工作人员已经应用包含模型预测操纵（MPC）以内的开发技术，融洽驱动力和转为扭距，让搭乘感受更为舒服。

丰田的科学研究工作人员觉得，车辆智能化系统让车辆可以大量地关心周边的交通条件，驾驶员能够与车辆协作共驾，产生丝滑的驾驶功能。根据这类人机对战共驾的方法，能完成丰田的最终检测标准。