2021年4月12日,，豐田汽車在日本市場推出豐田新款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級自動駕駛技術,。前者起售價格為860萬日元（約合人民幣51.5萬元）,，后者起售價格為1794萬日元（約合人民幣107.5萬元）,，如果是奔馳S級,，這個價格不算高,，但對雷克薩斯來說,，這個價格是很高的,。

　　說是L2級自動駕駛，實際比特斯拉的FSD要高出一大截,，稱L4絲毫不過分,。之前本田曾經(jīng)推出全球第一臺L3車，實際是只生產(chǎn)100輛,，只租不賣,。只有豐田的才是真正量產(chǎn)車，不過豐田的價格也是夠高的了,，銷量肯定不高,，我想豐田應該非常清楚這一點。估計一年銷量只有幾千輛,，甚至是幾百輛,，這樣一來反而是好事，豐田可以使用非量產(chǎn)的半導體元件,。

　　很多人會質(zhì)疑夸大了豐田的L2,，但仔細研究后就會發(fā)現(xiàn)，豐田的L2就是L4級自動駕駛,，或者說豐田的硬件系統(tǒng)已經(jīng)具備了L4級自動駕駛的能力和需求,。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駕駛運算系統(tǒng),，一套作為主系統(tǒng)失效時的備份,，在主系統(tǒng)失效時，仍能保持自動駕駛,。L3則是Fail-Safety,，系統(tǒng)失效時，人工接手，即失效時還要保持安全,。像特斯拉或英偉達之類的,，設置兩個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,。

　　豐田的自動駕駛系統(tǒng)如上圖，不僅計算系統(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)同時工作，ADS負責絕大部分事物,，保證基本安全,，ADX負責錦上添花，讓車不僅安全也具備智能,。

　　這一套大約增加了66萬日元硬件成本,，也就是大約4萬人民幣的成本，未來或許豐田車可以選裝,，選裝價格估計得20萬人民幣,。加上雷克薩斯LS500H本來就標配的雙目系統(tǒng)，構(gòu)成完整的L4級自動駕駛,。這一套系統(tǒng)中前向主激光雷達成本估計最高,，大約1-1.5萬人民幣，兩個側(cè)向激光雷達合計大約5-8千人民幣,，3個ECU估計要1.2-1.4萬人民幣,。軟件成本無法估算，要看多少銷量了,。

　　傳感器方面,，主前向激光雷達由電裝開發(fā)，電裝與法雷奧Scala的設計如出一轍,，只是巧妙地將單向變雙向,。同時電裝可能是二代Scala的水準，也是16線設計,，但也有可能更高,，32線的設計。側(cè)向則是大陸汽車的HFL-110 Flash激光雷達。核心的雙目系統(tǒng)也是電裝開發(fā)的,。毫米波雷達還是要的,，總共有5個毫米波雷達，都由電裝開發(fā)并生產(chǎn),，豐田供應鏈盡量垂直化,，能自己做的部件都要自己做，不僅能保證部件性價比極高,，也能快速迭代產(chǎn)品,，還能保證供應鏈穩(wěn)定度。歐美和中國廠家則是能對外采購的盡量對外采購,。

　　ADS使用高等級車規(guī)元件,，使用傳統(tǒng)非深度學習算法也就是可確定性可解釋性的算法。ADX以深度學習算法為主,，但深度學習不具備確定性和可解釋性,，因此永遠無法通過功能安全認證，但要車輛智能化而不是僅僅保持安全,，深度學習必不可少,。ADX系統(tǒng)都能勝任90%的自動駕駛?cè)蝿眨荒鼙ＷC100%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)失效后依舊正常運行自動駕駛,，當然這個自動駕駛的時間段不能太長。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,，對車規(guī)和安全更重視,，其次是瑞薩與豐田關系緊密，瑞薩的自動駕駛用芯片就是和豐田聯(lián)合開發(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%,，后來陸續(xù)花費數(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社產(chǎn)業(yè)革新機構(gòu) （Innovation Network Corporation of Japan, INCJ），這是日本政府與19家民營企業(yè)合資成立的投資公司,，日本財務省占95.3%的股份,，瑞薩可以算日本的半國營企業(yè)。那19家民營企業(yè)里也包括了豐田,。早期INCJ持有瑞薩股份超過50%,，后來將大約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駕駛合作聯(lián)盟。

　　豐田自動駕駛ADS可能使用瑞薩最新的R-CAR V3U,。有人會說,，按照日程表，R-CAR V3U要到2023年才量產(chǎn),，這個量產(chǎn)指的是每月都超過1萬片的規(guī)模。鑒于豐田自動駕駛系統(tǒng)的出貨量和豐田與瑞薩之間的緊密合作關系,，豐田自動駕駛ADS可能使用瑞薩的R-CAR V3U,，在沒有大規(guī)模量產(chǎn)前，每個月幾百片的量還是能滿足的,。順便說一下,，中國一汽紅旗也決定使用R-CAR V3U做自動駕駛系統(tǒng)主芯片，但是要到2023年下半年才量產(chǎn),。大眾集團的自動駕駛系統(tǒng)也很有可能使用R-CAR V3U,，因為雙方在座艙領域已經(jīng)緊密合作，德國大眾和上汽大眾都與瑞薩建立了聯(lián)合實驗室,。

　　V3U內(nèi)部框架如上圖,，采用8核A76設計，但也不是像特斯拉那樣簡單堆12個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,，而且可以實現(xiàn) big.LITTLE 處理。它還可為其他的設備（如 Mali GPU,、網(wǎng)絡接口和加速器）提供 I/O 一致性,。實時鎖步CPU是ARM的R52，英偉達最新的1000TOPS芯片Atlan也是用了R52,。

　　V3U視覺管線如上圖,，可以看到V3U有很多硬核計算機視覺模塊，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、目標追蹤,、車道檢測,、自由空間深度、場景標注,、語義分割,、檢測分類等都具備，類似于Mobileye的全封閉算法了,。

　　圖像處理主要還是IMP-X5+,，靈活性應該比Mobileye還是要高點。因為針對性比較強,，也為了節(jié)約成本,，降低功耗，瑞薩沒有使用太昂貴的GPU,，只是簡單增加了一個低功耗GPU,，即Imagination Technologies的PowerVR GE7400，1個著色器集群+32個ALU核心,，算力只有38.4GFLOPS@600MHz,。

　　R52是ARM在2016年發(fā)布的專為自動駕駛安全市場供應的內(nèi)核，Cortex-R52最高支持4核心鎖步技術,，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。按照ARM的說法,，簡單的中控系統(tǒng)可直接用Cortex-R52,，但是像工業(yè)機器人和ADAS（先進輔助駕駛）系統(tǒng)則建議配合Cortex-A、Mali GPU等提升整體運算,。另外,，ARM Cortex-R52通過多項安全標準認證，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),?？梢宰罡咧С?個核心鎖步。

　　R52包括三大功能

• 軟件隔離：通過硬件實現(xiàn)的軟件隔離,，意味著軟件功能互不干擾,。對于安全相關的任務，這也意味著需要認證的代碼更少,，從而節(jié)省了時間,、成本和工作量。

• 支持多個操作系統(tǒng)：借助虛擬化功能,，開發(fā)人員能夠在單個CPU內(nèi),，使用多個操作系統(tǒng)來整合應用。這樣可以簡化功能的添加,，而無需增加電子控制單元的數(shù)量,。

• 實時性能：Cortex-R52+的高性能多核集群可為確定性系統(tǒng)提供實時響應能力，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，豐田從一開始就是以立體雙目為自動駕駛的核心,。支持立體雙目的還有電裝,、博世、捷豹路虎,、斯巴魯,、本田、德國大陸汽車,、華為,、大疆、鈴木和亞馬遜與福特投資的電動車品牌Rivian,。瑞薩V3H和V3U里都有針對雙目的硬核處理部分,，英偉達的Xavier也有,。

　　與單目三目的2D系統(tǒng)相比，立體雙目最大的優(yōu)勢是無需識別目標也可以探測目標的3D信息,，也更擅長目標的追蹤與位置預測,。單目和三目攝像頭的致命缺陷就是目標識別（分類）和探測（Detection）是一體的，無法分割的,。必須先識別才能探測得知目標的信息,，而深度學習的窮舉法特性導致其肯定會出現(xiàn)漏檢，也就是說3D模型有缺失,，因為深度學習的認知范圍來自其數(shù)據(jù)集,，而數(shù)據(jù)集是有限的，不可能窮舉所有類型,，因此深度學習容易出現(xiàn)漏檢而忽略前方障礙物,，也就是說如果無法識別目標，系統(tǒng)會認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原因。

　　即使特斯拉的HW4.0（FSD Beta）算力再高也是L2,，也是無法避免漏檢的,，并且FSD Beta版在識別與對于物體的警示功能方面仍有限，對于靜態(tài)的物體,、緊急駛出的車輛,、建筑區(qū)域、較復雜的十字路口等無法進行辨別,。單目三目系統(tǒng)的另一個缺點是靜態(tài)目標反應要慢,。

　　大部分基于立體雙目的算法都是傳統(tǒng)幾何算法，不是深度學習算法,，具備確定性和可解釋性,。目前提到的自動駕駛算力都是針對深度學習的卷積的，算力再高也與安全無關,。針對立體雙目,，最大運算量在于立體匹配，一般都用硬核完成,。

　　立體雙目的缺點是標定困難,，需要長時間摸索。算法人才奇缺,，生態(tài)系統(tǒng)單薄,，不像單目三目系統(tǒng)，免費資源無處不在,，立體雙目需要從內(nèi)部培養(yǎng)人才,，這個過程長達10年以上,。這不是特斯拉等廠家能勝任的。寶馬都有些吃力,，寶馬也跟風奔馳用過雙目,，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)自動駕駛系統(tǒng)不同，豐田將定位系統(tǒng)特別點出,，稱為SIS ECU,。

　　自動駕駛的定位有兩種，一種稱之為絕對定位,，不依賴任何參照物和任何先驗信息,，直接給出無人車相對地球坐標或者說WGS84坐標系，也就是坐標（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,。

　　另一種是相對定位,，即有參照物或先驗信息的定位。有像Mobileye這樣的視覺眾包定位REM,，視覺對光線變化很敏感,，光線每時每刻都在變化，數(shù)據(jù)的一致性幾乎不可能,，逆光與背光完全不一樣,，某國產(chǎn)轎車逆光下ADAS系統(tǒng)幾乎完全失效，因此準確度很低,。也有基于激光雷達先驗信息的定位,，準確度極高,，但成本也極高,，且不可能大范圍（幾百公里）使用。此外,，相對定位無法與標準的高精度配合使用,，兩者的坐標系、數(shù)據(jù)格式,、接口,、時間軸完全不同，標準的傳統(tǒng)的高精度地圖必須有絕對定位,。

　　絕對定位是不可缺少的,，特別是全局規(guī)劃,。而目前絕對定位只能用衛(wèi)星定位，而衛(wèi)星定位除了QZSS,，其余都無法做到自動駕駛的車道級定位,。這是L3/L4的瓶頸之一。

　　之所以說特斯拉是標準的L2級智能駕駛,，也是因為特斯拉根本做不到車道級定位,，目前全球唯一能做到車道級定位的是凱迪拉克的超級巡航，超級巡航使用了天寶的RTX服務,，每年繳納服務費才取得了車道級定位,。

　　天寶的RTX全球跟蹤基站網(wǎng)絡在全球部署了120個左右的跟蹤基站，對GNSS觀測值進行實時跟蹤和存貯,，將GNSS觀測值時發(fā)送給分別位于歐洲和美國的控制中心,，控制中心對全星座精密衛(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L波段衛(wèi)星（天寶自己的衛(wèi)星）或者網(wǎng)絡的方式廣播給服務授權的終端用戶。

　　特斯拉里的定位只有一個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的定位準確度（俗稱精度）單位，是誤差概率單位,。就拿2.5M CEP說吧,，意思是以2.5M為半徑畫圓，有50%的點能打在圓內(nèi),，也就是說,，GPS定位在2.5M精度的概率是50%，相應的RMS（66.7%）2DRMS（95%）,。當然很多商家為了參數(shù)好看,，只給出CEP。實際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)遠超一個車道了。冷啟動26秒,，熱啟動1秒,，輔助啟動3秒。內(nèi)置簡易6軸IMU，刷新頻率僅20Hz,，成本不會超過80美分,。

　　日本的GPS是特殊的GPS，附加了QZSS,。

　　早在1972 年,，當時的日本電波研究所（現(xiàn)為信息與通信研究所） 就提出了準天頂衛(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,、國土狹長的國家,；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)務省出面接管QZSS項目,。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，正式提供導航服務,。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,。日本計劃在2023年,，將QZSS的導航衛(wèi)星數(shù)量增加為7顆，屆時將不再依賴美國GPS,，即可提供位置信息,。

　　2023年-2026年，不加任何地基增強的空間信號測距誤差為2.6米,，加上地基增強可做到0.8米左右,。2027年-2036年，不加地基增強誤差為1米,，2036年以后,，誤差為0.3米,。QZSS接收機上不需要增加任何硬件成本,，只增加軟件成本，蘋果手機就支持QZSS,。QZSS廉價,、高效,、廣播方式?jīng)]有帶寬的瓶頸，也沒有延遲,，是最適合自動駕駛的一種技術,。缺點是日本國土狹長，7顆星覆蓋率就可超過100%,，對中美這樣的大方塊國家,，恐怕得幾十顆低軌道衛(wèi)星。這種基礎工作,，恐怕最少要花數(shù)十年以上的時間才能決策批準并實施,。

　　除了絕對定位，豐田也考慮了相對定位,，為此增加了一顆遠距離攝像頭,，即立體雙目之上的那個攝像頭，主要用來檢測車道線,，配合高精度地圖的先驗信息,，實現(xiàn)相對車道級定位。

　　IMU方面,，豐田可能使用了TDK專為自動駕駛開發(fā)的IMU,，即IAM-20685或者是IAM-20680HP，這是單獨外置的IMU,，精度頗高,，IAM-20685達到ASIL-B級標準，陀螺儀量程±2949bps,，精確度±300bps,。加速度計量程從±16g, ±32g到±65g，精確度±8g, ±20g和 ±36g,，價格自然不低,，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GPS模塊價格都差不多,，而這僅僅是一個IMU。

　　中美日三國自動駕駛競賽,，日本一向追求產(chǎn)品高完成度,，給人感覺落后不少，不過誰能笑到最后,？讓時間來回答吧,。