《第五元素》中配备智能助手的飞行出租车、奥迪为《我，机器人》定制的令人惊叹的奥迪RSQ，以及《少数派报告》中配备先进生物识别系统和自动驾驶模式的雷克萨斯2054：似乎全世界的汽车制造商都在争先恐后地想第一个实现这些梦想。
虽然这种先进的高科技汽车尚未成为现实，但汽车行业并未停滞不前，美国旧金山和凤凰城(菲尼克斯)的街道上已经出现了载客的完全无人驾驶汽车。但汽车行业究竟向前走了多远？制造商和嵌入式软件公司已经将哪些科幻汽车部件变成了现实，还有哪些尚未实现？让我们一起来看一下。
2017年，Waymo(原名谷歌自动驾驶汽车项目)在美国亚利桑那州的公共道路上投放了自动驾驶小型货车，没有自动驾驶安全员，甚至没有任何人类。这很有趣，不是吗？三年后，该公司又在凤凰城和旧金山的街道上推出了完全无人驾驶的出租车服务Waymo One，看起来好像未来已至。
然而，七年后的今天，机器人出租车和自动驾驶汽车仍然不是我们日常生活的一部分。Waymo的自动化公共交通是一次伟大而大胆的尝试。但将无人驾驶汽车投入道路的挑战就像一个兔子洞，越往里走，就会发现许多道德、法律和技术方面的限制需要考虑。
安全是汽车行业的重中之重，因此美国汽车工程师学会(SAE)建议将所有车辆的自动化程度分为6个等级，其中0级为“无自动化”，5级为“完全自动化”。本田是第一家推出经过认证的3级自动化车型的制造商，也就是Honda Legend，紧随其后的是梅赛德斯-奔驰，其拥有经过认证的SAE 3级的Drive Pilot。
3级，即“有条件自动化”，是该行业的一个重大里程碑。然而，在世界各地的道路安全立法引入自动驾驶之前，谈论3级自动驾驶汽车的大规模采用还为时过早。虽然业内人士声称个人汽车不会在2035年前实现完全自动化，但Waymo的故事还需要单独介绍一下。
为了使车辆按照道路交通规则行驶，必须充分了解其所处的环境，包括所有天气条件下的道路标线、道路标志、障碍物和其他道路交通参与者。
梅赛德斯EQS车型与上述3级Drive Pilot相得益彰，拥有由计算机和立体视觉驱动的复杂摄像头系统以及传感器，可即时分析交通密度和路面质量。梅赛德斯汽车中的道路湿度传感器、光检测和测距(或称激光雷达)、超声波传感器的组合可在交通密度较高的高速公路路段上实现最高60公里/小时的自动驾驶。
条件确实必须“合适”，因为变幻莫测、时而混乱的城市交通需要驾驶员的全程参与。行人横穿马路、广告牌阻碍图像识别、道路标记不清晰、颠簸、车祸——能够容纳和处理如此大量数据的系统还不存在。使用更多传感器可以改善局部细节，这必然会导致价格大幅上涨。
在目前的技术开发阶段，基本款梅赛德斯EQL的起价预计为105,550美元。与特斯拉顶级Model S Plaid(现售价81,490美元)或新款保时捷718 Cayman GTS 4.0(售价96,850美元)相比，这是一个相当可观的价格。研究人员和工程师需要时间和大量资金来引入更强大、性能更好的技术，才能让人们买得起这样的汽车。
让我们回到无人驾驶的Waymo One以及2020年无人驾驶机器人出租车成为现实的因素。据了解，亚利桑那州是一个明智的选择，因为该州几乎没有关于自动驾驶测试的法律，这才让该公司可以对车辆进行测试。如今，Waymo覆盖的区域仍然非常有限(凤凰城、旧金山和洛杉矶)。在新城市引入Waymo One之前，该公司会对城市街道进行全面扫描，制作一张高度详细的地图，以确保汽车不会停在别人的私人后院。
然而，这项技术并不完美，在涉及人类健康和安全时，这是不可接受的。自动驾驶汽车的交通违规行为可能各不相同，从车辆停在消防车道上，到更严重的车祸，比如两辆Waymo撞上同一辆卡车的事故。
说到科幻汽车，就不能不提软件定义汽车(SDV)。蝙蝠侠的蝙蝠车是一个很好的科幻范例，它展示了汽车在实施先进软件系统后可以实现什么。虽然蝙蝠车与现实背道而驰，但主要通过软件实现功能的汽车却比现实更真实。
与智能手机非常相似，这些车辆可以通过无线更新获得持续升级和新功能，而无需任何实际操作。此外，现代SDV配备了ADAS(高级驾驶辅助系统)，该系统可处理从摄像头和传感器收到的数据，并通过车道偏离警告、防撞和自适应巡航控制来增强安全性。
车联网(V2X)通信标准的集成使SDV的潜力令人难以置信，将个人交通嵌入到智能城市基础设施、社会服务、其他车辆和联网设备组成的生态系统中。嵌入式软件公司正积极为开发此类生态系统做出贡献，通过软件纽带将交通的所有元素连接起来。典型的例子包括基于人工智能的车牌识别系统、交通管理系统(如在里尔成功运行的系统)、驾驶员行为分析、自适应交通信号和智能走廊。
虽然技术的进步肯定需要制造商和原始设备制造商投入时间和精力，但网络安全预计将成为未来几年该行业面临的主要挑战之一。
作为车辆软件的唯一供应商，制造商需要采取各种保护措施来防止外部系统访问。由于软件定义车辆的独特架构(包括硬件、软件和数据)，每个级别都需要不同的保护方法。SDV的高连接性使车辆面临更大的系统渗透风险，迫使汽车制造商采用零信任安全方法。
SDV不是闭环系统。无线编程、智能手机等联网设备以及GPS、Wi-Fi和蓝牙访问都有可能成为系统的入口。制造商采用的安全软件开发实践之一是使用Rust编程语言。
Autosar(汽车开放系统架构)是一个汽车标准组织，其成员包括梅赛德斯、Stellantis、沃尔沃、宝马和丰田等行业领先企业，该组织宣布成立Rust工作组来探索该语言的机遇，Rust以其强大的安全措施而闻名，包括加密、入侵检测系统和安全无线更新协议。与软件保护相关的其他措施包括开发入侵检测系统、预安装防火墙以及实施加密算法和协议。
负责收集周围环境数据的传感器和摄像头是软件定义汽车的另一个弱点。通过用虚假信号欺骗传感器，网络犯罪分子可能会对驾驶员、乘客和附近的人造成严重伤害。
为了使安全工作标准化，业界正在围绕ISO/SAE 21434和UNECE WP.29标准开展工作。这些准则为汽车设计、开发和维护的整个生命周期内的网络安全提供了全面的框架。2024年7月7日，欧盟通用安全法规II在欧洲生效，规定了欧盟所有新车现在都必须遵守的安全法规。
一些关键的安全功能将不再是可选的，而是欧盟所有新车的强制性配置，例如先进的紧急制动系统、紧急车道保持、紧急停车信号、驾驶员困倦和注意力警告等。
电影导演和艺术家在畅想未来汽车时，主要关注的是视觉吸引力，而这通常与现实不太相符，现实生活要求的创新首先要带来实用价值。
工程师和制造商没有追求华而不实的梦想，而是携手合作，成功实现了3级自动驾驶汽车的大规模普及，迈出了向4级自动驾驶的第一步，而不是为汽车装上翅膀。这种方法可能不像电影中描绘的那样激动人心，但它确保了未来在成为现实时会更美好、更便捷、也更安全。
(原文刊登于EDN姊妹网站Embedded，参考链接：Poor roads, money, and cybercriminals: why sci-fi cars are not here yet，由Ricardo Xie编译。)
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