特斯拉、小鹏、蔚来的自动泊车产品测评

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泊车场景作为一段行驶路径的起点和终点,一直是驾驶车辆的高频场景。目前的停车场受限于场地和空间的限制,普遍存在通行空间狭小、障碍物复杂、行人干扰等问题。这些因素极大地考验驾驶员的停车技巧,消耗驾驶员的时间和精力,一直被吐槽和诟病。

随着智能驾驶技术的发展,许多车企开始配置自动泊车功能(APA),希望能在一定程度上解决泊车难的问题,满足用户便捷停车的需求。那么,这些自动泊车产品的具体表现如何?目前的自动泊车能够实现哪些效果?在哪些地方可以改进提升?

带着这些问题,我们选取了目前市场上已经量产的几款主流车型的自动泊车产品,从多个维度、系统地开展测评,给各位同行提供一些参考。

Part 1:自动泊车的基本原理

自动泊车,Automated Parking Assist(APA),是一项驾驶辅助类功能。APA系统可以通过传感器识别出车辆周围的可用车位,并在识别到多个车位后,让用户选择自己想要泊入的车位;系统根据用户选择的车位,和当前车辆的位姿,计算出泊入车位的轨迹,并控制车辆的横、纵向运动,实现自动泊入目标车位的效果,并且达到一定的位置精度和姿态要求。同样的,系统也可以控制车辆自动泊出车位,这是与自动泊入的反向过程。

在整体的泊车过程中,驾驶员无需对车进行操控,全程由APA系统自动完成,驾驶员只需要观察周围环境,在紧急状态或系统无法完成泊车时接管车辆即可。

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△图1 自动泊车APA示意图

(图片来源:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1664818696478762937&wfr=spider&for=pc)

已有的量产自动泊车产品中普遍采用的是摄像头+超声波雷达的方案。其中,摄像头负责检测车位线,从而识别出标线车位;超声波雷达负责探测可以停车的空间,从而确认车位的可用性。

另外,超声波雷达也可以探测出没有车位线、由周围物体形成的可停车区域(空间车位)。除了识别车位外,摄像头和超声波雷达一起,也能实时检测车辆周围的障碍物,避免发生碰撞。

对于带摄像头的方案来说,目前大部分是采用环视摄像头,形成车辆周围的全景影像。此时,可以认为自动泊车APA是在全景影像AVM之上的更高一级功能。

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△图2 摄像头检测车位

(图片来源:https://www.sohu.com/a/469806759_121124366)

特斯拉、小鹏、蔚来的自动泊车产品测评_第3张图片 图3 超声波雷达探测效果

(图片来源:https://rohm.eefocus.com/module/forum/forum.php?mod=viewthread&tid=626693&simpletype=no)

Part 2:泊车能力的评价指标

从Part 1的基本原理中,不难看出,自动泊车主要分为两个环节:识别车位和泊入车位。因此,我们的评价指标也主要围绕着这两个环节。另外,我们也会考虑泊出车位和APA的人机交互评价。

2.1 识别车位的评价指标

对于识别车位来说,最重要的是考察系统可以识别出来的车位类型,以及识别的准确程度、可靠程度。

车位的类型有很多,并且涉及到的车位元素也很多,比如场地类型、地面材质、车位方向、标线特征、参照物特征等等,几乎无法穷举。我们整理了车位涉及到的主要元素,并分析归类,从而形成一套系统化的车位描述方法,进而形成通用化的泊车场景库。

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△表1 泊车场景-车位的元素及类别

注:

①无标线车位,即没有停车线,通过前后或左右的物体,形成的可停车空间,又称空间车位。

②机动车和非机动车,如果是长时间处于静止状态,则归类于静态障碍物,如停放在车位上的其他车辆;如果是移动状态,则归类于动态障碍物。表1中为了体现行人、动物、非机动车、机动车的可移动特性,所以把这几类物体作为动态障碍物来分类。

表1中的各种元素,可以排列组合成多种多样的停车位,形成系统化、完整化的泊车场景库。

在真实的泊车场景中,我们通常遇到的停车位,大部分都是标准、统一化的常见停车位。这里用图示的形式,说明常见的几种停车位,这些停车位可以覆盖90%以上的泊车场景。本次我们的实车测评,也将针对常见的停车位展开。

(1)垂直-标线车位

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△图4 垂直-标线车位示意图

(2)水平-标线车位

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△图5 水平-标线车位示意图

(3)垂直-空间车位

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△图6 垂直-空间车位示意图

(4)水平-空间车位

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△图7 水平-空间车位示意图

2.2 泊入车位的评价指标

泊入车位的过程,考察的是系统规划泊车轨迹的能力,以及控制车辆按计算出的泊车轨迹准确行驶的能力。我们将从泊车的成功率、用时等客观层面,以及平稳性、舒适性等主观层面,来综合评价泊入车位的表现。

表2所示的是泊入车位的主要评价指标,其中一些评价指标,还可以再细分,我们将在具体的实车测评中介绍。

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△表2 泊入车位的评价指标

(1)泊入车位的成功率,是评价APA系统泊车能力的最重要指标,成功率高的产品,其泊车能力自然更强。我们将通过多次地重复泊车过程,得出具有统计意义的泊车成功率数据。

(2)泊车车速,是指泊车过程中,车辆稳定行驶的车速。泊车车速可以反映泊车过程的舒适性和泊车效率,合适的车速可以保证泊车过程高效且平稳。

(3)泊车用时,是泊车效率的最直接体现。用时越短,泊车效率越高。

(4)揉库次数,是指在泊车过程中,档位在D档和R档之间切换的次数;揉库次数反映了系统规划泊车轨迹的能力,一般情况下,揉库次数与泊车用时正相关,揉库次数越少,泊车用时越短,说明系统规划的泊车轨迹越合理。

(5)泊车过程的流畅度,是用户可以直观感受到的泊车过程的流畅程度。优秀的APA系统应该做到,泊车过程的横纵向运动协调统一,无明显停顿和卡滞,无原地转方向盘等现象。

(6)泊车过程的舒适度,是用户可以直观感受到的、泊车过程的平稳与舒适程度。泊车过程中,车辆横向运动的稳定性、加速与减速的轻重缓急等,都直接影响用户体验的舒适度。

(7)泊车完成后的车辆位姿,是指泊车完成后,车辆相对停车位的位置和姿态,主要是与车位边界的距离,以及相对角度等。

泊出车位的过程,是车辆从停车位上,自动驶出车位的过程,是泊入车位的反向过程。

2.3 泊出车位的评价指标

当前的量产APA产品中,并非所有产品都具有泊出车位的功能(因为使用场景并不多,这个功能实际上比较鸡肋);并且,泊出车位的轨迹规划比较简单,泊出过程短暂,因此我们将只对泊出后的车辆位姿做出评价,不仔细考察泊出的过程。

2.4 人机交互的评价指标

在任何场景下,车辆的行驶都是“人-车-环境”的动态闭环过程,因此对于APA来说,除了2.1~2.3中的车与环境交互的评价维度外,我们同样要考虑人与车的交互,即人机交互的内容。

人机交互的具体评价指标,与APA的各个过程紧密相关,我们在测评识别车位、泊入车位和泊出车位的同时,同步关注相关的人机交互表现。

人机交互主要从系统的显示、对用户的提示等内容,以及用户对系统的操作方式等内容,这两个层面来评价。

Part 3:实车测评的结果

本次测评,我们选取了三款主流车型的APA产品,分别是特斯拉Model 3、小鹏P7和蔚来ET7,其软件均已升级到最新。

我们按照Part 2中的APA产品评价指标,对这三款产品,展开具体的实车测评。

3.1 车型配置

三款车型的具体车型配置,以及智能驾驶相关的硬件参数,请看表3。可以看出, 特斯拉没有环视摄像头,因此其自动泊车功能,依赖12颗超声波雷达实现;小鹏P7和蔚来ET7则都是通过4颗环视摄像头+12颗超声波雷达融合的方式,实现自动泊车。

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△表3 测评车型的配置参数

3.2 识别车位的测评结果

在2.1章节中,我们已经整理了系统化的泊车场景,以及常见的车位类型。实车测评时,我们首先针对车位的各类元素,让APA系统尝试识别各种各样的车位,记录其能够识别出的车位元素类型;然后针对常见的车位,记录不同APA产品识别车位的准确率等参数,考察其识别车位的准确性。

(1)可识别的车位元素。

受限于实际的场地条件,我们无法对2.1章节中提到的所有车位元素都进行实测。因此,我们测评了这三款产品对大部分车位元素的识别效果,如表4所示。

表4中,打√表示系统可以识别该元素类别,打×表示不可以识别带有该元素的车位,标注—则表示实测中未遇到带有该元素的车位。

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△表4 不同产品对车位元素的识别能力

从表4的实测记录中,我们可以得出以下结论:

停车场地的类型,不是车位识别能力的限制条件,在光照充足的环境下,无论停车场类型是露天停车场、路边停车位、地下停车库还是停车楼,参与测试的三款车型的APA系统都可以识别出车位。

停车场地的地面材质,也不是车位识别能力的限制条件,对于常规的水泥地、地坪漆、塑胶、地砖等材质的场地,三款产品都可以识别出车位。

基本的垂直车位和水平车位,三款产品都可以识别并区分。

常规的单层实线停车位,小鹏P7和蔚来ET7都可以识别出来,但特斯拉Model 3无法识别车位线,因此识别不出对应的停车位。

小鹏和蔚来识别车位线时,车位线的颜色对识别能力没有影响;但是,U型的标线车位,即开口的车位,目前不能作出识别。我们初步判断,这是因为U型车位的前端没有任何线段,而这部分线段恰好是目前视觉语义识别的重要特征,不可或缺。

对于没有标线的车位,APA通过超声波来探测可停车空间,三款产品对于车-车形成的车位和车-障碍物形成的车位,都可以识别出。我们推测,应该也可以识别出障碍物-障碍物形成的车位。

三款产品都不能识别车位上的任何字符,说明三款产品都没有做字符检测的算法。因此,系统不会对某些特殊车位做出特别处理。

对立柱、标志牌、雪糕筒、地锁、墙体、绿化带等停车场常见的静态障碍物,以及机动车、非机动车、行人等动态障碍物,三款产品都可以识别;但对部分静态障碍物,三款产品会以其他元素替代显示,如小鹏P7就是用车辆模型来代替地锁,在中控屏上显示车位的不可用性。

以上,是对三款产品可以识别出的泊车场景元素的测评结果,结果显示:小鹏P7和蔚来ET7可以识别出的场景元素基本一致,特斯拉不能识别标线车位,但是可以通过超声波雷达,探测出无标线的停车空间。

下面,我们选取常见的车位类型,考察这三款产品识别车位的准确性。

(2)识别车位的准确性。

识别车位的准确性,反映了APA功能识别车位的精准度和可靠程度,以及受环境影响的程度,对量产的APA产品具有十分重要的意义。

在日常的泊车场景中,垂直-标线车位和水平-标线车位是最常见的车位类型,因此,我们针对这2种车位,测试Model 3、P7和ET7这三款车的自动泊车产品识别车位的准确性。(空间车位也是常见的车位类型,但由于空间车位是由周边物体形成的区域,其尺寸、方位等都不可控,随机性较大,因此难以统计空间车位识别的准确性,我们本次就不做测评了。)

其中,垂直-标线车位的测评在地下停车库进行,我们对全封闭、半封闭和角点标线的车位都进行了测试;水平-标线车位的测评在某园区内的路边停车位进行,只测试了全封闭的标线车位。

具体的测试方法与步骤如下:

(a)进入停车区域后,控制车辆以车速低于10kph行驶,同时在中控屏的HMI界面中,打开自动泊车APA;

(b)APA开启后,控制车速从10kph开始,以1kph为步长,在不同的车速下行驶,直至因速度超出阈值而退出车位识别,记录此时的车速阈值;

(c)保持车速为10kph,重新进入车位识别,控制车辆连续经过若干车位(垂直-标线车位200个,水平-标线车位50个),记录此过程中系统识别出的车位数,以及漏识别和误识别的车位数;同时记录对车位占用情况的识别效果;

(d)整理分析c步骤中的各项分析,分别得出三款APA产品识别车位的准确性统计结果。

识别车位的准确性的测评结果如表5所示。可以看出:

对车速的要求:特斯拉Model 3和小鹏P7可以使用自动泊车寻找车位的车速上限均为24kph,即当车速达到25kph时,会退出识别车位的状态;蔚来ET7可以使用自动泊车寻找车位的车速上限则为21kph,即当车速达到22kph时,退出车位识别。按照通常的工程开发习惯,我们猜测:特斯拉和小鹏是按车速25kph作为阈值来开发的;蔚来是按车速20kph作为阈值来开发的,但为了规避车速的超调引起的状态跳变,因此显示给用户的车速上限是24kph和21kph。

垂直-标线车位的识别准确性:特斯拉Model 3无法检测车位线,因此不能识别标线车位;小鹏P7共识别出196个车位,漏识别4个,没有误识别(把非车位识别成车位)的现象;蔚来ET7识别出全部的200个车位,没有漏识别和误识别。

水平-标线车位的识别方面:特斯拉Model 3依然无法识别;小鹏P7和蔚来ET7都识别出了全部的50个车位,没有漏识别和误识别。但由于水平-标线车位的样本量小,所以结果的统计意义不是很高,结果仅供参考。

另外,小鹏P7和蔚来ET7都可以准确地识别出车位被占用的情况,即车位上有其他车辆,或地锁、锥桶等常见障碍物的情况,准确率达100%。

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△表5 不同产品识别车位的准确性

可见,小鹏P7和蔚来ET7识别车位的准确率高,甚至可以达到100%,说明其APA识别车位的性能稳定可靠,效果较好。而特斯拉无法依据车位线识别车位,只能识别出空间车位,此项无法作出评价。

3.3 泊入车位的测评结果

在2.2章节中,我们已经初步整理了泊入车位能力的评价指标。在实车测评中,我们可以把一部分评价指标进一步细化,然后根据这些评价指标,逐一测评三款APA产品的泊入车位能力。

考虑到车位尺寸的标准化,我们需要在常规的标线车位中测评,又考虑到特斯拉只能识别空间车位而无法识别车位线,因此我们选取左右两边都有车的垂直-标线车位,和前后都有车的水平-标线车位,分别测评。其中垂直车位的测评在地下停车库进行,水平车位的测评在园区内地面停车场进行。

具体的测试方法与步骤如下:

(a)提前选定某一特定车位,作为测试车位,该车位必须是标准的标线车位,两侧有车(垂直车位)或前后有车(水平车位),并且有足够的泊车空间;

(b)开启APA,待系统识别到该车位后,选中车位并按系统的提示操作,然后系统开始控制车辆自动泊车;

(c)除了遇到突发状况如有障碍物闯入外,其余情况下,全程不干预车辆,直至系统提示泊车完成,或提示用户接管;

(d)记录泊车过程中的车速、用时、揉库次数等客观数据;

(e)记录泊车过程中,系统对车辆的横向控制和纵向控制表现,如方向盘转动的幅度、速度,以及制动是否急促等,并记录横纵向综合控制的协调性与流畅性;

(f)重复b~e过程,统计得出三款APA产品泊入车位的成功率,以及每次泊入时的系统表现,其中垂直车位和水平车位各重复测试50次。

图8是我们选定的测试车位示意图。

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△图8 泊入能力测评车位示意图

表6是泊入车位能力的测评结果。可以看出:

在泊入车位的成功率方面,三款产品并无太大差别,特斯拉Model 3比小鹏P7和蔚来ET7略低,但也超过90%;也就是说,在50次泊入车位的测试中,至少成功45次,仅有少数几次提示无法完成,需要用户接管。

另外,对于垂直车位和水平车位来说,三款产品泊入的成功率基本没有差别。但是,考虑到蔚来ET7的车辆尺寸(长、宽、轴距)比特斯拉Model 3和小鹏P7大一个级别以上,我们认为蔚来ET7能取得超过90%的泊入成功率非常难得。

泊入车位过程中的车速方面,三款产品是一样的, 都保持2kph的车速行驶,这也是车上的驾乘人员感觉比较舒适的车速。

在50次的垂直车位泊入测试中,三款产品的平均用时都在40~50秒之间,这与正常的人工泊入用时相差不大,说明APA系统应对垂直车位时,已经基本达到了人工泊车的水平。其中小鹏P7平均用时最短,蔚来ET7平均用时最长,两者相差8.8秒,但考虑到ET7的尺寸,我们认为这个差距是可以接受的。特斯拉Model 3的尺寸小于小鹏P7,但泊车用时却比P7多了6.8秒,其表现是不如小鹏P7的。

在50次的水平车位泊入测试中,三款产品的平均用时都在40秒左右,比通常的人工侧方位停车用时要短,可见APA在水平车位的泊入表现,要优于人工泊车。三款产品的平均用时长短顺序,与垂直车位的测试结果一样,但相差不太大。

前面2.2章节中提到,揉库次数与泊车用时正相关,实际的测试结果也验证了这一点:三款产品的平均揉库次数,其排序与平均用时的排序一致。实车测试中,最少的揉库次数是1次,最多揉库4次。

在泊入过程的流畅度方面,这三款产品的总体体验都很一般,最大的问题是原地转方向盘,以及泊车过程中存在多次停车调整方向的情况。这给我们的感觉是“过于机械化,不够聪明,对车辆的横纵向综合控制不协调,像是一位科目二的学员,而不像老司机”。并且,原地转方向盘对转向系统部件也有一定的损害。

在用户的舒适度方面,三款产品的体验也一般。虽然纵向的加速和减速都很平稳,但横向的平稳性较差——具体表现为方向盘转动速度过快,幅度过大,非常“猛”,不够“丝滑”。

泊入车位完成后,三款APA产品都能达到比较好的车身位置与姿态,居中度高,与左右或前后车辆的距离适中,并且车身与车位朝向的角度一致,无明显夹角和偏差。

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△表6 不同产品泊入车位的能力

综合表6中各项指标的测评结果,我们可以得出以下结论:蔚来ET7泊入车位的能力最强,小鹏P7次之,特斯拉Model 3最弱,但三者的差距不太大,基本都能达到人工泊入车位的水平。

3.4 泊出车位的测评结果

泊出车位的功能,目前并不是所有APA产品都具备,本次测评的三款车型,只有小鹏P7有泊出车位的功能,因此我们不作对比,只考察小鹏P7泊出车位的表现:

(1)必须是使用APA自动泊入车位后下电,再重新上电后,才能使用自动泊出功能;如果是人工泊入到车位,则无法使用自动泊出。

(2)对于垂直车位,系统只将车身泊出一半,即完成自动泊出,车辆交由用户接管。

(3)对于水平车位,系统将车身泊出至与前方车辆平齐的位置,即完成自动泊出。

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△图9 自动泊出车位的完成效果

可见,自动泊出车位的功能,其使用的条件苛刻 ,并且垂直车位的泊出效果也不理想,因此使用率不高。对于大部分车位来说,用户完全可以快速人工泊出。

3.5 人机交互的测评结果

APA的人机交互,我们主要从功能的开启方式、界面的显示内容与效果、语音提示的效果等3个方面来评价。

(1)APA的开启方式。

特斯拉Model 3:没有单独的APA功能开关,当车速低于24kph行驶时,就自动实时检测停车位。

小鹏P7:中控屏有APA图标,通过点击图标开启APA功能,开始识别车位;也可以通过语音唤醒APA功能:“你好小P,自动泊车”。

蔚来ET7:与小鹏P7一样,通过中控屏的APA图标开启功能;或语音唤醒APA功能:“Hi NOMI,我要泊车”。

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小鹏P7 

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蔚来ET7

△图10 自动泊车功能图标

(2)识别车位时HMI的显示。

识别车位时,三款产品都会实时显示车辆周边的车位情况,但具体的显示内容和显示效果有所区别。

特斯拉Model 3:不能显示车位线,只显示可以停车的区域,以及停车区域周边的其他车辆或障碍物;停车区域用P标注。

小鹏P7:显示检测到的车位线以及其他车辆或障碍物,最多能同时显示6个可用车位,并会以数字的形式给这些车位编号。但是,车位的编号并不能被记忆,当车辆移动导致可用车位发生变化时,系统又会重新编号,打乱原先的编号,因此用户无法准确判断HMI显示的车位与实际车位的对应关系,体验较差。

蔚来ET7:显示检测到的车位线以及其他车辆或障碍物,最多能同时显示8个可用车位,并同样会以数字的形式给这些车位编号。但蔚来ET7也同样存在车位编号不能记忆的问题。

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特斯拉Model3     

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 小鹏P7

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蔚来ET7

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蔚来ET7

△图11 识别车位时HMI的显示效果

(3)泊入车位时HMI的显示。

泊入车位时,三款产品都会实时显示车辆泊入过程中,摄像头探测到的周围环境,并在渲染的模型中,显示目标车位和车辆行驶的信息,但具体的显示内容与效果并不相同。

特斯拉Model 3:显示自车即将泊入的车位,但在渲染的模型中不显示车位周围的物体。

小鹏P7:显示自车即将泊入的车位,车位周围的车辆与障碍物;自车的模型中会显示当前车辆的行驶方向。

蔚来ET7:显示自车即将泊入的车位,在渲染的模型中不显示车位周围的物体;在渲染的模型中,显示车辆即将继续行驶的距离,体验很好,用户可以对车辆的下一步动作提前知晓,增加可控感;同时,在环视摄像头形成的俯视图中,蔚来ET7的车体上方会显示当前的档位,告知用户当前处于前进或是后退状态,即D档或是R档。

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特斯拉Model 3

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小鹏P7

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蔚来ET7

△图12 泊入车位时HMI的显示效果

(4)语音提示。

语音提示可以通过声音播报的方式,告知用户当前系统的状态,以及用户需要执行的操作,是提升功能使用体验的一项重要内容。

特斯拉没有任何语音提示,小鹏和蔚来都有语音提示,在识别车位和泊车过程中,告知用户当前自动泊车系统的状态,如泊车开始、泊车完成等。

我们从流畅度、准确度和及时程度这3个方面来主观评价语音提示的效果,结果如表7所示。小鹏和蔚来的语音提示流畅且准确,但蔚来语音提示的实时度差,经常在车辆开始移动后1~2s,才发出语音提示。也就是说,蔚来ET7的语音提示内容经常是1~2s前的状态,而小鹏P7则没有这个问题。

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△表7 不同产品的语音提示效果

Part 4:结论

本文从自动泊车的基本原理出发,整理出泊车的场景基本元素和通用化场景库,并提出自动泊车产品的重点评价指标;基于这些评价指标,我们对三款主流的新势力车型的自动泊车产品展开测评,从识别车位、泊入车位、泊出车位、人机交互等几个方面,综合考察三款APA产品的表现。

从我们的测评结果可以看出,蔚来ET7和小鹏P7的自动泊车能力不相上下,考虑到车身尺寸的因素,可以认为蔚来ET7略胜一筹;特斯拉的自动泊车能力则不如蔚来和小鹏。

这样的测评结果,与三款车型的硬件配置也是正相关的:蔚来ET7的超强算力,远大于小鹏P7的30TOPS算力,因此略胜一筹也无可厚非;而特斯拉缺少环视摄像头,仅靠12颗超声波雷达,其效果当然不及蔚来和小鹏的环视与超声波融合方案。不过,我们仍然可以看出,小鹏仅靠30TOPS的算力,就可以在泊车方面和蔚来的1016TOPS算力相媲美,可见小鹏的APA软件和算法水平是非常高的,对算力的使用也很合理。

本次测评,由于场地和时间的限制,我们只对常见的泊车场景进行了重点测评,仍存在一定的局限性,所以结果仅供参考。后续在条件允许的情况下,可以扩展更多的场景元素,去考察APA识别车位的能力;也可以用更多的泊车次数,如1000次甚至更多,去考察APA泊入车位的能力。

本次测评相关的原始数据均有存档,如有感兴趣的同行,欢迎随时交流。

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