汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)層級(jí)定義詳解

CES2017正在美國拉斯維加斯舉行，自動(dòng)駕駛技術(shù)無疑成為了各大汽車和科技巨頭爭先搶奪的焦點(diǎn)。關(guān)于自動(dòng)駕駛你了解多少？本文將詳解不同分級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)的意義。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要進(jìn)行分級(jí)，從細(xì)節(jié)上去考慮，目前美國已形成了統(tǒng)一，以SAE International關(guān)于自動(dòng)化層級(jí)的定義為準(zhǔn)，如下：

L0 ：駕駛員完全掌控車輛；

L1 ：自動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)能夠輔助駕駛員完成某些駕駛?cè)蝿?wù)；

L2 ：自動(dòng)系統(tǒng)能夠完成某些駕駛?cè)蝿?wù)，但駕駛員需要監(jiān)控駕駛環(huán)境，完成剩余部分，同時(shí)保證出現(xiàn)問題，隨時(shí)進(jìn)行接管。在這個(gè)層級(jí)，自動(dòng)系統(tǒng)的錯(cuò)誤感知和判斷有駕駛員隨時(shí)糾正，大多數(shù)車企都能提供這個(gè)系統(tǒng)。L2可以通過速度和環(huán)境分割成不同的使用場景，如環(huán)路低速堵車、高速路上的快速行車和駕駛員在車內(nèi)的自動(dòng)泊車；

L3 ：自動(dòng)系統(tǒng)既能完成某些駕駛?cè)蝿?wù)，也能在某些情況下監(jiān)控駕駛環(huán)境，但駕駛員必須準(zhǔn)備好重新取得駕駛控制權(quán)（自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)）。所以在該層級(jí)下，駕駛者仍無法進(jìn)行睡覺或者深度的休息。在L2完成以后，車企的研究領(lǐng)域是從這里延伸的。由于L3的特殊性，目前看到比較有意義的部署是在高速L2上面做升級(jí)；

L4 ：自動(dòng)系統(tǒng)在某些環(huán)境和特定條件下，能夠完成駕駛?cè)蝿?wù)并監(jiān)控駕駛環(huán)境；L4的部署，目前來看多數(shù)是基于城市的使用，可以是全自動(dòng)的代客泊車，也可以是直接結(jié)合打車服務(wù)來做。這個(gè)階段下，在自動(dòng)駕駛可以運(yùn)行的范圍內(nèi)，駕駛相關(guān)的所有任務(wù)和駕乘人已經(jīng)沒關(guān)系了，感知外界責(zé)任全在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這里就存在著不同的設(shè)計(jì)和部署思路了；

L5 ：自動(dòng)系統(tǒng)在所有條件下都能完成的所有駕駛?cè)蝿?wù)。

我們所說的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，通常是在3～5層級(jí)，隨著層級(jí)的提高，對(duì)系統(tǒng)的要求也隨之提高。由于目前自動(dòng)駕駛的分級(jí)，特別是L3和L4處在還沒有大規(guī)模應(yīng)用在實(shí)際生活之中，我們對(duì)待這個(gè)需求就存在著一些認(rèn)知上的爭議。

分類方法：以DDT、DDT的任務(wù)支援和設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍來區(qū)分；

動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)（DDT）：是指在道路上駕駛車輛需要做的操作和決策類的行為；

車輛執(zhí)行：包括通過方向盤來對(duì)車輛進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)操作 、通過加速和減速來控制車輛；

感知和判斷（OEDR）：對(duì)車輛縱向運(yùn)動(dòng)方向操作、通過對(duì)物體和事件檢測、認(rèn)知?dú)w類和后續(xù)響應(yīng)，達(dá)到對(duì)車輛周圍環(huán)境的監(jiān)測和執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作、車輛運(yùn)動(dòng)的計(jì)劃還有對(duì)外信息的傳遞。

動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)支援（DDT Fallback）：自動(dòng)駕駛在設(shè)計(jì)時(shí)候，需要考慮系統(tǒng)性的失效（導(dǎo)致系統(tǒng)不工作的故障）發(fā)生或者出現(xiàn)超過系統(tǒng)原有的運(yùn)行設(shè)計(jì)范圍之外的情況，當(dāng)這兩者發(fā)生的時(shí)候，需給出最小化風(fēng)險(xiǎn)的解決路徑。

設(shè)計(jì)運(yùn)行范圍（ODD）就是一組參數(shù)，把我們知道的天氣環(huán)境、道路情況（直路、彎路的半徑）、車速、車流量等信息作出測定，以確保系統(tǒng)的能力在安全的環(huán)境之內(nèi)。

圖1 設(shè)計(jì)適用范圍的對(duì)比

L2 組合駕駛

駕駛員和汽車來分享控制權(quán)，系統(tǒng)同時(shí)具有縱向和側(cè)向的自動(dòng)控制，且具備兩項(xiàng)以上。在整個(gè)開啟的過程中，駕駛員可以不操作方向盤、油門和剎車（放棄主要控制權(quán)），但需要觀察周圍情況，并提供安全操 作 。

駕駛員必須隨時(shí)待命，在系統(tǒng)退出和系統(tǒng)出錯(cuò)的情況下隨時(shí)接上。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)：我們從控制和感知進(jìn)行分解

對(duì)執(zhí)行器的要求可以看出來，是需要對(duì)縱向的動(dòng)力總成和剎車系統(tǒng)，橫向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行融合控制。

圖2 L2的工作方式

解析L2的感知需求，是需要把整個(gè)場景考慮清楚

低速自動(dòng)泊車場景：感知車位、行人、車輛

低速環(huán)路堵車輔助場景：識(shí)別車輛、摩托車、車道線

高速封閉道路場景：識(shí)別車輛、車道線

我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中看到的L2系統(tǒng)，既有單個(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)的TJA，也有很多差異化設(shè)計(jì)。這里由于有著駕駛員隨時(shí)監(jiān)控環(huán)境這條要求區(qū)分，車企可以選擇做得少也可以選擇做的多一些，因?yàn)椴还苁歉兄€是駕駛決策，完全依照車企對(duì)L2自動(dòng)駕駛的需求不同來調(diào)整。

既有拿一個(gè)LRR、5個(gè)SRR、2個(gè)Camera來做的，也有拿單攝像頭來進(jìn)行處理的低成本方案。

既可以僅靠車道識(shí)別來進(jìn)行車輛居中保持，也可以依靠高精度定位和高速道路地圖來實(shí)現(xiàn)車道的匹配和居中，提高橫向控制特性。

這里的核心區(qū)別，就是對(duì)以下的內(nèi)容進(jìn)行限制：

對(duì)不同的道路、基礎(chǔ)設(shè)施的可容忍性

車速的運(yùn)行范圍

對(duì)感知錯(cuò)誤（誤識(shí)別率）的容忍性

對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在不同流量環(huán)境下的改進(jìn)可行性，往L3進(jìn)化可能性

對(duì)車主的使用的判研以評(píng)估綜合風(fēng)險(xiǎn)性

我們?cè)诎堰@些拿出來討論的時(shí)候，其實(shí)是可以考慮做一份工程的規(guī)范，然后根據(jù)各個(gè)車企的配置情況來進(jìn)行測試和對(duì)標(biāo)的。所以總的來說，這個(gè)L2是所有車企在積累和提高特性的必爭之地。

L3 有限度的自動(dòng)駕駛

在某些環(huán)境允許的條件下，駕駛員可以完全放棄操控，交給自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行操控。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，是不能完全自主進(jìn)入安全狀態(tài)的，需要駕駛?cè)藛T來接管，但這個(gè)時(shí)間一般較短。雖然這個(gè)看上去不大實(shí)用，但是確實(shí)是德國三家豪車企業(yè)目前在自身系統(tǒng)演進(jìn)過程中比較看重的點(diǎn)。這些發(fā)表的研究性的配置，都是基于L2的演進(jìn)來考慮的。

沒了駕駛員的確認(rèn)，整個(gè)感知的要求高了很多：

準(zhǔn)確度要求高了，不能出錯(cuò)，這里一定有融合對(duì)比；

感知范圍距離要求高了，需要給自動(dòng)駕駛決策時(shí)間；

對(duì)環(huán)境耐受性要求高，突然下冰雹和暴雨也需要時(shí)間來切換；

即使系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候，整個(gè)轉(zhuǎn)換的退出還需要時(shí)間；

感知系統(tǒng)要有冗余性要求，既有融合情況，也有單個(gè)感知單元失效診斷之后fail-operational的要求，也要獨(dú)立能運(yùn)行。

圖3 L3的系統(tǒng)情況

因?yàn)長3沒有進(jìn)入產(chǎn)品化，所以這些研究階段的配置可能會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整，可以看出，L3階段是之前L2頂級(jí)配置性能上面再進(jìn)行演化。由于在運(yùn)行中失去了駕駛員的監(jiān)控，任何運(yùn)行中的感知錯(cuò)誤都是不能接受的（沒看到車就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤決策，就會(huì)出現(xiàn)問題）。

L4 全自動(dòng)駕駛

在福特明確提出要做L4的自動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛服務(wù)之前，沒有哪個(gè)車企這么敢來做，因?yàn)檫@里一旦啟動(dòng)，已經(jīng)對(duì)駕駛者沒有要求。在之前看到的更多的，還是基于機(jī)場小型低速擺渡車、市區(qū)低速巴士之類的有限制的運(yùn)行。

系統(tǒng)100%負(fù)責(zé)感知的準(zhǔn)確性

系統(tǒng)100%要在設(shè)定的范圍內(nèi)完成所有駕駛員要做的事情，沒有后備

系統(tǒng)在自身出問題和外界環(huán)境變化的時(shí)候，要考慮冗余的策略，保證車內(nèi)和車外安全

自身感知、處理和執(zhí)行段的所有故障診斷

自身感知、處理和執(zhí)行段的Fail-Operational

圖4 L4的運(yùn)行情況

現(xiàn)階段，L4的設(shè)計(jì)考慮還配置個(gè)安全駕駛員，這里的情況比較微妙，先做性能，再做冗余，下個(gè)階段就完全考慮實(shí)現(xiàn)L4，到了這里就不打折扣了。

本文摘自汽車工程師朱玉龍文章