如何設計一個具有最低安全和性能要求的L3自動駕駛系統(tǒng)呢？

?在自動駕駛領域，提起L3，特別容易讓人扼腕嘆息。

2017年7月，奧迪開汽車行業(yè)之先河，推出了全球首個搭載L3自動駕駛系統(tǒng)的量產車型——奧迪A8，并計劃于2017年底全球上市。

2020年4月，距離奧迪推出L3自動駕駛系統(tǒng)足足過了33個月，我們沒有等來奧迪A8的“如來神掌”，卻等來其管理層宣布放棄為新一代A8搭載L3自動駕駛系統(tǒng)的決定。也是在這個時間點，L3自動駕駛系統(tǒng)開始被唱衰，跳過L3研發(fā)L4自動駕駛系統(tǒng)成為當時的一股潮流。

2020年6月，距離奧迪放棄L3自動駕駛系統(tǒng)不到2個月，聯合國歐洲經濟委員會（United Nations Economic Commission for Europe，UNECE）通過并頒布了UNR157法令，這也是國際上第一個對L3自動駕駛系統(tǒng)具有約束力的法規(guī)。

2021年11月，奔馳L3自動駕駛系統(tǒng)DRIVE PILOT通過了德國聯邦機動車運輸管理局（Kraftfahrt-Bundesamt，KBA）嚴格的技術條例審批，也使其成為全球首個獲得UNR157認證的汽車企業(yè)。

2022年5月，DRIVE PILOT先是在德國進行商用，2023年1月，又獲批在美國內達華洲獲批商用，近日又有媒體報道即將進入中國。??

我不知道奧迪的管理層是怎么想的，但我知道奧迪的銷售顯然是詞窮了。2023年3月份的一個周六，我閑著無聊，就溜達進了奧迪的4S店。和銷售一番寒暄后，我故作糾結狀問銷售：之前也看了蔚來，現在不知道怎么選。銷售略作遲疑之后，底氣十足的說到：奧迪的核心技術還是三大件……。? ??

說得都對，也很有道理，但總覺得這樣的話術已經很難吸引到我這樣一棵老韭菜，可能還是我太窮，無法靜下心來欣賞看到奧迪發(fā)射的光芒。??

閑話少敘、言歸正傳，本文通過淺淺的解讀UNR157這份法規(guī)，來看一下如何設計一個具有最低安全和性能要求的L3自動駕駛系統(tǒng)。? ? ??

01 基本介紹

UNR157法規(guī)的全稱為《Proposal for a new UN Regulation on uniform provisions concerning the approval of vehicles with regards to Automated Lane Keeping System》，從其全稱也可以看出來，定義的這個自動駕駛系統(tǒng)叫自動車道保持系統(tǒng)（Automated Lane Keeping Systems，ALKS），2021年1月1日已經生效，主要適用于高速公路低速或擁堵場景。? ??

2022年6月，UNECE批準了該法規(guī)的修正案，修正案中將ALKS最大運行速度由60km/h增加到130km/h，并加入變道過程，這份法規(guī)的適用場景也由低速、擁堵場景拓展到高速公路點到點自動駕駛全場景。修正后的法規(guī)已于2023年1月在適用它的締約方中生效，主要包括英國、日本、韓國、澳大利亞、美國等。

注：通過老版UNR157認證的奔馳DRIVE PILOT支持的最高車速就是60km/h，實現的就是行業(yè)內更常說的L3交通擁堵輔助（Traffic Jam Assistant，TJA）功能。 本文首先對最新修訂的法規(guī)內容進行介紹。??

ALKS的工作流程如圖1所示，ALKS被激活后，將執(zhí)行全部的動態(tài)駕駛任務，此過程無需駕駛員的進一步輸入，但是在檢測到系統(tǒng)故障、碰撞風險、超出ODD等非嚴重的ALKS故障或車輛故障，需要請求駕駛員接管，當駕駛員接管后且車輛具備繼續(xù)人工駕駛的能力，則變成有人駕駛，如果長時間無人接管或駕駛員接管后但車輛不具備繼續(xù)人工駕駛的能力，將執(zhí)行最小風險策略，并最終使車輛達到最小風險狀態(tài)。



圖1 ALKS工作流程

但在嚴重的ALKS故障或車輛故障發(fā)生時，已經來不及讓駕駛員接管，直接執(zhí)行最小風險策略從達到最小風險狀態(tài)。 注：? ? ?

【1】最小風險策略（Minimal Risk Maneuver，MRM）：系統(tǒng)無法繼續(xù)執(zhí)行動態(tài)駕駛任務時，采取的使車輛達到最小風險狀態(tài)的措施（本車道停車、靠邊停車等）。?

【2】最小風險狀態(tài)（Minimal Risk Condition，MRC）：系統(tǒng)執(zhí)行最小風險策略或駕駛員接管后使車輛達到穩(wěn)定的靜止狀態(tài)。? ?

02 動態(tài)駕駛任務

先來回顧一下SAE J3016中關于動態(tài)駕駛任務（Dynamic Driving Task，DDT）的定義，主要包括如下五個子任務：?

（1）車輛縱向運動控制； （2）車輛橫向運動控制； （3）目標和事件的探測與響應； （4）駕駛決策； （5）車輛照明及信號裝置控制。

UNR157在動態(tài)駕駛任務章節(jié)主要介紹了前兩個部分，用單獨一章節(jié)介紹第三部分，第四部分未有涉及，第五部分分散在各章節(jié)。

對前兩個DDT子任務的整體要求可歸納為如下三個方面：

（1）保證車輛可以在車道內穩(wěn)定行駛（包括縱向和橫向），不應出現畫龍、壓線等不穩(wěn)定行駛行為，以免對其他道路使用者產生干擾或危害，且系統(tǒng)被短暫干擾后具有恢復本車道穩(wěn)定行駛的能力。

（2）在感知能力足夠支持變道的的情況下，允許在變道場景滿足的時候執(zhí)行變道，變道場景包括：

（a）常規(guī)變道場景，包括正常行駛階段變道（超車變道、入匝道變道、出匝道變道、道路變窄變道等）和執(zhí)行最小風險策略階段變道（靠邊停車等）；??

（b）緊急變道場景，主要指緊急碰撞風險下的壓線變道；? ??

（c）為執(zhí)行特殊任務（救援、執(zhí)法等）的車輛讓道場景。具體需要為何種車輛讓道，一方面可以參考當地法律法規(guī)、另一方面可以基于道路常識判斷。當執(zhí)行特殊任務車輛通過后，ALKS需要控制車輛立即回到原來車道恢復車道保持行駛。? ??

（d）為躲避前方障礙物而進行的避障變道場景。避障變道過程中為了保證安全，一方面需要與道路邊界、其他車輛以及道路使用者保持安全的橫向和縱向距離，另一方面除道路曲率產生的橫向加速度外，ALKS產生的橫向加速度需要控制在1m/s2以內。且在ALKS車輛左前輪越過車道線大于1m時，還需要對目標車道是否滿足進行進行評估，詳見下文。?

（3）相鄰車道上車輛有妨礙ALKS車輛行駛安全的行為時，比如是一輛大車或向ALKS車輛所在車道側偏離，ALKS車輛可在本車道內適當調整自身速度或橫向距離來保證行駛安全。?

? 為實現上述要求，UNR157主要從縱向速度控制、橫向變道過程對ALKS做了詳細要求。

一、縱向速度控制? ??

UNR157規(guī)定ALKS可運行的最高車速為130km/h，廠商需要基于自身傳感器的前向探測能力來定義自己所設計系統(tǒng)最高可運行車速。但要注意的是，只有在最小風險策略中支持變道功能的ALKS，最高可運行車速才允許被設計為大于60km/h。

ALKS激活后，一方面需要基于道路、環(huán)境等狀況實時調整車輛行駛速度，比如不同曲率半徑彎道的行駛速度要求就不一樣、惡劣天氣和晴朗天氣下的行駛速度要求也不同；另一方面需要通過實時調整車速來與前車保持安全的跟車距離，從而避免潛在的碰撞發(fā)生。

ALKS激活后，當車輛速度大于等于2km/h小于等于60km/h時，需要通過控制車速來保證與前車的距離不小于最小跟車距離dmin。最小跟車距離計算公式為dmin= VALKS*tfront，其中，VALKS為ALKS車輛當前行駛速度，tfront為最小跟車時距，值參見表1。未在表中列出的值，可以通過線性插值法確定。

表1 ALKS車輛（2km/h < VALKS < 60km/h）最小跟車距離要求



ALKS激活后，當車輛速度大于0小于2km/h時，對于M1/N1類型車輛，最小跟車距離不得小于2m，對于M2/M3/N2/N3類型車輛，最小跟車距離不得小于2.4m。

ALKS激活后，當車輛速度大于60km/h時，最小跟車距離需要基于當地法律法規(guī)確定。

ALKS激活后，對于行駛路線前方出現的靜止車輛、靜止道路使用者或道路封閉時，ALKS在廠商定義的激活車速范圍內可使車輛停車從而避免碰撞發(fā)生。

對于行駛路線前方出現的急減速車輛、突然切入車輛、或者突然出現的障礙物，ALKS車輛應采取適當的操作來最小化對乘員或其他道路使用者帶來的傷害。

（1）對于進行全力減速的前車，ALKS車輛應采取適當的操作來避免碰撞；? ??

（2）對于突然切入車輛，當以下條件同時滿足時，ALKS車輛應避免與其碰撞：

（a）切入車輛縱向速度小于ALKS車輛縱向速度；?

（b）切入車輛前輪外緣越過車道線但與車道線外側距離小于0.3m時，已經進行了至少0.72s的橫向移動；

（c）ALKS車輛與切入車輛的預計碰撞時間大于Vrel/(2 x 6m/s2)+0.35s（其中，Vrel為相對速度，ALKS車輛速度大于切入車輛速度時，值為正）。

（3）對于沒有遮擋的橫穿行人，橫穿速度不超過5km/h，預計碰撞點不超過車輛縱向中心平面0.2m，ALKS激活后，在不大于60km/h的運行速度內，應避免與行人碰撞。對于大于60km/h的運行速度，ALKS應盡量減少碰撞可能性的發(fā)生。





審核編輯：劉清