汽車自動駕駛系統(tǒng)層級定義詳解

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

自動駕駛系統(tǒng)需要進行分級，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)于自動化層級的定義為準(zhǔn)，如下：

L0 ：駕駛員完全掌控車輛；

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

L2 ：自動系統(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，同時保證出現(xiàn)問題，隨時進行接管。在這個層級，自動系統(tǒng)的錯誤感知和判斷有駕駛員隨時糾正，大多數(shù)車企都能提供這個系統(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)的自動泊車；

L3 ：自動系統(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)（自動系統(tǒng)發(fā)出請求時）。所以在該層級下，駕駛者仍無法進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；

L4 ：自動系統(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，可以是全自動的代客泊車，也可以是直接結(jié)合打車服務(wù)來做。這個階段下，在自動駕駛可以運行的范圍內(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)任全在自動駕駛系統(tǒng)，這里就存在著不同的設(shè)計和部署思路了；

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

我們所說的自動駕駛系統(tǒng)，通常是在3～5層級，隨著層級的提高，對系統(tǒng)的要求也隨之提高。由于目前自動駕駛的分級，特別是L3和L4處在還沒有大規(guī)模應(yīng)用在實際生活之中，我們對待這個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)計運行范圍來區(qū)分；

動態(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車輛進行橫向運動操作 、通過加速和減速來控制車輛；

感知和判斷（OEDR）：對車輛縱向運動方向操作、通過對物體和事件檢測、認(rèn)知歸類和后續(xù)響應(yīng)，達到對車輛周圍環(huán)境的監(jiān)測和執(zhí)行對應(yīng)操作、車輛運動的計劃還有對外信息的傳遞。

動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)支援（DDT Fallback）：自動駕駛在設(shè)計時候，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)原有的運行設(shè)計范圍之外的情況，當(dāng)這兩者發(fā)生的時候，需給出最小化風(fēng)險的解決路徑。

設(shè)計運行范圍（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)計適用范圍的對比

L2 組合駕駛

駕駛員和汽車來分享控制權(quán)，系統(tǒng)同時具有縱向和側(cè)向的自動控制，且具備兩項以上。在整個開啟的過程中，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 。

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

自動駕駛系統(tǒng)：我們從控制和感知進行分解

對執(zhí)行器的要求可以看出來，是需要對縱向的動力總成和剎車系統(tǒng)，橫向的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行融合控制。

圖2 L2的工作方式

解析L2的感知需求，是需要把整個場景考慮清楚

低速自動泊車場景：感知車位、行人、車輛

低速環(huán)路堵車輔助場景：識別車輛、摩托車、車道線

高速封閉道路場景：識別車輛、車道線

我們在現(xiàn)實中看到的L2系統(tǒng)，既有單個攝像頭實現(xiàn)的TJA，也有很多差異化設(shè)計。這里由于有著駕駛員隨時監(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，因為不管是感知還是駕駛決策，完全依照車企對L2自動駕駛的需求不同來調(diào)整。

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

既可以僅靠車道識別來進行車輛居中保持，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，就是對以下的內(nèi)容進行限制：

對不同的道路、基礎(chǔ)設(shè)施的可容忍性

車速的運行范圍

對感知錯誤（誤識別率）的容忍性

對自動駕駛系統(tǒng)在不同流量環(huán)境下的改進可行性，往L3進化可能性

對車主的使用的判研以評估綜合風(fēng)險性

我們在把這些拿出來討論的時候，其實是可以考慮做一份工程的規(guī)范，然后根據(jù)各個車企的配置情況來進行測試和對標(biāo)的。所以總的來說，這個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，交給自動化系統(tǒng)進行操控。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，是不能完全自主進入安全狀態(tài)的，需要駕駛?cè)藛T來接管，但這個時間一般較短。雖然這個看上去不大實用，但是確實是德國三家豪車企業(yè)目前在自身系統(tǒng)演進過程中比較看重的點。這些發(fā)表的研究性的配置，都是基于L2的演進來考慮的。

沒了駕駛員的確認(rèn)，整個感知的要求高了很多：

準(zhǔn)確度要求高了，不能出錯，這里一定有融合對比；

感知范圍距離要求高了，需要給自動駕駛決策時間；

對環(huán)境耐受性要求高，突然下冰雹和暴雨也需要時間來切換；

即使系統(tǒng)發(fā)生錯誤的時候，整個轉(zhuǎn)換的退出還需要時間；

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

圖3 L3的系統(tǒng)情況

因為L3沒有進入產(chǎn)品化，所以這些研究階段的配置可能會進一步進行調(diào)整，可以看出，L3階段是之前L2頂級配置性能上面再進行演化。由于在運行中失去了駕駛員的監(jiān)控，任何運行中的感知錯誤都是不能接受的（沒看到車就會產(chǎn)生錯誤決策，就會出現(xiàn)問題）。

L4 全自動駕駛

在福特明確提出要做L4的自動駕駛和自動駕駛服務(wù)之前，沒有哪個車企這么敢來做，因為這里一旦啟動，已經(jīng)對駕駛者沒有要求。在之前看到的更多的，還是基于機場小型低速擺渡車、市區(qū)低速巴士之類的有限制的運行。

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的運行情況

現(xiàn)階段，L4的設(shè)計考慮還配置個安全駕駛員，這里的情況比較微妙，先做性能，再做冗余，下個階段就完全考慮實現(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