一篇文章读懂NHTSA自动驾驶分级 | 朱玉龙专栏

  • 发表于: 2016/04/28 08:49:00 来源:车云网

自动驾驶概念满天飞,分级傻傻搞不清。

自动驾驶分级傻傻分不清,是大家普遍存在的问题。这里我根据分级标准文件,重点谈一下我的看法。NHTSA和SAE的自动驾驶分级可以分别在官网下载,下面是一个中文版两个等级的汇总表格。


△图1 分级的中文参考

等级0 无自动化水平

如果是驾驶员控制,哪怕你有各种警告,我们也可以列举一排现阶段还没介入的ADAS功能,这些也都在等级0里面。

此等级的特点:只有环境感知,功能目的是辅助增强驾驶员对环境和危险的感知能力。

驾驶员操作:如图2所示,方向盘、油门、刹车一个都不能少。

现有车辆主要的功能体现:

1.夜视 Night Vision(NV)
2.行人检测 Pedestrian Detection (PD)  
3.交通标志识别 Traffic Sign Recognition (TSR)  
4.车道偏离警告 Lane Departure Warning (LDW)  
5.盲点监测 Blind Spot Monitoring (BSM)  
6.后排平交路口交通警报 Rear-Cross Traffic Alert (RCTA)   


△图2 驾驶员的操作概览

等级1 特定功能的自动化

驾驶员完全主导。车辆会介入控制1项或者多项。多项功能同时出现的时候,这些功能是工作是分开的。驾驶员可以放弃部分控制权(方向盘、油门&刹车之一),给系统来接管。

此等级特点:此项是大部分公司目前在做的,大部分的功能都是单独一个ECU来开发。

驾驶员操作:如图3所示,在ACC情况下,油门和刹车不用;在AEB情况下,刹车可不用(这里不刹车不代表不碰撞,伤害小一些)。

现有车辆主要功能体现:

1.自适应巡航控制系统 Adaptive Cruise Control (ACC)  
2.自动紧急制动 Automatic Emergency Braking (AEB)

小结:所以L1和L0之间的距离,就是介入整车控制的过程,L0只有感知给驾驶员报警,L1需要帮助驾驶员来在一个横向或纵向驾驶车辆,注意这里的横向和纵向两个功能是分开的。


△图3 L1一般是分布式架构

以LKA车道保持辅助系统为例,在驾驶员注意力不集中或疲劳驾驶出现车辆偏转时,系统进行主动修正、转向干预,当检测到驾驶员操作转向信号灯时,系统进入被动模式,如上图4所示其系统架构是放在独立的系统ECU里面完成的,与其他ACC控制器不相关。

等级2 组合功能

驾驶员和汽车来分享控制权。系统同时具有纵向和侧向的自动控制,且具备两项以上。驾驶员可以放弃主要控制权,驾驶员需要观察周围情况,并提供安全操作。驾驶员必须随时待命,在系统退出的时候随时接上。

此等级特点:系统需要进行融合,需要两个ECU进行配合,系统之间进行高度耦合。

驾驶员操作:只要用眼睛看就行,在某些时候车辆自己可以运行。

这里的核心问题,是由于系统的不够智能或者没办法提前预知自己不行,退出的警告时间非常短

小结:L2和L1的区别,主要就是系统工作,驾驶员在系统能工作的时候,只要用眼睛就可以了。


△图4 L2需要进行融合,处理决策需要多输入

以丰田AHAC公路自动驾驶辅助(Automated Highway Driving Assist)系统为例。该系统由两个子系统组成,分别为协作自适应巡航控制(Cooperative-adaptive Cruise Control)和车道跟踪控制(Lane Trace Control),开启过程中驾驶员可以完全脱离方向盘,系统可利用无线电自动调整车速及车距,这里是分布式系统往融合式系统前进了一步。

等级3 有限度的自动驾驶

在某些环境条件下,驾驶员可以完全放弃操控,交给自动化系统进行操控。如果系统需要人员做一些操作,驾驶员偶尔来帮下忙。驾驶员不需要全身关注看车外的情况。

此等级特点:系统某些条件下完全负责整个车辆的操控了

驾驶员操作:系统需要提示帮忙的时候回来,其他时候可以放松;当系统不行的时候,需要驾驶员来帮助

小结:L3和L2的区别,就是不需要驾驶员时时刻刻盯着,系统需要高度的鲁棒性,在特定工作的情况下,系统不允许退出。

下图5是AUDI的zFAS,基本上把好几个模块都放在一起,形成了完整的控制系统,包括整套中央数据(地图合成和环境合成目标)、驾驶决定以及驾驶规划。硬件上把控制器内部的一堆设备进行整合,主要是由多个芯片单元所组成。由此可见L2到L3核心上的突破是容纳决策的控制器,这算是一个决定性的跨越和壁垒,也是一般车企不投入大量资源很难突破的。


△图5 AUDI zFAS的域控方案


6 AUDI zFAS的域控框架

等级4 全自动驾驶

只要输入出发地和目的地,责任完全交给车辆端。

英国的工程机械技术公司里卡多的PPT里面,给了一个L2到L4的自动驾驶参考路径。


△图7 L2~L4进化图

我们拿典型的L2等级高级辅助驾驶,作为例子。比如ACC自动巡航和LKA车道保持(它的前置路径是LDW车道保健配上EPS接入方向)。如果将这两个功能合在一起控制,其本身就需要算法的和控制的强耦合。而从L2到L3之前,则需要高功能安全等级的控制器、实现人类驾驶决策功能的AI功能,以及与驾驶功能安全相关的车联网V2V和车联系统支持。L3到L4则需要高精度的地图和各种路谱扫描能力强的感知系统来做支持。

小结:各个阶段的晋级并非那么简单,需要的评估测试如下图所示。


△图8 自动车辆安全性评估

从测试验证角度来讲,对L1等级的功能,完成本级安全性和测试方案以及效果即可得到验证。而更高阶的系统安全性和有效性,需要长期接受挑战和迭代。测试验证时,需要从L1开始一层层往上逐级测试,然后再通过大量的系统性的组合再测试保证安全性。L1→L2→L3不存跳跃测试这种方法,除非对整个系统结构进行重构优化,但是验证路径还是采取的逐步完成和实施的。所以说L1到L2进阶所需的评估就是不小的工作量,L3实在没影呢。


参考文献

图1出自东方蒲《驾驶辅助和自动驾驶-分级讨论》。
图2&图3&图8Automation of Vehicle Safety Functions.
图3出自大众途安培训材料车道保持辅助系统。
图4出自ITS 2014 Automated Highway Driving Assist AHDA Demonstration.
图5出自Automated Vehicle Systems (AVS) Reference Architecture and Interface (RAI).
图6出自出自Audi’s Way Towards Piloted Driving.
图7出自Roadmap to the automated vehicle.

作者简介:汽车行业从业工程师,从08年初入行开始,主要是做汽车电子,涉及领域从新能源汽车慢慢过渡到将来的ADAS。汽车电子是未来汽车的核心和变量,需得汽车电子人求索本土之出路,与本土的汽车品牌和产业一起找到出路。 

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