一个简单的乘用车自动驾驶路线图模型

关于自动驾驶的分级,现在大家公认的是SAE International(国际汽车工程师学会)自动驾驶汽车分级标准。如下图所示。

我国智能网联汽车(ICV,Intelligent Connected Vehicle)分级标准参考了SAE标准,主要分为驾驶辅助DA、部分自动化PA、有条件自动化CA、高度自动化HA和完全自动化FA五个阶段。这五个阶段以动态驾驶任务(DDT,Dynamic Driving Task)、动态驾驶任务支援(DDT Fallback)和设计运行范围(ODD,Operational Design Domain,)来区分,是一个循序渐进的过程。其中动态驾驶任务(DDT)是指,在道路上驾驶车辆需要做的操作和决策类的行为,分为车辆执行和感知判断。其中车辆执行是指通过方向盘来对车辆进行横向运动操作、通过加速和减速来进行纵向操作;感知和判断(OEDR)是指对车辆纵向运动方向操作、通过对物体和事件检测、认知归类和后续响应,达到对车辆周围环境的监测和执行对应操作、车辆运动的计划还有对外信息的传递。动态驾驶任务支援(DDT Fallback)是指,自动驾驶在设计时候,需要考虑系统性的失效(导致系统不工作的故障)发生的情况,当这两者发生的时候,需给出最小化风险的解决路径。设计运行范围(ODD)是一组参数,把我们知道的天气环境、道路情况(直路、弯路的半径)、车速、车流量等信息作出测定,以确保系统的能力在安全的环境之内。

一、我国智能网联汽车分级标准分析

1、驾驶辅助DA

驾驶辅助DA要求车辆的执行由单独驾驶员转变为驾驶员和系统共同执行,系统具有横向和纵向其中一种自动控制(表现为干预,而不是提醒或警示作用)。比如最基本的ABS,以及在ABS基础上升级而来的ESP,还有高速路段常用的定速巡航、ACC自适应巡航功能及LKA车道保持辅助。

2、部分自动化PA

部分自动化PA要求车辆的执行可以由系统控制,系统同时具有横向和纵向的自动控制,且具备两项以上。在整个开启的过程中,驾驶员可以不操作方向盘、油门和刹车(放弃主要控制权),但需要观察周围情况,并提供安全操作。驾驶员必须随时待命,在系统退出和系统出错的情况下随时接上。比如一个车辆能同时做到ACC+LKA(自适应巡航+车道保持辅助),那么这辆车就跨进了Level 2的门槛。2018款的凯迪拉克CT6拥有的半自动驾驶系统“Super Cruise”就是典型的Level 2级别。

3、有条件自动化CA

有条件自动化CA在要求系统可以控制车辆执行的同时,也要求系统能够在某些情况下监控驾驶环境,但驾驶员必须在系统失效时接收系统干预的请求,并及时做出响应。L3 相比 L2 最大的进步在于——不需要驾驶员实时监控当前路况,只需要在系统提示时接管车辆即可。这对于自动驾驶技术来说是一个很大的跨越,这也意味着自动驾驶系统代替人类成为驾驶员,车辆完成从人驾驶为主到车自动驾驶为主的转变。

4、高度自动化HA

高度自动化HA比有条件自动化CA更升一级,也就是在系统失效时无需做出响应,但限定设计的适用范围,包括道路和环境条件。这里用的技术就是高精地图的定位,它可以在感知失败的情况下,使车辆正常行驶甚至靠边停车。

5、完全自动化FA

完全自动化FA继续升级,可能的情况下,驾驶员接管,但不限定道路和环境条件。

二、不同车型的智能网联汽车分级标准

由于欧洲智能网联汽车分级标准也是采用SAE标准,而且对各种车型的智能网联汽车分级有具体的规划,因此我们参考欧洲的分级标准,如下表所示。

目前欧洲各车型已经几乎实现Level2,这里主要分析Level3-5。从上表可以总结如下:

欧洲乘用车方面,Level3主要是实现离眼驾驶;Level4主要是实现离心驾驶和自动停车,Level5主要是实现完全自动驾驶。

欧洲货车方面,Level3主要是实现离眼驾驶;Level4主要是实现离心驾驶和按队列驾驶,Level5主要是实现在一定区域的自动驾驶。

欧洲客车方面,Level3主要是实现离眼驾驶;Level4主要是实现离心驾驶,Level5主要是实现在完全自动驾驶。

因此,各车型自动驾驶分级标准类似,主要是在Level3实现离眼驾驶,Level4实现离心驾驶,Level5实现在完全自动驾驶。

三、一个简单的自动驾驶路线图模型

这里选择各级自动驾驶的典型功能,配合不同的路况,建立一个简单的自动驾驶路线图模型。这个模型可以形象地展示自动驾驶的演变过程。

以乘用车为例,选择DA(Level的表示方法也可以)的高速定速巡航、PA的ACC+LKA(自适应巡航+车道保持辅助)、CA的公路驾驶(离眼)(Highway Chauffeur) 、HA的车库停车引导(Parking Garage Pilot)、以及FA的完全自动驾驶,分别配合直路、转弯路、有红路灯的公路、停车场以及任何路况(突破现有路况),绘制成如下图所示的模型。

这个模型的前提是DA和PA阶段没有其他车辆阻挡。在长长的直路上,驾驶员为了减少驾驶疲劳,选择高速定速巡航的功能,实现驾驶辅助DA;在拐弯路上,驾驶员为了实现自动驾驶,启动ACC+LKA(自适应巡航+车道保持辅助)的功能,让车辆自动拐弯,实现部分自动化PA;在有红路灯的公路上,驾驶员为了实现自动驾驶,启动公路驾驶(离眼)(Highway Chauffeur)功能,使驾驶员在繁忙的路段解除一部分劳动,实现有条件自动化CA;在停车场,驾驶员为了按照最优方式并且自动停车,启动车库停车引导(Parking Garage Pilot)的功能,实现高度自动化HA;驾驶员为了驶入天气环境、道路情况恶劣的地方,启动完全自动驾驶的功能,实现完全自动化FA。

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