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从L2到L3,自动驾驶的进阶之路

本期我们邀请了

汽车智驾系统工程师 DNGMAN

为各位讲解:

自动驾驶系统如何从L2进阶“修炼”到L3层级?

分别有哪几个部分,具体是什么?

自动驾驶分级

自从20世纪70年代开始算起,自动驾驶系统在欧美国家已经蓬勃发展有50年左右时间,各国各公司各高校开发出许多五花八门的驾驶辅助功能,亟待相关主管部门机构对其分级分类。在这个背景下,SAE(美国机动车工程师学会)和NHTSA(美国高速公路安全管理局)出台了相关分级标准,以SAE J316-2018为例进行讲解:

L0的系统加减速和转向都是驾驶员负责,L1的系统加减速或转向其中一个是由系统负责。L2的系统加减速和转向均为系统负责,但是系统工作的过程中需要驾驶员“监督”,必要时需要驾驶员“纠正”系统的操作。L3的系统加减速和转向均为系统负责,工作过程中也不需要驾驶员“监督”,系统会自我监督,当系统不可控时,提示驾驶员控制。L4的系统加减速和转向、不需要驾驶员监督,系统会自我监督,也不需要驾驶员随时准备控制,前提是只能在部分域使用。L5的系统在L4基础上由部分域提升为全部域。

这些专业知识索然无味,简单的说:

L0的系统就像一个出生的婴儿,站立就不用说了,连躺着打个滚都很困难。

L1的系统就像出生3-12个月的婴儿,不高兴的时候会在床上打滚,家长不在床上照看的话很容易滚到床下。

L2的系统就像1-2岁的婴儿,站立不太稳,自己能跌跌撞撞走动几步,但还是需要家长在旁边伸开双手保护着。

L3的系统就像3-5岁的儿童,在平路上可以走动,甚至可以跑动,但是遇到坑洼爬山还是需要家长的帮扶。

L4的系统就像7-10多岁的少年,能自己独立的走动玩耍、爬山涉水,但是出了本镇就不太识路,不知道怎么走。

L5的系统就像18+的成人,再也不需要家长的照顾,可以自己走南闯北、傲游世界。

目前市场上量产的高级驾驶辅助系统还主要是L2系统如1-2岁婴儿时刻需要有人在旁边“呵护”着,主流的传感器配置方案,为了实现加减速控制,搭配了毫米波雷达传感器+动力控制系统+制动系统;对于转向控制,需要检测车道线并转向,搭配了摄像头传感器+电动助力转向控制系统。

那如何才能从L2进阶“修炼”到L3层级的自动驾驶系统?

多传感器融合

L2系统传感器主要使用前毫米波雷达+前摄像头方案,即使车上装了环视和超声波雷达也没有进行感知融合,功能有很多局限性,如与前车较近时检测不到车道线,特殊车辆无法识别等问题,所以随时需要驾驶员接管控制。但是对于L3系统要保证检测和控制的准确性,所以需要增加传感器,融合车辆现有的环视和超声波雷达数据。

以奥迪A8 TJP(Traffic Jam Pilot)功能传感器配置为例:高速行驶时为提高对前方车辆检测的准确性新增前激光雷达传感器和四个角毫米波雷达,同时对车道线的检测新增车顶定位天线用于高精地图定位,在无法检测车道线时使用高精地图提供车道线数据。在低速行驶时融合超声波雷达和环视对周边车辆、车道线检测。

功能安全冗余备份

L3层级的自动驾驶系统已经完全取代驾驶员的操作,只是在紧急不可控情况下留给驾驶员6-8s以上的时间接管车辆即可。这个时候你可以坐在驾驶位上放飞自我:玩手机、看报纸、喝个咖啡、听听音乐、看看视频,但是不能睡觉,因为一旦驾驶员睡着了想在6-8s内把他喊醒并能正确的控制车辆这确实有点难,所以系统绝对是不允许驾驶员睡觉的。

在系统正常工作时要准确的检测周边障碍物和车辆,在系统某一零件出现故障时也要继续正常工作一段时间让驾驶员有足够的时间来接管控制车辆。这对于整个自动驾驶系统而言是一个严峻的考验,要保证在整个感知、决策和执行层面都要有冗余。以奥迪A8 TJP为例:

整车多个毫米波雷达、超声波雷达、前视摄像头、环视摄像头互补融合和冗余,除中央控制单元(zFAS)之外,前毫米波雷达在感知前方信息之外也扮演成精简版冗余控制器功能。在执行层面有车身稳定系统(ESC)+线控制动助力器、前轮转向+后轮转向互为冗余。

HMI人机交互

在L2及以下驾驶辅助功能时,驾驶操作的主体还是人,控制的对象就是汽车,所以要把本车的运行状态信息显示给驾驶员,经典由人控制的界面的显示主要方式:转速表圆盘+车速表圆盘。

而L3系统控制的主体是汽车,此时人无需进行加减速和转向控制,仪表只需要显示L3的控制状态即可。

但对于具备L3的系统要具备三种不同的仪表界面:经典人控制的界面,L3控制界面,经典人控制的界面+L3控制界面,对于经典人+L3控制界面用途是什么呢?就是在系统退出或人主动接管时仪表既要显示L3系统控制状态和车辆运行状态,以保证较好的实现人机驾驶的切换。

功能降级控制

我们自己开车的过程中经常会遇到各种的整车异常情况:如故障时助力直接退出导致转不动方向盘,制动异常导致无刹车。人开车的过程中出现的这些紧急情况还可以采取各种紧急措施避险,但是对于L3系统驾驶员未注视前方未手扶方向盘,功能控制直接退出是非常要命的,系统供应商要承担全部责任。

所以系统设计过程中有充分考虑这些情况并采取冗余设计,一旦主零部件出现故障,备用零部件会在较短时间内替代主零部件工作,保证从故障到驾驶员接管这段“真空期”内功能不退出,此时L3系统会分级提示驾驶员接管,还是以奥迪A8 TJP为例:

第一级,报警。仪表、抬头显示器和AI按钮会同时开始进行红色视觉报警,之后发出急促的报警声。

第二级,急促报警。警告信号变得更加明显,仪表盘会显示信息:“拥堵路况下的自动驾驶功能:结束。请重新全面控制车辆!”。

第三级,安全停车。警告信号变得刺耳,安全带完全收紧,A8制动后在车道上停车,同时打开双闪。15s之后激活紧急呼叫服务,解锁车门。

从以上可以看出第一级和第二级报警主要是视觉+听觉提醒,第二级听觉上提醒更急促同时视觉提醒更严厉,在第三级报警中新增触觉提醒(安全带收紧)+主动安全救助。

写在最后

以上只是抛砖引玉提到要实现L3需要考虑的几个问题,写的比较简单通俗易懂,也欢迎大家与我留言互动一起探讨更深层次的问题。

未经授权,禁止转载。

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