自動(dòng)駕駛汽車概述

Chapter1

自動(dòng)駕駛汽車概述

Outline1.1自動(dòng)駕駛汽車概念與分級(jí) 1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)1.1.2SAE分級(jí)的更新1.1.3中國(guó)自動(dòng)駕駛分級(jí)1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù) 1.3自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀 1.4本章小結(jié)

1.1自動(dòng)駕駛汽車概念與分級(jí)自動(dòng)駕駛汽車是指能夠通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境、自動(dòng)規(guī)劃行車路線并控制車輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的一種智能汽車。自動(dòng)駕駛汽車?yán)枚喾N車載傳感器完整感知車輛周圍的動(dòng)態(tài)環(huán)境信息，這些信息包括道路、車輛位置、其它車輛與行人、障礙物等等，并控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。1.1自動(dòng)駕駛汽車概念與分級(jí)自動(dòng)駕駛汽車集自動(dòng)控制、體系結(jié)構(gòu)、人工智能、視覺計(jì)算等眾多技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、模式識(shí)別和智能控制技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)架構(gòu)1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)當(dāng)前，全球汽車行業(yè)中兩個(gè)最權(quán)威的分級(jí)系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）和國(guó)際自動(dòng)化工程師協(xié)會(huì)（SAE）提出。2013年，美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局首次發(fā)布了自動(dòng)駕駛汽車分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)自動(dòng)化的描述分為了五個(gè)層級(jí)。2014年1月，SAE制定了J3016自動(dòng)駕駛分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)自動(dòng)化的描述分為了L0-L5這6個(gè)等級(jí)，以區(qū)分不同層次的自動(dòng)駕駛技術(shù)之間的差異。自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展并非一蹴而就，從手動(dòng)駕駛到完全自動(dòng)駕駛，其間需要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的緩沖時(shí)期。統(tǒng)一自動(dòng)駕駛等級(jí)的概念對(duì)于這一發(fā)展過程具有非常重要的意義，它有助于消除人們對(duì)自動(dòng)駕駛概念的混淆，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同自動(dòng)駕駛能力的區(qū)分和定義。1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)自動(dòng)駕駛分級(jí)1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)NHTSA對(duì)于自動(dòng)駕駛技術(shù)的分級(jí)包含如下所述的五個(gè)等級(jí)：

(1)Level0：無自動(dòng)化。沒有任何自動(dòng)駕駛功能、技術(shù)，司機(jī)對(duì)汽車所有功能擁有絕對(duì)控制權(quán)。駕駛員需要負(fù)責(zé)啟動(dòng)、制動(dòng)、操作和觀察道路狀況。任何駕駛輔助技術(shù)，只要仍需要人控制汽車，都屬于Level0。(2)Level1：?jiǎn)我还δ茏詣?dòng)駕駛。駕駛員仍然負(fù)責(zé)駕駛過程的絕對(duì)安全，但可以將一些控制權(quán)轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)管理，其中一些功能已經(jīng)可以自動(dòng)執(zhí)行，例如自適應(yīng)巡航控制（ACC）、緊急制動(dòng)輔助（EBA）、車道保持支持（LKS）。1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)(3)Level2：部分自動(dòng)駕駛。駕駛員和車輛協(xié)同控制，駕駛員不能在一定的預(yù)設(shè)環(huán)境下駕駛車輛，即手和腳同時(shí)離開控制，但駕駛員仍需處于待命狀態(tài)，負(fù)責(zé)駕駛安全，并在短時(shí)間內(nèi)隨時(shí)準(zhǔn)備接管車輛的駕駛權(quán)。例如，結(jié)合ACC和LKS形成的跟車功能。該等級(jí)的核心不是車輛需要有兩個(gè)以上的自動(dòng)駕駛功能，而在于駕駛已經(jīng)不再是主要操縱管理者。(4)Level3：有條件的自動(dòng)駕駛。即在有限的條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，例如，在預(yù)先設(shè)定的路段（例如高速，低流量的城市路段）中，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以獨(dú)立負(fù)責(zé)整個(gè)車輛的控制，然而，在特殊緊急情況下，駕駛員仍然需要接管，但系統(tǒng)需為駕駛員預(yù)留足夠的警告時(shí)間。Level3級(jí)別將解放駕駛員，無需隨時(shí)監(jiān)控道路狀況，將駕駛安全主控權(quán)交給車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)(5)Level4：完全自動(dòng)自動(dòng)駕駛，無須駕駛員的干預(yù)。在無須人協(xié)助的情況下由出發(fā)地駛向目的地。僅需起點(diǎn)和終點(diǎn)信息，汽車將全程負(fù)責(zé)行車安全，并完全不依賴駕駛員干涉。行車時(shí)可以無人乘坐（如空車貨運(yùn))。1.1.1SAE與NHTSA自動(dòng)駕駛分級(jí)SAE與NHTSA的區(qū)別主要在于對(duì)完全自動(dòng)駕駛級(jí)別的劃分。SAE將NHTSA的L4級(jí)別細(xì)分為L(zhǎng)4和L5兩個(gè)級(jí)別。SAE與NHTSA這兩個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別主要在于對(duì)完全自動(dòng)駕駛級(jí)別的定義與劃分。與NHTSA不同，SAE將其包含的L4級(jí)別再劃分為L(zhǎng)4和L5兩個(gè)級(jí)別。SAE的這兩個(gè)級(jí)別都可定義為完全自動(dòng)駕駛，即車輛已經(jīng)能夠獨(dú)立處理所有駕駛場(chǎng)景、完成全部駕駛操作，完全不需要駕駛員的接管或介入。這兩個(gè)級(jí)別仍存在區(qū)別，L4級(jí)別的自動(dòng)駕駛通常適用于城市道路或高速公路這類部分場(chǎng)景；而L5級(jí)別的要求更嚴(yán)苛，車輛必須在任何場(chǎng)景下做到完全自主駕駛。SAE的分級(jí)是大多數(shù)政府和企業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)交通運(yùn)輸部在2016年9月發(fā)布關(guān)于自動(dòng)化車輛的測(cè)試與部署政策指引時(shí)，明確將SAEInternationalJ3016標(biāo)準(zhǔn)確立為自動(dòng)駕駛車輛定義的全球行業(yè)參照標(biāo)準(zhǔn)。在此之后，來自全球各地的多家企業(yè)單位都認(rèn)可并效仿該標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)定和研發(fā)自身的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品。1.1.2SAE分級(jí)的更新隨著汽車行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的不斷提升，為了更加正確的引導(dǎo)自動(dòng)駕駛汽車行業(yè)的發(fā)展，SAE對(duì)參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次更新。2018年修訂版SAEJ3016TM《標(biāo)準(zhǔn)道路機(jī)動(dòng)車駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)分類與定義》進(jìn)一步細(xì)化了每個(gè)分級(jí)的描述。1.1.2SAE分級(jí)的更新SAE在更新版本的標(biāo)準(zhǔn)中，提出了動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)，并依據(jù)動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的執(zhí)行者和具體內(nèi)容來定義自動(dòng)駕駛處于的級(jí)別，并認(rèn)為駕駛中有三個(gè)主要的參與者：用戶、駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)以及其他車輛系統(tǒng)和組件。在本次SAE版本中，諸如電子穩(wěn)定控制和自動(dòng)化緊急制動(dòng)等主動(dòng)安全系統(tǒng)，以及其它某些類型的駕駛員輔助系統(tǒng)（如車道保持輔助系統(tǒng)等），不在此次駕駛自動(dòng)化分類標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。原因是它們并不是部分或全部動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)(DDT)的長(zhǎng)期運(yùn)行基礎(chǔ)，它們僅在特殊情況下針對(duì)潛在的危險(xiǎn)情況提供暫時(shí)性的短暫干預(yù)。由于主動(dòng)安全系統(tǒng)動(dòng)作的瞬時(shí)特性，其干預(yù)措施不會(huì)改變或消除駕駛員或自動(dòng)駕駛程序正在執(zhí)行的部分或全部動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)（DDT），因此這些不在自動(dòng)化駕駛的范圍之內(nèi)。1.1.2SAE分級(jí)的更新另外，SAE在本次更新中強(qiáng)調(diào)了防撞功能：包含干預(yù)型主動(dòng)安全系統(tǒng)在內(nèi)的防撞功能可以配置在具備有任何級(jí)別的行駛自動(dòng)化系統(tǒng)的車輛中。對(duì)于執(zhí)行完整DDT的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）功能（即級(jí)別L3-L5），防撞功能是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）功能的一部分。1.1.3中國(guó)自動(dòng)駕駛分級(jí)中國(guó)對(duì)自動(dòng)駕駛的分級(jí)首次出現(xiàn)在《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖中，將汽車按智能化和網(wǎng)聯(lián)化兩個(gè)發(fā)展方向進(jìn)行分級(jí)。與SAE自動(dòng)駕駛分級(jí)基本保持對(duì)應(yīng)，SAE-China將自動(dòng)駕駛車輛被分為DA、PA、CA、HA、FA五個(gè)等級(jí)，考慮了中國(guó)道路交通情況的復(fù)雜性，加入了對(duì)應(yīng)級(jí)別下智能系統(tǒng)能夠適應(yīng)的典型工況特征。1.1.3中國(guó)自動(dòng)駕駛分級(jí)關(guān)于網(wǎng)聯(lián)化等級(jí)，中國(guó)根據(jù)網(wǎng)聯(lián)通信內(nèi)容的區(qū)分將其進(jìn)行了如表的劃分：1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)架構(gòu)較為復(fù)雜，涉及了多領(lǐng)域的交叉互容，例如汽車、交通、通信等，基于自動(dòng)駕駛相關(guān)的軟硬件、輔助開發(fā)工具、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等各方面關(guān)鍵問題，自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)可大體劃分為以下幾個(gè)部分：自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)框架1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)1、環(huán)境感知技術(shù)：自動(dòng)駕駛汽車需要對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、高質(zhì)量的信息獲取，以計(jì)算機(jī)視覺為核心的圖像處理技術(shù)、依賴車輛與周圍物體空間物理交互（激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)）的障礙物檢測(cè)技術(shù)為汽車感知環(huán)境的基礎(chǔ)技術(shù)，此外，多源信息融合也是環(huán)境感知技術(shù)中的關(guān)鍵與難點(diǎn)之一。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)2、智能決策技術(shù)：智能決策系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛汽車行駛過程中的“指揮者”，涉及到危險(xiǎn)突發(fā)情況、優(yōu)先級(jí)判別、場(chǎng)景特征考量、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、人機(jī)實(shí)時(shí)交互等多方面的綜合處理。3、控制執(zhí)行技術(shù)：基于汽車這一輪式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要基于智能決策模塊形成的目標(biāo)行為與軌跡完成針對(duì)車輛橫、縱向運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制，保證汽車行駛的安全性、可靠性是控制執(zhí)行技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)4、V2X通信技術(shù)：包括車輛專用通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間信息共享與協(xié)同控制的通信保障機(jī)制，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多模式通信融合技術(shù)等。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)5、云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)：包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車云平臺(tái)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，云操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)和檢索技術(shù)，大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析和深度挖掘技術(shù)等。6、信息安全技術(shù)：包括汽車信息安全建模技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，汽車信息安全測(cè)試方法，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制等。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)7、高精地圖與高精度定位技術(shù)：包括高精地圖數(shù)據(jù)模型與采集式樣、交換格式和物理存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，基于北斗地基增強(qiáng)的高精度定位技術(shù)，多源輔助定位技術(shù)等。8、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)：包括ICV整體標(biāo)準(zhǔn)體系，以及涉及汽車、交通、通信等各領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。9、測(cè)試評(píng)價(jià)：包括ICV測(cè)試評(píng)價(jià)方法與測(cè)試環(huán)境建設(shè)。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)依據(jù)上面對(duì)自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)的解析，自動(dòng)駕駛汽車的核心體系又可分為感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)3個(gè)層次，如圖所示。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)其產(chǎn)業(yè)鏈涉及汽車、電子、通信、互聯(lián)網(wǎng)、交通等多個(gè)領(lǐng)域，按照產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)系主要包括：1.芯片廠商：開發(fā)和提供車規(guī)級(jí)芯片系統(tǒng)，包括環(huán)境感知系統(tǒng)芯片、車輛控制系統(tǒng)芯片、通信芯片等。2.傳感器廠商：開發(fā)和供應(yīng)先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)，包括機(jī)器視覺系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)（激光、毫米波、超聲波）等。1.2自動(dòng)駕駛汽車關(guān)鍵技術(shù)3.汽車電子/通信系統(tǒng)供應(yīng)商：能夠提供智能駕駛技術(shù)研發(fā)和集成供應(yīng)的企業(yè)，如自動(dòng)緊急制動(dòng)、自適應(yīng)巡航、V2X通信系統(tǒng)、高精度定位系統(tǒng)等。4.整車企業(yè)：提出產(chǎn)品需求，提供智能汽車平臺(tái)，開放車輛信息接口，進(jìn)行集成測(cè)試。5.平臺(tái)開發(fā)與運(yùn)營(yíng)商：開發(fā)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、提供平臺(tái)運(yùn)營(yíng)與數(shù)據(jù)挖掘分析服務(wù)。6.內(nèi)容提供商：高精度地圖、信息服務(wù)等的供應(yīng)商。1.3自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前全球自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)已迎來了快速發(fā)展的機(jī)遇。全球汽車銷量經(jīng)過數(shù)年的增速下降之后，在2016年迎來首次增速上升，但2017年增速又開始下降，全球汽車銷量的增長(zhǎng)空間已經(jīng)明顯不足，車企正積極尋求突破。國(guó)外的特斯拉、谷歌，國(guó)內(nèi)的百度等公司針對(duì)無人駕駛相關(guān)測(cè)試都進(jìn)行了大量投入，傳統(tǒng)汽車企業(yè)如奔馳、寶馬、奧迪、本田等廠商，其自動(dòng)駕駛技術(shù)安全輔助駕駛系統(tǒng)、車載信息服務(wù)系統(tǒng)已相對(duì)成熟。得益于V2X通訊技術(shù)、車載傳感器技術(shù)、車輛線控技術(shù)逐漸發(fā)展和積累，自動(dòng)駕駛前景受到了廣泛的關(guān)注，其在市場(chǎng)中應(yīng)用的熱度也愈發(fā)高漲。1.3自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀智能交通一直以來都是我國(guó)交通運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)展的前沿方向，自動(dòng)駕駛技術(shù)逐步走向成熟的過程也為智能交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了良機(jī)，大力促進(jìn)了交通運(yùn)輸領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)革命。我國(guó)政府對(duì)自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的支持力度也日漸增加?！笆濉逼陂g，國(guó)家863計(jì)劃部署了對(duì)智能車路協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，在實(shí)際道路上進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)、專用短程通訊等一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，也在2014年正式發(fā)布。此外，工信部于2015年發(fā)布的《中國(guó)制造2025》明確提出，我國(guó)要在2025年掌握自動(dòng)駕駛的總體技術(shù)以及各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，建立起比較完善的智能網(wǎng)聯(lián)汽車自主研發(fā)體系、生產(chǎn)配套體系以及產(chǎn)業(yè)群，要基本完成汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。1.3自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展現(xiàn)狀在政策和市場(chǎng)的共同作用下，我國(guó)的自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。國(guó)內(nèi)外對(duì)于自動(dòng)駕駛研發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)未曾停止，相關(guān)技術(shù)的迭代與創(chuàng)新將讓自動(dòng)駕駛在不久的將來真正走進(jìn)人們的日常、走進(jìn)千家萬戶。1.4本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要介紹了自動(dòng)駕駛汽車的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)和全球總體發(fā)展趨勢(shì)；進(jìn)一步列舉了由互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、零部件企業(yè)等推出的各大自動(dòng)駕駛平臺(tái)。自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)正處在一個(gè)快速成長(zhǎng)期