從L2到L3自動駕駛系統如何進階“修煉”？

本期我們邀請了

為各位講解：

自動駕駛系統如何從L2進階“修煉”到L3層級？

分別有哪幾個部分，具體是什麼？

自從20世紀70年代開始算起，自動駕駛系統在歐美國家已經蓬勃發展有50年左右時間，各國各公司各高校開發出許多五花八門的駕駛輔助功能，亟待相關主管部門機構對其分級分類。在這個背景下，SAE（美國機動車工程師學會）和NHTSA（美國高速公路安全管理局）出臺了相關分級標準，以SAE J316-2018為例進行講解：

L0的系統加減速和轉向都是駕駛員負責，L1的系統加減速或轉向其中一個是由系統負責。L2的系統加減速和轉向均為系統負責，但是系統工作的過程中需要駕駛員“監督”，必要時需要駕駛員“糾正”系統的操作。L3的系統加減速和轉向均為系統負責，工作過程中也不需要駕駛員“監督”，系統會自我監督，當系統不可控時，提示駕駛員控制。L4的系統加減速和轉向、不需要駕駛員監督，系統會自我監督，也不需要駕駛員隨時準備控制，前提是隻能在部分域使用。L5的系統在L4基礎上由部分域提升為全部域。

這些專業知識索然無味，簡單的說：

L0的系統就像一個出生的嬰兒，站立就不用說了，連躺著打個滾都很困難。

L1的系統就像出生3-12個月的嬰兒，不高興的時候會在床上打滾，家長不在床上照看的話很容易滾到床下。

L2的系統就像1-2歲的嬰兒，站立不太穩，自己能跌跌撞撞走動幾步，但還是需要家長在旁邊伸開雙手保護著。

L3的系統就像3-5歲的兒童，在平路上可以走動，甚至可以跑動，但是遇到坑窪爬山還是需要家長的幫扶。

L4的系統就像7-10多歲的少年，能自己獨立的走動玩耍、爬山涉水，但是出了本鎮就不太識路，不知道怎麼走。

L5的系統就像18+的成人，再也不需要家長的照顧，可以自己走南闖北、傲遊世界。

目前市場上量產的高級駕駛輔助系統還主要是L2系統如1-2歲嬰兒時刻需要有人在旁邊“呵護”著，主流的傳感器配置方案，為了實現加減速控制，搭配了毫米波雷達傳感器+動力控制系統+制動系統；對於轉向控制，需要檢測車道線並轉向，搭配了攝像頭傳感器+電動助力轉向控制系統。

那如何才能從L2進階“修煉”到L3層級的自動駕駛系統？

多傳感器融合

L2系統傳感器主要使用前毫米波雷達+前攝像頭方案，即使車上裝了環視和超聲波雷達也沒有進行感知融合，功能有很多侷限性，如與前車較近時檢測不到車道線，特殊車輛無法識別等問題，所以隨時需要駕駛員接管控制。但是對於L3系統要保證檢測和控制的準確性，所以需要增加傳感器，融合車輛現有的環視和超聲波雷達數據。

以奧迪A8 TJP（Traffic Jam Pilot）功能傳感器配置為例：高速行駛時為提高對前方車輛檢測的準確性新增前激光雷達傳感器和四個角毫米波雷達，同時對車道線的檢測新增車頂定位天線用於高精地圖定位，在無法檢測車道線時使用高精地圖提供車道線數據。在低速行駛時融合超聲波雷達和環視對周邊車輛、車道線檢測。

功能安全冗餘備份

L3層級的自動駕駛系統已經完全取代駕駛員的操作，只是在緊急不可控情況下留給駕駛員6-8s以上的時間接管車輛即可。這個時候你可以坐在駕駛位上放飛自我：玩手機、看報紙、喝個咖啡、聽聽音樂、看看視頻，但是不能睡覺，因為一旦駕駛員睡著了想在6-8s內把他喊醒並能正確的控制車輛這確實有點難，所以系統絕對是不允許駕駛員睡覺的。

在系統正常工作時要準確的檢測周邊障礙物和車輛，在系統某一零件出現故障時也要繼續正常工作一段時間讓駕駛員有足夠的時間來接管控制車輛。這對於整個自動駕駛系統而言是一個嚴峻的考驗，要保證在整個感知、決策和執行層面都要有冗餘。以奧迪A8 TJP為例：

整車多個毫米波雷達、超聲波雷達、前視攝像頭、環視攝像頭互補融合和冗餘，除中央控制單元（zFAS）之外，前毫米波雷達在感知前方信息之外也扮演成精簡版冗餘控制器功能。在執行層面有車身穩定系統（ESC）+線控制動助力器、前輪轉向+後輪轉向互為冗餘。

HMI人機交互

在L2及以下駕駛輔助功能時，駕駛操作的主體還是人，控制的對象就是汽車，所以要把本車的運行狀態信息顯示給駕駛員，經典由人控制的界面的顯示主要方式：轉速錶圓盤+車速表圓盤。

而L3系統控制的主體是汽車，此時人無需進行加減速和轉向控制，儀表只需要顯示L3的控制狀態即可。

但對於具備L3的系統要具備三種不同的儀表界面：經典人控制的界面，L3控制界面，經典人控制的界面+L3控制界面，對於經典人+L3控制界面用途是什麼呢？就是在系統退出或人主動接管時儀表既要顯示L3系統控制狀態和車輛運行狀態，以保證較好的實現人機駕駛的切換。

功能降級控制

我們自己開車的過程中經常會遇到各種的整車異常情況：如故障時助力直接退出導致轉不動方向盤，制動異常導致無剎車。人開車的過程中出現的這些緊急情況還可以採取各種緊急措施避險，但是對於L3系統駕駛員未注視前方未手扶方向盤，功能控制直接退出是非常要命的，系統供應商要承擔全部責任。

所以系統設計過程中有充分考慮這些情況並採取冗餘設計，一旦主零部件出現故障，備用零部件會在較短時間內替代主零部件工作，保證從故障到駕駛員接管這段“真空期”內功能不退出，此時L3系統會分級提示駕駛員接管，還是以奧迪A8 TJP為例：

第一級，報警。儀表、抬頭顯示器和AI按鈕會同時開始進行紅色視覺報警，之後發出急促的報警聲。

第二級，急促報警。警告信號變得更加明顯，儀表盤會顯示信息：“擁堵路況下的自動駕駛功能：結束。請重新全面控制車輛！”。

第三級，安全停車。警告信號變得刺耳，安全帶完全收緊，A8制動後在車道上停車，同時打開雙閃。15s之後激活緊急呼叫服務，解鎖車門。

從以上可以看出第一級和第二級報警主要是視覺+聽覺提醒，第二級聽覺上提醒更急促同時視覺提醒更嚴厲，在第三級報警中新增觸覺提醒（安全帶收緊）+主動安全救助。

寫在最後

以上只是拋磚引玉提到要實現L3需要考慮的幾個問題，寫的比較簡單通俗易懂，也歡迎大家與我留言互動一起探討更深層次的問題。