学习笔记1--自动驾驶汽车概念与分级

本系列博客包括6个专栏，分别为：《自动驾驶技术概览》、《自动驾驶汽车平台技术基础》、《自动驾驶汽车定位技术》、《自动驾驶汽车环境感知》、《自动驾驶汽车决策与控制》、《自动驾驶系统设计及应用》。
此专栏是关于《自动驾驶汽车平台技术基础》书籍的笔记.

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1.自动驾驶汽车概念与分级

• 自动驾驶汽车：指能够通过车载传感系统感知道路环境、自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的一种智能汽车；

• 自动驾驶汽车利用多种车载传感器完整感知车辆周围的动态环境信息，这些信息包括道路、车辆位置、其他车辆与行人、障碍物等，并控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶；

• 自动驾驶汽车技术架构和数据流向如下图所示：
  

1.1 SAE与NHTSA自动驾驶分级

• SAE：国际自动化工程师协会；NHTSA：美国国家公路交通安全管理局；

• SAE和NHTSA两个分级标准的共同之处：自动驾驶汽车与非自动驾驶汽车间存在一个关键区别，即汽车本身是否能控制一些关键的驾驶功能，如：转向、加速和制动；

• 美国汽车工程师协会(SAE)的自动驾驶分级标准：

  • 0级系统：完全由驾驶员进行驾驶，为了提高系统的主动安全性，配备有LDW(车道偏离预警)、FCW(前向碰撞预警)、BSD(盲点监测)、TSR(交通标志识别)等报警系统，车辆控制、环境监测、系统回应的主体都是驾驶员；
  • 1级系统：可以辅助驾驶员完成某些驾驶任务，如：自适应巡航系统(ACC)能辅助驾驶员实现车辆的纵向运动控制，车道保持系统(LKAS)可以通过电子转向系统辅助驾驶员对车辆的横向运动进行控制；
  • 2级系统：可以同时对车辆进行横向和纵向控制，如：泊车辅助系统，此级别中驾驶员需要监测周围环境，在系统做出错误判断时能够及时纠正系统并接管系统；
  • 3级系统：有条件的自动驾驶，系统能代替驾驶员完成某些驾驶任务并完成部分环境监测功能，但驾驶员需要在系统发出请求时及时重获驾驶控制权；
  • 4级系统：高度的自动驾驶，车辆控制、环境监测和系统回应的主体都是系统，但也有驾驶员控制车辆的模式；
  • 5级系统：完全自动驾驶，即实现无人驾驶；

• 美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)自动驾驶分级标准：

  • Level 0–完全人类驾驶：汽车驾控主体是驾驶员，在任何道路、环境条件下，由驾驶员进行感知、操纵、监控，包括方向盘、油门踏板、制动踏板；
  • Level1–辅助驾驶：汽车驾控主体是驾驶员和机器，在限定道路、环境条件下，汽车具有一个或多个特殊自动控制功能，如：自适应巡航系统(ACC)、车道保持系统(LKAS)等，但感知接管、监控干预仍需驾驶员完成；
  • Level2–部分自动驾驶：汽车驾控主体是机器，在限定道路、环境条件下，汽车具有横、纵两个方向上控制功能融合在一起的系统，不需要驾驶员对这些功能进行控制，但驾驶员仍需一直对周围环境感知，并监视系统情况，准备在紧急情况下进行人工干预；
  • Level3–有条件自动驾驶：汽车驾控主体是机器，在限定道路、环境条件下，汽车能够让驾驶员完全不用控制汽车，且可以自动检测环境的变化以判断是否返回驾驶员模式，驾驶员不需要一直对系统进行监视，但仍需在紧急情况下进行人工干预；
  • Level4–完全自动驾驶：汽车驾控主体是机器，在任何道路、任何环境下，由自动驾驶系统完全自动控制车辆，乘坐人员只需输入目的地，系统自动规划路线，检测道路环境，最终到达目的地；

• 自动驾驶汽车分级如下表所示：

  自动驾驶分级		名称	定义	驾驶操作	周边监控	接管	应用场景
  NHTSA	SAE
  L0	L0	人工驾驶	由人类驾驶者全权驾驶汽车	人类驾驶员	人类驾驶员	人类驾驶员	无
  L1	L1	辅助驾驶	车辆对方向盘和加减速中的一项操作提供驾驶， 人类驾驶员负责其余的驾驶动作	人类驾驶员和车辆	人类驾驶员	人类驾驶员	限定场景
  L2	L2	部分自动驾驶	车辆对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶， 人类驾驶员负责其余的驾驶动作	车辆	人类驾驶员	人类驾驶员
  L3	L3	条件自动驾驶	由车辆完成绝大部分驾驶操作， 人类驾驶员需保持注意力集中以备不时之需	车辆	车辆	人类驾驶员
  L4	L4	高度自动驾驶	由车辆完成所有驾驶操作， 人类驾驶员无须保持注意力， 但限定道路和环境条件	车辆	车辆	车辆
  	L5	完全自动驾驶	由车辆完成所有驾驶操作， 人类驾驶员无须保持注意力	车辆	车辆	车辆	所有场景

• SAE分级是大多数政府和企业使用的标准；美国交通运输部在2016年9月发布关于自动化车辆的测试与部署政策指引时，明确将SAE International J3016标准确立为自动驾驶车辆定义的全球行业参照标准；

1.2 中国自动驾驶分级

• 中国自动驾驶汽车分级如下表所示：

  智能化等级	等级名称	等级定义	控制	监视	失效应对	典型工况
  人监控驾驶环境
  1	驾驶辅助(DA)	系统根据环境信息执行转向和加减速中的一项操作，其他驾驶操作都是由人完成	人与系统	人	人	车道内正常行驶，高速公路无车道干涉路段，停车工况
  2	部分自动驾驶(PA)	系统根据环境信息执行转向和加减速操作，其他驾驶操作都由人完成	人与系统	人	人	高速公路及市区无车道干涉路段，换道、环岛绕行、拥堵跟车等工况
  自动驾驶系统监控驾驶环境
  3	有条件自动驾驶(CA)	系统完成所有驾驶操作，根据系统请求，驾驶人需要提供适当的干预	系统	系统	人	高速公路正常形式工况，市区无车道干涉路段
  4	高度自动驾驶(HA)	系统完成所有驾驶操作，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求，驾驶人可以对系统请求不进行响应	系统	系统	系统	高速公路全部工况及市区有车道干涉路段
  5	完全自动驾驶(FA)	系统可以完成驾驶人能够完成的所有道路下的操作，不需要驾驶人介入	系统	系统	系统	所有行驶工况

• 网联化等级如下表所示：

  网联化等级	等级名称	等级定义	控制	典型信息	传输需求
  1	$$\begin{gathered} 网联辅助 \\ 信息交互 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 基于车-路、车-后台通信， \\ 实现导航等辅助信息的获取及 \\ 车辆行驶与驾驶人操作等数据的上传 \end{gathered}$$	$人$	$$\begin{gathered} 地图、交通流量、 \\ 交通标志、油耗、 \\ 里程等信息 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 传输实时性、 \\ 可靠性要求较低 \end{gathered}$$
  2	$$\begin{gathered} 网联协 \\ 同感知 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 基于车-车、车-路、车-人、 \\ 车-后台通信，实时获取车辆周边 \\ 交通环境信息，与车载传感器的感知 \\ 信息融合，作为自车决策与控制系统 \\ 的输入 \end{gathered}$$	$人与系统$	$$\begin{gathered} 周边车辆/行人/ \\ 非机动车位置、 \\ 信号灯相位、道路 \\ 预警等信息 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 传输实时性、 \\ 可靠性要求较高 \end{gathered}$$
  3	$$\begin{gathered} 网联协同 \\ 决策与控制 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 基于车-车、车-路、车-人、 \\ 车-后台通信，实时并可靠获取 \\ 车辆周边交通环境信息及车辆决策 \\ 信息，车-车、车-路等各交通 \\ 参与者之间信息进行交互融合， \\ 形成车-车、车-路等各交通 \\ 参与者间的协同决策与控制 \end{gathered}$$	$人与系统$	$$\begin{gathered} 车-车、车-路 \\ 间的协同控制信息 \end{gathered}$$	$$\begin{gathered} 传输实时性、 \\ 可靠性要求最高 \end{gathered}$$