一文詳解自動駕駛的動態(tài)駕駛?cè)蝿眨―DT）

本系列上篇文章《一文詳解自動駕駛的運行設(shè)計域（ODD）》解讀了什么是自動駕駛ODD，本篇文章依據(jù)SAE J3016詳細解讀自動駕駛DDT、DDT fallback、OEDR概念，后續(xù)兩篇文章將介紹低速自動駕駛（LSAD）和駕駛自動化分級。

01、動態(tài)駕駛?cè)蝿誅DT概念

動態(tài)駕駛?cè)蝿誅DT（Dynamic Driving Task）是在道路交通中操作車輛所需的所有實時操作和策略功能，不包括行程安排和目的地和航路點選擇等戰(zhàn)略功能，包括但不限于以下子任務：

a) 通過轉(zhuǎn)向控制車輛橫向運動（操作）；    b) 通過加速和減速控制車輛縱向運動（操作）；    c) 通過目標和事件檢測、識別、分類和響應準備（操作和策略）監(jiān)控駕駛環(huán)境；    d) 對象和事件響應執(zhí)行（操作和策略）；    e) 機動規(guī)劃（策略）；    f) 通過照明、鳴笛、信號、手勢等（策略）增強醒目性。其中子任務c)和d)統(tǒng)稱為對象和事件檢測與響應（OEDR）。下圖顯示了駕駛?cè)蝿盏氖疽鈭D。

駕駛的整體行為可分為三種類型：戰(zhàn)略、策略和操作（Michon，1985）。戰(zhàn)略工作涉及行程規(guī)劃，如決定是否、何時何地、如何行駛、最佳路線等。策略工作涉及在交通行程中操縱車輛，包括決定是否和何時超車或改變車道、選擇適當?shù)乃俣?、檢查后視鏡等。操作工作涉及可被視為預知或先天的瞬間反應，例如對轉(zhuǎn)向、制動和加速進行微小修正，以保持交通中的車道位置，或避免車輛道路的突然障礙或危險事件。

就DDT性能而言，L1級駕駛自動化包括最內(nèi)部環(huán)路部分的自動化（橫向車輛運動控制功能或縱向車輛運動控制功能，以及與給定車輛運動控制軸相關(guān)的有限OEDR）；L2級駕駛自動化包括最內(nèi)部環(huán)路的自動化（車輛橫向和縱向運動控制，以及與車輛運動控制相關(guān)的有限OEDR）；L3至L5級駕駛自動化包括兩個內(nèi)部環(huán)路的自動化（車輛橫向和縱向運動控制，以及完整OEDR）。注意，DDT性能不包括駕駛的戰(zhàn)略方面（例如，確定是否、何時和何地行駛）。[1]

02、動態(tài)駕駛?cè)蝿战庸蹹DT fallback概念

動態(tài)駕駛?cè)蝿战庸蹹DT fallback（Dynamic Driving Task fallback）是在相同情況下，用戶對實施DDT或達到最低風險條件的響應（1）在發(fā)生DDT性能相關(guān)系統(tǒng)故障后，或（2）在ODD退出時，或ADS對達到最低風險條件的響應。

最小風險條件MRC（Minimal Risk Condition）是一種穩(wěn)定、停止的狀態(tài)，當給定的行程不能或不應繼續(xù)時，用戶或ADS（Automated Driving System）可在執(zhí)行DDT接管后駕駛車輛，以降低碰撞風險。

L3級、L4級或L5級ADS的系統(tǒng)故障或超出ODD條件時，區(qū)分以下三個單獨的功能：（i）DDT性能，（ii）DDT接管性能，以及（iii）實現(xiàn)最小風險條件。

a) DDT性能發(fā)生在ADS功能常規(guī)/正常操作條件下，也就是說，該功能在正常運行和ODD（如果有的話）范圍內(nèi)執(zhí)行完整的DDT。

b) 當ADS無法繼續(xù)執(zhí)行完整的DDT（即在常規(guī)/正常操作下）時，會發(fā)生DDT接管。對于L3級ADS功能，人類應急準備用戶（車內(nèi)或遠程）將響應干預請求或動覺明顯的車輛故障，如果車輛保持可操作，則恢復DDT性能，如果車輛不可操作，則實現(xiàn)最低風險條件。對于L4級或L5級ADS，該功能或系統(tǒng)通過自動達到最低風險條件來執(zhí)行應急措施，例如，停到路肩上，打開危險指示燈，禁用推進系統(tǒng)，并呼叫路邊救援。（注：某些L3級功能可設(shè)計為在某些情況下自動執(zhí)行接管，并實現(xiàn)最低風險條件，如無障礙物的相鄰路肩存在時，但在其他情況下，如無此類路肩可用時，則不適用。）當ADS執(zhí)行接管時，它將車輛操縱到最小風險條件，從而結(jié)束接管響應。然而，當接管準備就緒的用戶執(zhí)行接管時，若車輛可操作，他/她可以繼續(xù)手動操作車輛，而不是達到最低風險條件。

c) L4級和L5級的接管性能和最低風險條件要求ADS在發(fā)生DDT性能相關(guān)系統(tǒng)故障或超出ODD條件后仍能正常工作。如果ADS不起作用，可采用故障緩解策略。最小風險條件取決于觸發(fā)接管時的車輛狀況及其運行環(huán)境，并可能遵循降級模式策略，該策略考慮了與持續(xù)運行、駛離道路或原地停車相關(guān)的相對風險。[1]

03、目標和事件檢測與響應OEDR概念

目標和事件檢測與響應OEDR（Object and Event Detection and Response）是DDT的子任務，包括監(jiān)控駕駛環(huán)境（檢測，識別和分類對象和事件，并準備按需要做出響應），并對這些對象和事件執(zhí)行適當?shù)捻憫锤鶕?jù)需要完成DDT和/或DDT接管）。[2]

與OEDR特別相關(guān)的ADS功能架構(gòu)元素通常包括支持以下功能的硬件和軟件組件。

1. 傳感（如毫米波雷達、激光雷達、攝像頭等）;
2. 感知（例如，道路特征分類、對象分割和分類）；
3. 世界建模（例如，持久數(shù)據(jù)映射、動態(tài)障礙跟蹤和預測等）；
4. 導航和規(guī)劃（例如，執(zhí)行響應的路徑規(guī)劃和運動控制命令）。

OEDR行為能力主要包括：

a) OEDR車輛；b) OEDR交通管制裝置和基礎(chǔ)設(shè)施；c) OEDR弱勢交通參與者、物體、動物。

▼表1  OEDR行為能力

對象和事件的檢測可能以多種方式發(fā)生。

a) ADS可能會使用一套感知傳感器，其中可能包括毫米波雷達、激光雷達、攝像頭和超聲波傳感器的組合，這些傳感器可以支持對這些物體和事件的檢測和識別。該路徑依賴于支持算法來解析和解釋這些傳感器提供的數(shù)據(jù)。

b) V2V和V2I通信能力，通過DSRC/C-V2X或其他技術(shù)，也可以在一定容量下支持檢測和識別。

c) SAE J2735基本安全信息包括有關(guān)車輛位置、速度和航向的信息，這些信息可以補充或增強ADS車載感知傳感器的測量。

d) 其他數(shù)據(jù)，如交叉口信號、相位和計時數(shù)據(jù)可以通過數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施廣播，以提供交通信號狀態(tài)的信息。

e) 許多正在開發(fā)的ADS依賴于事先收集和優(yōu)化的車載高精度數(shù)字地圖。這些地圖可能包含有關(guān)靜態(tài)對象和基礎(chǔ)設(shè)施（包括道路本身）的三維信息。地圖還可能包括重要的導航元數(shù)據(jù)，例如路段上的車道數(shù)和其他重要的車道特征（例如方向性、左轉(zhuǎn)、僅限公共汽車）、速度限制以及交通控制裝置或標記（例如停車標志、交通信號、人行橫道）。類似地，該地圖信息可用于補充或增加ADS的車載傳感器數(shù)據(jù)（反之亦然），或可單獨用于支持特定對象和事件的檢測。假設(shè)ADS已正確檢測到安全關(guān)鍵對象或事件，則它將執(zhí)行適當?shù)捻憫?。理想情況下，響應應為穩(wěn)定的控制動作或機動，使ADS能夠與附近的所有相關(guān)障礙物保持安全的避讓距離，并盡可能繼續(xù)遵守適用的道路規(guī)則和禮儀。

符合這些標準的已確定響應包括：

a) 跟車-實施橫向和/或縱向控制措施，以保持與直接領(lǐng)先車輛的安全跟車距離，同時繼續(xù)沿著當前行駛車道行駛； 

b) 加速-在適當和合法的情況下，實施縱向控制措施以提高速度；

c) 減速-實施縱向控制措施以降低速度（視情況而定）；

d) 停止-執(zhí)行縱向控制動作，以安全穩(wěn)定的方式減速至完全停止；

e) 讓路-將通行權(quán)讓給其他道路使用者；

f) 改變車道–實施縱向和/或橫向控制措施，以轉(zhuǎn)入相鄰車道；——中止換道–取消切換到相鄰車道的操作（保持或返回原始車道）；

g) 超車–實施縱向和/或橫向控制措施，以駛?cè)胂噜徿嚨溃铀僦了杷俣龋?mdash;—中止通行–取消機動以切換到相鄰車道（保持或返回原始車道）；

h) 轉(zhuǎn)彎-實施橫向和縱向控制措施，從當前道路/車道過渡到連接道路/車道；

i) 在車道內(nèi)移動–實施橫向和/或縱向控制措施，使ADS不跟隨當前車道的中心（或接近中心），但完全保持在當前車道內(nèi)；

j) 駛出車道-實施橫向和/或縱向控制措施，使ADS部分或完全駛出當前行駛車道（即一個或多個車輪穿過車道邊界）；

k) 駛出行車道/停車–實施橫向和縱向控制措施，使ADS完全退出當前活動行車道，進入路肩或停車車道并停車；

l) 向MRC過渡：——向后備準備用戶返回控制–向人類乘員/駕駛員返回縱向和橫向控制（同時提供足夠的警告）；——ADS實施最小風險機動-實施橫向和/或縱向控制行動，以實現(xiàn)最小風險條件。

文 | 吳冬升

▎參考文獻

[1] SAE J3016. Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles. 2021,4.

[2] NHTSA. A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios. 2018,9.