近四萬字來看-BMW L3自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

寶馬集團(tuán)致力于為客戶提供激動(dòng)人心的駕駛體驗(yàn)，同時(shí)確保為所有道路使用者提供一個(gè)安全的移動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛是車輛的下一個(gè)進(jìn)化階段，它為駕駛者提供了將駕駛中一些不太驚險(xiǎn)的部分，如漫長(zhǎng)的通勤時(shí)間，交給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的選擇。2018年，BMW Vision iNEXT概念車在洛杉磯國(guó)際車展上首次亮相。寶馬的第一款以有條件的自動(dòng)駕駛為功能的系列汽車--換句話說，寶馬的第一款系列汽車可以在沒有人類駕駛員在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)不斷監(jiān)控駕駛?cè)蝿?wù)的情況下自動(dòng)駕駛--將以這款iNEXT概念車為基礎(chǔ)。寶馬集團(tuán)認(rèn)為，駕駛者應(yīng)該有選擇自己駕駛或被駕駛的權(quán)利。

出于這個(gè)原因，BMW iNEXT將有兩種模式：Boost模式和輕松模式。在Boost模式下，駕駛員可以保留傳統(tǒng)的控制方式，以傳統(tǒng)的方式駕駛iNEXT。在輕松模式下，駕駛者可以激活自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，將目光從道路上移開，專注于其他活動(dòng)。 這種類型的自動(dòng)駕駛，被稱為有條件的自動(dòng)駕駛，代表了自動(dòng)化的第一個(gè)層次，在這種情況下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠在一組特定的條件下執(zhí)行完整的動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)(DDT)；然而，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)極限時(shí)，駕駛員必須準(zhǔn)備好接管控制。這些設(shè)計(jì)極限被統(tǒng)稱為設(shè)計(jì)運(yùn)行域（ODD），代表了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為運(yùn)行的物理和性能的邊界。

在iNEXT中實(shí)施的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱SAE L3級(jí)BMW ADS）的設(shè)計(jì)限制包括：僅在最高速度為85英里/小時(shí)（或最高允許速度限制）的有限通道高速公路上提供該功能，僅在天氣和環(huán)境條件允許車輛的傳感器不受損害的情況下運(yùn)行，以及其他類似情況。 本文將在以下各個(gè)方面詳細(xì)介紹美國(guó)交通部2016年聯(lián)邦自動(dòng)駕駛汽車政策及其后續(xù)修訂中強(qiáng)調(diào)的自動(dòng)駕駛的每個(gè)安全方面。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹：

人機(jī)交互：解釋了SAE L3級(jí)BMW ADS的駕駛界面是如何設(shè)計(jì)的，以提供直觀和安全的操作。

目標(biāo)和事件檢測(cè)及響應(yīng)：詳細(xì)說明系統(tǒng)如何能夠監(jiān)測(cè)和應(yīng)對(duì)其環(huán)境。

設(shè)計(jì)運(yùn)行領(lǐng)域(ODD)：如上所述，將討論系統(tǒng)的設(shè)計(jì)限制。

聯(lián)邦、州和地方法律：將討論系統(tǒng)如何納入 "道路規(guī)則"。

接管：將解釋在哪些情況下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到其設(shè)計(jì)極限時(shí)，系統(tǒng)如何將動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的控制權(quán)交還給駕駛員，或如何將車輛帶到安全的靜止?fàn)顟B(tài)。

耐撞性及碰撞后的行為：將詳細(xì)說明汽車的安全性，將詳細(xì)介紹車輛在碰撞過程中和碰撞后的安全問題。

數(shù)據(jù)記錄和共享：將討論系統(tǒng)收集哪些信息以及如何使用這些信息。

系統(tǒng)安全：將詳細(xì)說明車輛是如何進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的，以確保即使在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下也能保證安全。

網(wǎng)絡(luò)安全：將顯示系統(tǒng)是如何設(shè)計(jì)的，以避免可能影響安全的操縱。

驗(yàn)證和確認(rèn)：將討論設(shè)計(jì)過程以及如何驗(yàn)證和確認(rèn)系統(tǒng)達(dá)到其設(shè)計(jì)目標(biāo)。

消費(fèi)者教育和培訓(xùn)：將解釋寶馬將如何對(duì)其銷售人員、客戶和公眾進(jìn)行有關(guān)其系統(tǒng)的教育。 

總的來說，本文每一章將詳細(xì)介紹寶馬如何確保所有道路使用者的安全。BMW對(duì)自動(dòng)駕駛的未來充滿期待，作為智能駕駛行業(yè)中的從業(yè)者，他山之石，可以攻玉，希望本文可以為同行交流學(xué)習(xí)。

概述：寶馬的SAE L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)介紹 

自動(dòng)駕駛汽車是技術(shù)上的一個(gè)重大進(jìn)步，有可能塑造未來的汽車，甚至改變未來的出行和交通方式。更高層次的汽車技術(shù)自動(dòng)化的主要驅(qū)動(dòng)力是:

- 安全：減少由人類錯(cuò)誤造成的車禍。

- 效率和環(huán)境：通過新的城市交通解決方案，提高交通系統(tǒng)效率，減少在擁擠的交通中的時(shí)間。

- 舒適：減少司機(jī)的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

- 社會(huì)包容：增加老年人和殘疾人用戶的使用機(jī)會(huì)。

駕駛輔助和自動(dòng)駕駛的主題在寶馬集團(tuán)的未來戰(zhàn)略中起著舉足輕重的作用。在過去幾年中，寶馬集團(tuán)在開發(fā)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）與SAE L1級(jí)和L2級(jí)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，正在采取一種進(jìn)化的方法，向更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）發(fā)展。BMW iNEXT將是BMW集團(tuán)第一個(gè)提供SAE L3級(jí)（有條件自動(dòng)駕駛）ADS的車型。自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)的開發(fā)主要是在德國(guó)慕尼黑附近的Unterschleißheim的寶馬集團(tuán)自動(dòng)駕駛園區(qū)進(jìn)行的，該園區(qū)于2018年4月啟用。

BMW愿景：BMW Vision iNEXT

BMW Vision iNEXT提供了對(duì)未來個(gè)人交通的洞察力。作為寶馬集團(tuán)最新的愿景汽車之一，iNEXT象征著駕駛樂趣新時(shí)代的到來，并在2018年洛杉磯車展上進(jìn)行了全球首發(fā)。BMW Vision iNEXT將突破性的設(shè)計(jì)與公司戰(zhàn)略NUMBER ONE > NEXT中定義的未來活動(dòng)領(lǐng)域--自動(dòng)駕駛、互聯(lián)互通、電氣化和服務(wù)（統(tǒng)稱為 "ACES"）相結(jié)合，并回答了這個(gè)問題。

"當(dāng)汽車不再需要由人駕駛，但仍然可以由人駕駛時(shí)，汽車將是什么樣子？"汽車是人們生活和經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)內(nèi)在組成部分。簡(jiǎn)而言之，它是人類的一個(gè)基本需要。因此，關(guān)于未來交通的討論比以往任何時(shí)候都更多地圍繞著人、人們的情感以及交通需求和偏好展開。自動(dòng)駕駛、電氣化和越來越多的智能網(wǎng)聯(lián)所提供的可能性，將在未來為全新的體驗(yàn)和汽車旅行方式打開大門。同時(shí)，它們也有望改變?nèi)藗兊钠谕蜕盍?xí)慣。BMW Vision iNEXT的駕駛者可以選擇自己駕駛（在 "Boost"模式下）或被駕駛（在 "Ease "模式下）。

"Boost "模式使用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提供高度動(dòng)態(tài)和幾乎無聲的駕駛體驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)零排放。在 "輕松 "模式下，車輛為駕駛者和乘客提供了一個(gè)空間，無論是車輛行駛還是停車情景下，使他們能夠從事有興趣活動(dòng)。在未來，智能技術(shù)將以越來越微妙和不顯眼的方式幫助人們。在BMW Vision iNEXT中，這些技術(shù)保持在背景和視線之外--因此被稱為 " ShyTech"--只有在需要時(shí)或在駕駛員或乘客的要求下才會(huì)在車輛上應(yīng)用。

系列化生產(chǎn)的車輛：BMW iNEXT

基于BMW Vision iNEXT（該品牌的新技術(shù)旗艦）的量產(chǎn)車型將在未來幾年內(nèi)投入生產(chǎn)。BMW iNEXT的生產(chǎn)車型將在德國(guó)丁格芬工廠下線。隨著全電動(dòng)BMW iNEXT的推出，寶馬集團(tuán)將在自動(dòng)駕駛（AD）的開發(fā)和商業(yè)化方面邁出下一步。該車將提供一些高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS，見圖2）和SAE L3級(jí)BMW ADS作為可選套件。這些ADAS功能可以分為以下幾個(gè)子類別。安全輔助功能、駕駛員舒適功能和駕駛員信息。

圖2.iNEXT中的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)SAE

L3級(jí)BMW ADS功能是為了在有限的高速公路上執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)，包括自動(dòng)變道，最高速度可達(dá)85mph。因?yàn)樗荢AE L3級(jí)功能，它允許駕駛員放松，甚至從事其他事情。與所有SAEL 3級(jí)功能一樣，駕駛員/用戶必須保持足夠的警惕性，以履行他/她作為準(zhǔn)備接管用戶的責(zé)任（見圖3中的SAE L3級(jí)定義）。另一方面，駕駛員可以選擇自己駕駛（在 "Boost "模式下使用iNEXT）：車輛將像傳統(tǒng)車輛一樣運(yùn)行，駕駛員將得到ADAS的輔助功能。

圖3. 根據(jù)SAE J3016的SAE級(jí)別定義

SAE L3級(jí)BMW ADS可以識(shí)別其性能極限（見設(shè)計(jì)運(yùn)行域（ODD）），并向駕駛員發(fā)出接管請(qǐng)求（TOR），有足夠的準(zhǔn)備時(shí)間讓駕駛員在達(dá)到系統(tǒng)極限之前執(zhí)行接管（TO）。在不太可能的情況下，如果駕駛員沒有在這段時(shí)間內(nèi)接管駕駛?cè)蝿?wù)，SAE L3級(jí)BMW ADS會(huì)執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)緩解操作，即盡可能安全地使車輛完全停止（見接管（最小風(fēng)險(xiǎn)條件））。

然而，有一些駕駛?cè)蝿?wù)不屬于SAE L3級(jí)系統(tǒng)的義務(wù)，因此仍將是駕駛員的責(zé)任的一部分。駕駛員將接受有關(guān)這些責(zé)任的教育（見消費(fèi)者教育和培訓(xùn)）。這些責(zé)任包括，但不限于，以下義務(wù)：- 牌照和駕駛證。- 確保沒有對(duì)車輛進(jìn)行改裝（如改裝）。- 確保車輛有適合當(dāng)時(shí)駕駛條件的正確輪胎（冬季、夏季），并且這些輪胎處于良好狀態(tài)。- 確保車輛總體上處于良好的駕駛狀態(tài)（例如，雨刷片/擋風(fēng)玻璃沒有裂痕）。- 駕駛員適合操作車輛（沒有藥物/酒精損害，沒有瞌睡駕駛的風(fēng)險(xiǎn)）。- 駕駛員有足夠的警惕性，在SAE L3級(jí)BMW ADS的提示下，能夠接管駕駛?cè)蝿?wù)。 

1. 人機(jī)交互

"人機(jī)界面 "可以定義為互動(dòng)系統(tǒng)（軟件或硬件）的所有部分，它們?yōu)橛脩羰褂没?dòng)系統(tǒng)完成某項(xiàng)任務(wù)提供必要的信息和控制。應(yīng)用于ADS，至少人機(jī)界面應(yīng)該能夠通過各種指示器告知用戶ADS：運(yùn)行正常，目前正處于ADS模式，目前 "不可用"，遇到故障，和/或要求從ADS向用戶進(jìn)行控制轉(zhuǎn)換。SAEL3級(jí)BMW ADS是根據(jù)行業(yè)最佳實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的?？傊藱C(jī)界面允許用戶安全、舒適地使用SAE L3級(jí)BMW ADS。 以下部分的范圍是描述BMW如何設(shè)計(jì)、開發(fā)、評(píng)估、測(cè)試和驗(yàn)證其SAE L3級(jí)BMW ADS的人機(jī)界面（HMI）。幾十年來，BMW一直在設(shè)計(jì)車輛的人機(jī)界面的時(shí)候，遵循以客戶為導(dǎo)向和無干擾的駕駛體驗(yàn)的原則。隨著SAE L3級(jí)BMW ADS的推出，用戶的駕駛體驗(yàn)將得到進(jìn)一步加強(qiáng)，當(dāng)在SAE L3級(jí)BMW ADS的設(shè)計(jì)運(yùn)行域（ODD）內(nèi)操作時(shí)，他們有機(jī)會(huì)暫時(shí)將動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)（DDT）移交給ADS。通過始終讓用戶了解SAE L3級(jí)BMWADS的狀態(tài)以及他/她作為駕駛員和用戶準(zhǔn)備接管的責(zé)任，車輛的人機(jī)界面是實(shí)現(xiàn)SAE L3級(jí)BMW ADS安全和舒適使用的關(guān)鍵部件。在整個(gè)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，BMW使用最先進(jìn)的方法來確保實(shí)現(xiàn)這一愿景，從駕駛模擬器到試車場(chǎng)的駕駛測(cè)試和道路交通的研究。

1.1 自愿指導(dǎo)、最佳實(shí)踐、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)原則、內(nèi)部流程和公司政策

除了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化文件和美國(guó)交通部的聯(lián)邦自動(dòng)駕駛汽車政策指導(dǎo)中給出的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)活動(dòng)的綜合清單外，在BMW的人機(jī)界面開發(fā)過程中，考慮并應(yīng)用了一些相關(guān)的指導(dǎo)、最佳實(shí)踐、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則（見表3）。這個(gè)內(nèi)部清單不斷更新，以考慮到最先進(jìn)的科學(xué)見解。同時(shí)，BMW依靠自己的內(nèi)部流程，基于車輛的自動(dòng)化水平和預(yù)期的駕駛員參與程度。根據(jù)SAE J3016，期望為DDT準(zhǔn)備接管的用戶能夠接受任何L3級(jí)BMW ADS發(fā)出的干預(yù)請(qǐng)求，并作出適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)。當(dāng)駕駛員接管駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，SAE L3級(jí)BMW ADS應(yīng)該傳達(dá)所有必要的交通和環(huán)境信息，以確保安全駕駛。因此，為L(zhǎng)3級(jí)BMW ADS系統(tǒng)的HMI開發(fā)與驗(yàn)證提供一個(gè)量身定做的過程。為了開發(fā)一個(gè)可理解的、容易使用的、安全的SAE L3級(jí) ADS人機(jī)界面，BMW依靠基于ISO 9241 "人機(jī)交互的人機(jī)工程學(xué) "的反復(fù)以人為本的設(shè)計(jì)過程，這也指導(dǎo)BMW的評(píng)估、測(cè)試和驗(yàn)證。

這個(gè)過程的核心是四個(gè)相互依賴的以人為本的設(shè)計(jì)活動(dòng):

1.    理解并指定使用的環(huán)境

2.    指定用戶需求

3.    提出滿足這些要求的設(shè)計(jì)方案

4.    根據(jù)這些要求對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估

我們還試圖通過積極促進(jìn)自動(dòng)駕駛的人因研究方法的發(fā)展，并參與科學(xué)和公共討論，來擴(kuò)展現(xiàn)有的知識(shí)基礎(chǔ)。 

1.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

BMW認(rèn)識(shí)到，對(duì)于任何仍然依賴人類操作者作為準(zhǔn)備接管的系統(tǒng)（見SAE L3級(jí)定義），可能存在與駕駛員意識(shí)和參與有關(guān)的人為因素挑戰(zhàn)。因此，BMW的人機(jī)界面的可理解性是以安全為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)所有操作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的。這是在整個(gè)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，通過大量的人機(jī)界面評(píng)估、經(jīng)驗(yàn)性和非經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)來完成的。同樣地，在必要的時(shí)候，與其他道路使用者的溝通也被研究。為了支持用戶準(zhǔn)備接管，系統(tǒng)包括一個(gè)駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以觀察準(zhǔn)備接管的用戶是否清醒，是否坐在駕駛座上，是否系了安全帶等。為了檢測(cè)司機(jī)是否在TOR后接管了駕駛?cè)蝿?wù)，司機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還包括方向盤上的雙手檢測(cè)傳感器、轉(zhuǎn)向扭矩傳感器和踏板位置傳感器。如果駕駛員操作用戶界面元素，打開車門，或試圖換擋，這也將被傳統(tǒng)汽車中使用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器檢測(cè)到。BMW非常注意確保人機(jī)界面能夠傳達(dá)每一種操作狀態(tài)，以及所有與駕駛員相關(guān)的額外信息。

在這種情況下，如果信息能滿足以下一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)，就被定義為相關(guān)信息。- 旨在改變用戶行為的信息（例如，當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，如 "L3級(jí)BMW ADS激活"，用戶不再負(fù)責(zé)執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)）。在iNEXT中，SAE L3級(jí)BMWADS的激活將通過不同的渠道進(jìn)行溝通。一旦SAE L3級(jí)BMW ADS被激活，儀表盤上將出現(xiàn)相應(yīng)的狀態(tài)信息（見圖4）。當(dāng)SAE L3級(jí)BMW ADS被激活時(shí)，方向盤將被點(diǎn)亮為藍(lán)色。(請(qǐng)注意：所有顯示的圖像、符號(hào)、圖形、HMI元素和文本駕駛員通知都是概念性的，在此僅作說明。)

圖4. 激活SAE L3級(jí)BMW ADS（示范性描述） 

- 顯示系統(tǒng)狀態(tài)和可能的限制（例如，系統(tǒng)不可用和系統(tǒng)故障）或不同的可能操作模式（例如，SAE一級(jí)駕駛輔助或SAE二級(jí)ADAS）的信息，用戶可能會(huì)選擇。表2中總結(jié)了SAE L3級(jí)BMW ADS的一些重要狀態(tài)。

表2.SAE L3級(jí)BMW ADS的狀態(tài)