李德海

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361023）

前言

汽車自發(fā)明以來，經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分。2017年，世界范圍內(nèi)銷售汽車9680萬輛[1]，2018年底，中國汽車保有量達到2.4億輛[2]。龐大的汽車存量造成日益嚴重的交通擁堵，環(huán)境污染，能源消耗等社會問題。自動駕駛技術(shù)被認為是解決這些問題的有效方法，但近幾年，自動駕駛汽車事故頻發(fā)，如：2016年5月7日，特斯拉一輛開啟“自動輔助駕駛”的轎車撞上一輛貨柜車，駕駛員身亡[3]；2018年3月18日晚，美國亞利桑那州一名女子被Uber自動駕駛汽車撞傷之后，不幸身亡[4]。這引起人們對自動駕駛安全性的擔憂，并迫使我們重新審視和思考自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。

通常，企業(yè)在研發(fā)自動駕駛產(chǎn)品時，會根據(jù)自動駕駛技術(shù)等級進行產(chǎn)品定位并制定技術(shù)路線圖，所以合理的自動駕駛等級劃分可有效促進產(chǎn)業(yè)政策制定，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向。當前，業(yè)界廣泛采用國際自動機工程師學會（SAE）的6級劃分方法（J3016TM）[5]，該標準依據(jù)動態(tài)駕駛?cè)蝿斩x自動駕駛級別，但缺少了對駕駛安全的考量。本文參考J3016TM，根據(jù)當前自動駕駛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，以駕駛安全為核心，提出一種新的自動駕駛等級劃分方法和技術(shù)發(fā)展路線。

1 自動駕駛等級劃分方法

1.1 自動駕駛等級劃分基本原則

1.1.1 安全優(yōu)先

汽車駕駛是非常復雜的過程，從自動駕駛汽車事故統(tǒng)計[6]中可以分析出，自動駕駛系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）在感知和決策方面仍然存在缺陷。雖然系統(tǒng)可以避免人類誤操作，并且不知疲倦，但是面對緊急意外情況，仍然無法正確處理。在整個行駛域中，人類駕駛事故和自動駕駛事故關(guān)系可以用圖1表示。我們希望，即使是第三方責任，自動駕駛事故的范圍和數(shù)量都遠低于人類。只有系統(tǒng)成熟到一定程度，能有效避免事故時，人類才能放心地把駕駛控制權(quán)交給系統(tǒng)。所以實現(xiàn)自動駕駛的首要目標是解決安全問題，實現(xiàn)“0”事故，次要目標才是代替人。

圖1 人類駕駛事故與自動駕駛事故關(guān)系圖

1.1.2 逐步接管駕駛權(quán)

自動駕駛是一項多學科融合、多技術(shù)集成的新技術(shù)，系統(tǒng)控制器多采用人工智能技術(shù)，是自動駕駛最核心部分。人工智能水平?jīng)Q定了系統(tǒng)的“智力”水平，目前，人工智能只達到嬰兒階段[7]，它不具有根據(jù)邏輯推理掌握新知識的能力。“監(jiān)督學習”是迄今為止最成功的機器學習方式[8]。對于自動駕駛系統(tǒng)，人類駕駛員是最好的老師。系統(tǒng)需要在人類駕駛員參與下，進行海量的學習和訓練，才能不斷完善成熟。也就是說，系統(tǒng)需要在人類的監(jiān)督和幫助下，逐步接管駕駛權(quán)。自動駕駛成熟的過程也是人工智能邁向更高階段的過程。

1.1.3 關(guān)注執(zhí)行層

自動駕駛系統(tǒng)分感知層，決策層，執(zhí)行層，分別代替人的眼睛，大腦，手腳。實際上。對于自動駕駛，不管感知和決策采用何種技術(shù)手段，最終體現(xiàn)自動化水平的是執(zhí)行層，是自動駕駛對車輛的橫向和縱向控制能力。所以自動駕駛可以按照系統(tǒng)對車輛加速，制動，轉(zhuǎn)向的控制能力進行劃分，并配以使用條件說明。

1.2 自動駕駛等級劃分設(shè)計

基于以上原則，自動駕駛可以分L1～L5五級，其中L1～L3為自動駕駛系統(tǒng)輔助人類駕駛，稱為高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）；L4為人類輔助自動駕駛系統(tǒng)；L5為完全的自動駕駛，不需要人類輔助，稱為無人駕駛。自動駕駛等級劃分設(shè)計見表1。

表1 自動駕駛等級劃分標準

各個級別的含義和解釋如下：

L1級：車輛的加速，制動，轉(zhuǎn)向完全由人類操作,系統(tǒng)只提供警示，提示類信息，主要目的是提高駕駛安全性和舒適性，如前撞預警，車道偏離預警，盲區(qū)檢測，疲勞駕駛提醒等。對于自動駕駛系統(tǒng)，這一級別主要體現(xiàn)系統(tǒng)感知水平，考驗感知系統(tǒng)的誤報率，漏報率，準確度，算法邏輯合理性等。

L2級：車輛的加速，制動，轉(zhuǎn)向由人類操作。當系統(tǒng)感知到危險狀況并判斷駕駛員未采取安全操作或者操作不足以規(guī)避風險時，系統(tǒng)進行短暫的干預，直到危險解除后，系統(tǒng)退出干預。汽車行駛安全問題主要來自碰撞（前撞，后撞，側(cè)撞等），人類駕駛的避撞操作除了單一的加速，轉(zhuǎn)向，制動，更多的是復合操作，如轉(zhuǎn)向+加速，轉(zhuǎn)向+制動，以及轉(zhuǎn)向時，加速和制動不同頻率的切換，汽車駕駛避撞操作見圖 2。目前市場化應用的駕駛干預功能只涉及制動系統(tǒng)，如 AEB，ABS，ESC。單純的制動干預無法完全起到避撞作用，特別在高速行駛時，緊急制動可能導致連環(huán)撞車。ECE R131[9]要求進行靜態(tài)目標試驗時，測試車輛應降低車速減少碰撞損失，而非避免和前車相撞，目的是為了避免后車追尾。在行駛中，當駕駛員面對前方緊急情況時，除了制動，一般會采取轉(zhuǎn)向+制動，以避免事故。所以現(xiàn)階段應大力發(fā)展L2級干預駕駛技術(shù)，如自動緊急加速（AEA），自動緊急轉(zhuǎn)向（AES），以及AEB，AEA，AES相互之間的協(xié)作。越過L2級的自動駕駛技術(shù)想要提高行車安全，需設(shè)置較高的安全閥值，降低行駛效率，這樣會造成交通擁堵，違背了研發(fā)自動駕駛的初衷。L2級干預駕駛成熟后，可真正起到避撞作用，為最終無人駕駛打下安全基礎(chǔ)。

圖2 汽車駕駛避撞操作模型

L3級：車輛的加速，制動，轉(zhuǎn)向中的1項或者2項由系統(tǒng)操作，其余駕駛動作由人類操作，也就是“人機共駕”。正如上文所說，駕駛是加速，轉(zhuǎn)向，制動相互協(xié)作的過程，“人機共駕”相當于兩個司機開車，“人”和“機”駕駛能力和決策能力不同，而且人類駕駛風格也會隨著心情和時間急迫度發(fā)生變化，相互之間很難默契配合。這會給駕駛員造成很大心理負擔，使駕駛員產(chǎn)生恐懼。所以L3級別并未實質(zhì)提高駕駛效率，只是自動駕駛過渡階段?，F(xiàn)階段L3級應用主要是簡單場景的泊車輔助，高速公路自適應巡航（ACC）等。

L4級：加速，制動，轉(zhuǎn)向全部由系統(tǒng)操作，駕駛員需根據(jù)系統(tǒng)請求接管車輛。車輛在大部分時間自動駕駛，但車上仍然需要配備駕駛員，駕駛員手腳可以離開方向盤和踏板做其它事情。當系統(tǒng)感知環(huán)境變化無法執(zhí)行駕駛動作，或者系統(tǒng)出現(xiàn)未知錯誤無法繼續(xù)進行自動駕駛時，系統(tǒng)及時提醒駕駛員在一定時間內(nèi)（時間足夠長，比如10S以上）內(nèi)接管車輛，即使駕駛員未及時接管，車輛可自行減速行駛到安全地帶。需要注意的是，L4級別的自動駕駛系統(tǒng)已經(jīng)具備L2級應急處理能力，不應因事故風險，要求駕駛員隨時立即接管車輛，那樣駕駛員需始終保持注意力集中，如果分心或者睡著，就會釀成事故，行駛安全無法保障。

L5級：無人駕駛階段，從出發(fā)地到目的地，加速，制動，轉(zhuǎn)向全部由系統(tǒng)操作，車輛可以不配備駕駛員，系統(tǒng)感知和決策能力，冗余技術(shù)完全可以保障車輛高效、安全地到達目的地。人類駕駛員徹底解放。

1.3 自動駕駛適用條件說明

我們期望全天候，全路況使用自動駕駛汽車，這要求系統(tǒng)使用環(huán)境不低于人類駕駛，但自動駕駛發(fā)展過程中，技術(shù)從無到有，再到成熟，是一個不斷探索與循序漸進的過程[10]。系統(tǒng)在滿足車規(guī)級同時，需要不斷完善并擴大使用場景和適用范圍。當自動駕駛系統(tǒng)適用條件低于人類駕駛時，應在系統(tǒng)名稱上做明顯的標志，以提醒消費者防止誤用。建議在系統(tǒng)名稱的右上角增加“R”（R表示Restrict），如AEBR，L3R，并對限制使用條件做詳細說明。以家用轎車為例，自動駕駛系統(tǒng)適用環(huán)境和場景如表2所示，不滿足這些使用條件的自動駕駛系統(tǒng)應增加限制使用說明。

表2 自動駕駛系統(tǒng)適用條件

2 自動駕駛技術(shù)路線分析與規(guī)劃

2.1 目前主流自動駕駛技術(shù)路線

“漸進演化”路線：從ADAS開始應用，對自動駕駛持謹慎態(tài)度，注重投入與回報的平衡，傾向于研發(fā)現(xiàn)階段可量產(chǎn)的ADAS產(chǎn)品，并逐步研發(fā)到無人駕駛階段。這種路線安全穩(wěn)定，但對自動駕駛技術(shù)投入的不足，會導致其在未來產(chǎn)品競爭中處于劣勢。大部分傳統(tǒng)車企和零部件企業(yè)走這種相對保守的路線。

“革命性”路線：一開始就研發(fā)L4或者L5級自動駕駛汽車，追求無人駕駛的快速落地，但現(xiàn)有技術(shù)瓶頸難以快速突破，即使實現(xiàn)“無人駕駛”，也嚴重依賴高精度地圖和循跡技術(shù)。對道路環(huán)境要求高，只能在特定的區(qū)域和環(huán)境下使用。一般科技公司走這種技術(shù)路線，如谷歌。近幾年，越來越多的傳統(tǒng)車企也加入到這個陣營，如福特，通用。

“特斯拉”路線：在搭載自動駕駛系統(tǒng)硬件的汽車上，首先應用輔助自動駕駛功能，讓用戶體驗自動駕駛便利的同時，幫助其不斷積累測試數(shù)據(jù)，通過軟件升級完善自動駕駛系統(tǒng)，最終實現(xiàn)無人駕駛。因為該路線越過 L2階段，對道路風險識別和控制能力不足，所以要求駕駛員雙手不能離開方向盤，如果駕駛員分心，容易導致安全事故。實質(zhì)上，該路線并未真正降低駕駛員勞動強度。

2.2 自動駕駛技術(shù)路線規(guī)劃

自動駕駛離不開大量測試，測試一般經(jīng)過軟件在環(huán)，硬件在環(huán)，車輛在環(huán)，封閉場地測試和公開道路測試5個環(huán)節(jié)。通過設(shè)定虛擬場景對系統(tǒng)進行仿真訓練，可大大縮短了測試時間和成本，但虛擬場景所能覆蓋的真實復雜的交通環(huán)境非常有限，而且仿真的效果受限于技術(shù)人員駕駛經(jīng)驗和水平。公開道路測試是自動駕駛最有效測試方法，根據(jù)美國蘭德公司報告[11]：在95%置信水平下，要證明自動駕駛汽車事故死亡率低于人類（人類駕駛汽車每1億英里死亡1.09人），需要進行2.75億英里以上的安全行駛測試，采用100輛車組成的車隊，每年365天，每天24小時不間歇地以25英里每小時的速度進行測試，大概需要12.5年。這種通過配備駕駛員的測試車輛進行公共道路測試的方法，成本過高，而且積累到目標里程數(shù)要數(shù)年。本文推薦的技術(shù)路線參考“特斯拉”路線，利用安裝自動駕駛系統(tǒng)的量產(chǎn)汽車，通過市場化運營累積測試里程，不同的是，自動駕駛功能要從L1到L5逐級釋放。具體技術(shù)路線規(guī)劃如下：

a）裝備自動駕駛系統(tǒng)的汽車大量投放市場，首先開放預警功能，訓練 L1級感知能力，識別風險能力，并向駕駛員學習避險操作。

b）L1級成熟后，車輛釋放L2功能。在危機時刻干預油門，制動，轉(zhuǎn)向，避免碰撞，人類駕駛員可以隨時中斷干預駕駛，接管車輛，直到“安全防撞系統(tǒng)”實現(xiàn)“0”事故。在這一過程中。系統(tǒng)模擬 L4級自動駕駛，下達指令給線控系統(tǒng)，但是線控系統(tǒng)并不執(zhí)行命令（L2級指令除外），系統(tǒng)會對比下達的指令和司機操作的吻合度，并向駕駛員學習，完善控制算法。

c）L2級別成熟以后，自動駕駛汽車具有行駛安全保障能力，系統(tǒng)釋放 L4級功能，這時僅需要駕駛員監(jiān)督車輛運行，在必要的時候接管車輛，即使人類不接管，車輛會自行開到安全地帶。

d）隨著L4級別技術(shù)成熟，人接管車輛的概率越來越低，直到不需要接管，實現(xiàn)L5級無人駕駛。車上不需要駕駛員，乘客可自由選擇自動駕駛模式，如舒適模式、效率模式、緊急模式。

L2 和L4是自動駕駛發(fā)展的最關(guān)鍵階段，也是最漫長的階段，但是借助產(chǎn)品市場化大大縮短技術(shù)研發(fā)周期和成本。如果全球每年有1百萬臺汽車安裝自動駕駛系統(tǒng)，每臺車行駛1萬公里，每年可以累積行駛里程1百億公里。

3 結(jié)束語

在自動駕駛輔助技術(shù)（如V2X，電子導航地圖）幫助下，無人駕駛終將實現(xiàn)，并改變我們的生活方式。可以憧憬的未來可能是這樣的：世界上，私家車數(shù)量將減少 4/5，人們不用考駕照，也不需要購買汽車，而是向出行服務公司租賃無人駕駛汽車，因為10年租賃費用遠低于汽車貶值，租賃汽車更劃算，而且用戶不需要支付加油，充電，保養(yǎng)維修等費用，這些全部由公司負責，但是需要用戶把車輛90%的閑置時間交由公司管理，作為共享汽車接客，收益雙方共享。無人駕駛汽車將改變汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，汽車制造廠淪為代工廠，出行公司每次向代工廠下達10萬臺甚至百萬臺訂單。此外，充電站，加油站，洗車店，超市，全部集中在同一區(qū)域為自動駕駛汽車服務。這時誕生一個新職業(yè)，自動駕駛社區(qū)管理員，負責管理附近的無人駕駛汽車。當無人駕駛汽車進站充電的同時，管理員組織人員對車輛進行清潔，檢修維護，充滿電后，超市人員將客戶網(wǎng)絡下單的貨物放進后備箱，無人駕駛汽車載貨回家。