摘要：隨著智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，城市導(dǎo)航輔助駕駛（UNOA）已成為智能駕駛技術(shù)新的研發(fā)熱點(diǎn)。面對(duì)各項(xiàng)用戶體驗(yàn)場(chǎng)景的優(yōu)化開(kāi)發(fā)，UNOA智能駕駛區(qū)域的覆蓋度不斷拓展，其安全策略的開(kāi)發(fā)成為新的技術(shù)關(guān)隘，特別是面向紅綠燈路口的通行策略，以及與弱勢(shì)交通參與者的混行策略是UNOA的安全設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。對(duì)場(chǎng)景的機(jī)器駕駛到人工駕駛的接管可控性進(jìn)行研究，提出低成本解決方案設(shè)計(jì)的核心技術(shù)要點(diǎn)，并通過(guò)安全測(cè)試驗(yàn)證，提出了全鏈路安全設(shè)計(jì)技術(shù)方案，以期為UNOA的安全策略開(kāi)發(fā)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：智能駕駛；功能安全；城市導(dǎo)航輔助駕駛；可控性

0 前言

在城市導(dǎo)航輔助駕駛（UNOA）這個(gè)全新的智能駕駛功能領(lǐng)域，其可預(yù)知的安全問(wèn)題在各種事故的追蹤報(bào)道下愈發(fā)受到人們的關(guān)注和重視，因此基于安全技術(shù)的研究成為智能駕駛或自動(dòng)駕駛必不可少的一環(huán)。然而，在提升用戶體驗(yàn)和控制開(kāi)發(fā)成本的雙重壓力下，安全技術(shù)開(kāi)發(fā)的落實(shí)與技術(shù)分析過(guò)程往往因缺乏宣傳賣點(diǎn)而被忽略。本文以UNOA路口通行場(chǎng)景的功能安全開(kāi)發(fā)為例，對(duì)智能駕駛安全策略開(kāi)發(fā)展開(kāi)研究，并提出解決方案，以期為智能駕駛安全領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)特征點(diǎn)的安全解讀提供參考。

1 場(chǎng)景分析和安全驗(yàn)證需求

為了明確分析UNOA路口場(chǎng)景的安全設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)相關(guān)安全設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，該安全評(píng)估可通過(guò)嚴(yán)重度（S值）、暴露度（E值）、可控性（C值）分析，得出汽車安全完整性等級(jí)（ASIL），形成危害分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（HARA），詳見(jiàn)表1。其中，S值、E值、C值的評(píng)估來(lái)源于GB/T 34590.3—2022 《道路車輛 功能安全 第3部分：概念階段》和SAEJ 2980—2018 《危險(xiǎn)分類的注意事項(xiàng)》等標(biāo)準(zhǔn)。由表1可得，對(duì)應(yīng)到路口通行場(chǎng)景的應(yīng)用，雖然ASIL的功能安全等級(jí)為C級(jí)，但是單個(gè)制動(dòng)或轉(zhuǎn)向的執(zhí)行部件均達(dá)不到C級(jí)要求，因此需要通過(guò)冗余系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)，但這也將面臨各項(xiàng)應(yīng)用場(chǎng)景及成本的挑戰(zhàn)。

為了解決這些方案設(shè)計(jì)的認(rèn)同性問(wèn)題，對(duì)駕駛員C值的要求進(jìn)行專項(xiàng)論證，以期從實(shí)際測(cè)試中明確理論需求是否存在可降低的空間，尋找駕駛員在通過(guò)路口[1]時(shí)是否具有可控制性，以及能否通過(guò)及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)丟失進(jìn)行接管以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本均衡或方案優(yōu)化來(lái)滿足安全設(shè)計(jì)的要求。為此，提出可控性測(cè)試驗(yàn)證要求，見(jiàn)表2。根據(jù)該實(shí)際測(cè)試要求進(jìn)行試驗(yàn)樣本安排和測(cè)試資源組織。

1. 1 測(cè)試資源

1. 1. 1 仿真及車輛資源

測(cè)試需要基于車輛的載體，并結(jié)合實(shí)際的仿真場(chǎng)景，使測(cè)試具有可信度，試驗(yàn)的環(huán)境和設(shè)備如圖1所示。

1. 1. 2 測(cè)試數(shù)據(jù)采集

測(cè)試數(shù)據(jù)采集通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備Vector CANoe和仿真環(huán)境數(shù)據(jù)記錄儀完成，經(jīng)整車診斷接口連接，可在測(cè)試過(guò)程中實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)變化情況。車內(nèi)被測(cè)人員的實(shí)時(shí)反應(yīng)情況由車輛內(nèi)分析員進(jìn)行視頻記錄和日志文件記錄，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)分析，確保與駕駛員的動(dòng)作保持一致。

1. 1. 3 測(cè)試人員

邀請(qǐng)不同性別、年齡、駕齡、具有輔助駕駛經(jīng)驗(yàn)的駕駛員23名，同時(shí)需要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)記錄人員1名（負(fù)責(zé)整車數(shù)據(jù)錄制及視頻記錄）。其中，男性與女性的人數(shù)比例為3∶2。

1. 2 測(cè)試過(guò)程和數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)0.4g的制動(dòng)下存在不可控的接管風(fēng)險(xiǎn)。因此，以此工況進(jìn)行分析匯總示例，將12個(gè)產(chǎn)生碰撞的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（見(jiàn)表3），從而為C值定義的合理性提供依據(jù)。

1. 3 測(cè)試結(jié)果分析

在測(cè)試樣本中，有12個(gè)與路口的行人產(chǎn)生碰撞，碰撞時(shí)的相對(duì)車速最大為35.7 km/h，駕駛員制動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間最大為2.3 s。由此可知，這與功能安全定義的駕駛員可控性的要求相差甚遠(yuǎn)。按照小于90%的駕駛員能控制規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)為C3，測(cè)試結(jié)果不滿足駕駛員的可控性要求（約50%的駕駛員產(chǎn)生了碰撞），故可控性等級(jí)為C3。本驗(yàn)證結(jié)果為達(dá)到ASIL C要求提供了良好的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。隨后，對(duì)0.3g、0.5g和0.7g的測(cè)試工況進(jìn)行論證，同樣出現(xiàn)了大于50%的碰撞行人情況，這更明確了該數(shù)據(jù)樣本量在可控性方面數(shù)值結(jié)果的置信度。

經(jīng)技術(shù)評(píng)估，由于影響因素太多，無(wú)法使UNOA的路口通行情況總不出現(xiàn)大于0.3g的減速度范圍的應(yīng)用。因?yàn)殡S著環(huán)境和場(chǎng)景的變化，制動(dòng)要求難以保障可預(yù)見(jiàn)性的提前減速，而且在跟車行駛時(shí)，無(wú)法約束前車不進(jìn)行制動(dòng)。

2 安全策略的設(shè)計(jì)

從縱向控制的設(shè)計(jì)鏈路進(jìn)行分析，可以得出，輔助駕駛控制器以達(dá)到ASIL C的控制估算進(jìn)行開(kāi)發(fā)，共有2種推薦方案。一種是架構(gòu)冗余設(shè)計(jì)，另一種是以增補(bǔ)駕駛員制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的方式進(jìn)行低成本設(shè)計(jì)方案。

本文以增補(bǔ)駕駛員制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的低成本方案進(jìn)行詳細(xì)的安全策略設(shè)計(jì)，具體包括以下4個(gè)方面：

（1） 感知模塊分解。將感知模塊基于特征識(shí)別進(jìn)行分解，拆分為一個(gè)ASIL B的感知模塊和一個(gè)ASIL A的感知模塊。由于市場(chǎng)上單個(gè)傳感鏈路產(chǎn)品超過(guò)ASIL B的數(shù)量極少，按現(xiàn)有技術(shù)方案，能最大限度節(jié)省材料成本。

（2） 規(guī)劃決策軟件模塊開(kāi)發(fā)。按照ASIL C的要求開(kāi)發(fā)規(guī)劃決策的軟件模塊。首先，確認(rèn)路口定義的特征點(diǎn)，并圈定范圍車輛位置范圍；其次，進(jìn)行減速度的處理模塊，以確定當(dāng)前的減速度是需要增補(bǔ)制動(dòng)，還是處于駕駛員原本就可以自己接管踩剎車的情況。根據(jù)距離與位置情況[2]，分別進(jìn)行1.7～2.3 s（根據(jù)實(shí)車標(biāo)定）的制動(dòng)增補(bǔ)時(shí)間。

（3） 降級(jí)補(bǔ)償時(shí)間響應(yīng)模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)降級(jí)補(bǔ)償時(shí)間響應(yīng)模塊，根據(jù)駕駛員實(shí)際制動(dòng)踩下的情況進(jìn)行適時(shí)退出時(shí)間的處理。對(duì)于反應(yīng)快、能及時(shí)接管車輛的駕駛員，實(shí)際不會(huì)有感覺(jué)；對(duì)于當(dāng)前實(shí)際目標(biāo)已退出，確實(shí)需要解除制動(dòng)的駕駛員，可以通過(guò)油門超控來(lái)安全快速通過(guò)路口。

（4） 執(zhí)行控制模塊開(kāi)發(fā)?；诋?dāng)前電機(jī)響應(yīng)設(shè)計(jì)平臺(tái)產(chǎn)品均最高AISL B的情況，對(duì)執(zhí)行控制模塊進(jìn)行冗余方案開(kāi)發(fā)，從而使整體安全目標(biāo)滿足ASIL C。安全架構(gòu)如圖2所示。

由本設(shè)計(jì)的安全架構(gòu)可知，單域控滿足ASIL C的設(shè)計(jì)需求的關(guān)鍵模塊在于：

（1） 感知和定位模塊結(jié)合，得出路口范圍圈的有效值（如圖3所示），從而在該有效值內(nèi)若啟用制動(dòng)，進(jìn)行增補(bǔ)的安全機(jī)制有效。

（2） 減速度觸發(fā)值評(píng)估[3]，得出大于0.2g以上的減速度均進(jìn)行安全降級(jí)機(jī)制增補(bǔ)的設(shè)計(jì)條件，且增補(bǔ)時(shí)間按照測(cè)試得出的最長(zhǎng)2.3 s進(jìn)行保險(xiǎn)設(shè)計(jì)，或取1.7 s進(jìn)行高覆蓋范圍的常規(guī)安全設(shè)計(jì)，以兼顧用戶體驗(yàn)。選擇0.2g以上為門限值是依賴于駕駛員的感知能力和緊急性，若小于此值，基本說(shuō)明接近于滑行值，通常在遠(yuǎn)距或極低速才出現(xiàn)的控制，駕駛員可以常規(guī)可控。

（3） 降級(jí)補(bǔ)償時(shí)間響應(yīng)，進(jìn)行執(zhí)行控制層的前端安全輸入的請(qǐng)求不會(huì)丟失的保障性設(shè)計(jì)，使之達(dá)到ASIL C的最低要求。在制動(dòng)距離人員混行風(fēng)險(xiǎn)高的區(qū)域進(jìn)行感知出錯(cuò)的預(yù)防性時(shí)間增補(bǔ)，若真的丟失目標(biāo)為漏識(shí)別目標(biāo)，駕駛員有足夠的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)對(duì)接管制動(dòng)的動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)UNOA的路口通行安全策略的分析和論證，將功能安全的軟件架構(gòu)開(kāi)發(fā)和方案規(guī)避與風(fēng)險(xiǎn)情況都進(jìn)行了剖析，為行業(yè)在這個(gè)方面的研究提供了一個(gè)實(shí)例參考，也為功能安全目標(biāo)設(shè)計(jì)和安全架構(gòu)過(guò)程應(yīng)用在輔助駕駛系統(tǒng)中進(jìn)行了有效探索。安全開(kāi)發(fā)需要行業(yè)共同努力，更是對(duì)評(píng)估駕駛員解決風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)際有效性和合理性的方法創(chuàng)建研究基礎(chǔ)。

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