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什么才是真正的L3自动驾驶?

来源:hdmap 浏览次数:230 发布日期:2020-06-23

我在德国读博期间的课题是把组合优化应用到图像处理,博士毕业后收到了德国两家Tier1(一级)供应商无人驾驶感知(视觉)算法工程师/研发工程师的oFFer,后选择了其中的一家入职,在ADAS事业部-摄像头部门-机器学习组,从事无人驾驶计算机视觉系统的算法、软件方面的研发,所以对自动驾驶定义和发展还是有一些个人见解的。

一、德国无人驾驶落地的现状

德国作为汽车工业大国,为人所熟知的奔驰、宝马、奥迪,以及大众、保时捷、欧宝,都产自德国。德国汽车产业之所以这么发达,离不开德国汽车配件供应商Tier 1 Supplier(一级制造供应商)的贡献,例如全球排名前列的博世集团(Bosch)和大陆集团(Continentall)。而无人驾驶系统,通常由Tier1生产并供应给主机厂。当然,也有Waymo、Uber和华为等破局者加入,良好的研发及制造业基础使得德国的无人驾驶具有得天独厚的先发优势。然而,如果从自动驾驶汽车的上市产品数量上来看,国内自动驾驶汽车的发展速度(尤其是L3级别的自动驾驶汽车)是要快于德国市场的。

实际上,德国L3无人驾驶的研发落地碰到了诸多障碍。前段时间,奥迪A8宣布放弃2021引入L3自动驾驶量产计划,可以说是给德国自动驾驶发展的当头一棒。要知道,奥迪早在2011年就开始进行L3自动驾驶的研究,并在2017年率先在奥迪A8推出了L3自驾技术的Traffic Jam Pilot(TJP),如今突然宣布放弃,给市场带来的震动可想而知。

奥迪放弃自动驾驶有三个原因:

首先,是L3定义不清晰导致政策法规难以建立。实际上奥迪一直等待各国L3自动驾驶相关政策落地。但直到现在,国际监管机构连最基本的L3自动驾驶功能的审批流程都没有达成一致,其主要市场的几个国家也没有出台相关L3上路政策。而明年新款A8就要上市,可能是等不起了,因此不得不放弃L3级别的自动驾驶汽车。

其次,现有技术难以保证L3自动驾驶百分百安全。这里主要的问题是缺少高精地图,我们在后文会有详细说明。

最后,是燃油车平台对高阶自动驾驶限制较多,无法发挥高阶自动驾驶技术优势。

奥迪暂停L3自动驾驶量产计划的三个原因中,最为重要的是第一个问题,即L3定义不清的问题,也是各国没有出台L3相关政策的关键。因此想要量产L3级别自动驾驶,需要厂商具备强大技术储备,并给出清晰的L3自动驾驶定义才能实现。

世界范围内的无数厂商都想打开高阶自动驾驶的大门。相比国外厂商,国内车企在L3自动驾驶方面的发展还要更快一些。就在最近,广汽新能源对L3自动驾驶技术进行了全面的讨论,给出L3具体定义:高精地图全路段全速域的自动驾驶。简单说,就是在高精地图覆盖的中国所有的高速公路和城市快速路,0-120km/h全速域的自动驾驶。从而开启了高阶自动驾驶的旅程。这将在后文进一步地进行介绍,在那之前,我们还是首先来聊聊自动驾驶的分级体系。

二、SAE分级体系的六个等级

在对自动驾驶汽车的描述上,NHTSA 和SAE 采用了类似的分级体系,NHTSA 将非自动驾驶与自动驾驶分为了5个等级,而SAE是6个等级。SAE更为常用,它的六个等级分别是非自动化、辅助驾驶、半自动化、有条件的自动化、高度自动化和全自动化。

Level 0 非自动化(No Automation)

Level 0被称为“非自动化”,是驾驶员具有绝对控制权的阶段。

Level 1 辅助驾驶(Driver Assistance)

Level 1被称为“辅助驾驶”。在Level 1阶段,系统在同一时间至多拥有“部分控制权”——要么控制转向,要么控制油门/刹车。当出现紧急情况突发时,司机需要随时做好立即接替控制的准备。并且人类需要对周围环境进行监控。

Level 2 半自动化(Partial Automation)

Level 2被称为“半自动化驾驶”。与Level 1不同,Level 2阶段转移给系统的控制权从“部分”变为“全部”,也就是说,在普通驾驶环境下,驾驶员可以将横向和纵向的控制权同时转交给系统。并且人类需要对周围环境进行监控。

Level 3 有条件的自动化(Conditional Automation)

Level 3被称为“有条件地自动化”,是指系统完成大多数的驾驶操作,仅当紧急情况发生时,驾驶员视情况给出适当的应答的阶段。此时,系统接替人类,对周围环境进行监控。

Level 4 高度自动化(High Automation)

Level 4被称为“高度自动化”,是指自动驾驶系统在驾驶员不出做“应答”的条件下,也可以完成所有的驾驶操作的阶段。但是,此时系统仅支持部分驾驶模式,并不能适应于全部场景。

Levle 5 全自动化(Full Automation)

Level 5被称为“高度自动化”,与Level 0、Level 1、Level 2、Level 3、Level 4最为主要的区别在于,系统能够支持所有的驾驶模式。在这一阶段中,可能将不再会允许驾驶员成为控制主体。

通过划分控制主体(普通、紧急)、环境监控主体与系统支持的驾驶模型,我们可以将L0至L5的特征总结如下(表1):

来源:The Liability Problem of the Subjects in Automatic Driving and its Solution [1]

我国的《<汽车驾驶自动化分级>推荐性国家标准报批公示》也类似(表2):

三、究竟什么是真正的L3自动驾驶?

前文提到,目前法规中没有明确L3的定义。而广汽新能源率先给出的L3场景及功能定义是:高精地图全路段全速域自动驾驶,是首批给出明确L3定义的汽车厂商。

我把这个定义解读为:以高精地图数据为主,以感应器数据为辅,可以实现法定限速内全速域、全路况的自动驾驶,才是真正的L3级别自动驾驶。只能实现部分速域(如长安L3的0-40KM/h)或依靠道路标线识别的产品,严格来说只能算是升级版的L2级别自动驾驶。

在SAE的分级体系中,L0至L2为低等级的驾驶系统,而L3至L5为高级自动驾驶系统。在L2到L3的跨越中,最为重要的就是环境的监控主体从驾驶员变为了系统。只有当系统能够自动地探查与分析附近区域的状况时,高阶的自动驾驶才能成为可能。

需要说明的是,这里的环境监控主体不仅需要持续不断地获取汽车周边的环境信息,更重要的是根据信息进行驾驶环境安全状况的判定。因此仅仅拥有夜视(Night Vision)、交通标志识别(Traffic Sign Recognition)等功能并不代表环境监控主体为系统。

因此,仅仅升级L2自动驾驶的摄像头与雷达,已经不能满足系统接管汽车时对环境监控的需求,直到高精地图的出现才解决了这个问题。高精地图对于L3自动驾驶的重要性可以体现为4点:

(1)提供精准度更高更安全的地图

要让交通工具自己拥有可以做出行为判断的超级大脑,这就对地图精准度要求极高,定位的偏差会造成系统无法获取准确车道定位,在转向、变道等情况下可能发生安全风险。普通的导航地图只能为驾驶员提供道路信息,而高精地图则专为自动驾驶而生。我们日常所使用的电子地图,都是基于商用GPS,精度为5米左右,而高精地图定位精度达到0.1m,直接服务于智能驾驶决策控制器。

(2)在恶劣天气下保障安全

自动驾驶安全性常常受到恶劣天气的威胁,例如光线、浓雾、雨雪等。这种情况下传感器受到影响甚至失灵。高精地图的优势在于可以弥补传感器数据缺失,利用高精地图数据对前方1km的道路情况进行补充。无论是在日常驾驶还是浓雾环境,高精地图都能更精确、全面地感知前方路况,行车安全性得到更高保障。

(3)高速过弯时获取路况信息

当车辆处在高度过弯状态时,由于车载传感器的局限性,无法对弯道后路况进行提前监测,这时候自动驾驶系统就会将自动驾驶回归于人。高精地图的优势就显现出来了。有了高精地图后,可提前获取前方道路的限速、弯道曲率等信息,为车辆提供超视域的路径规划和决策依据,可安全舒适的通过。

(4)高效静态物体判断力

搭载高精地图后,自动驾驶能让监测系统更加智能,提前去除路灯、标志牌等固有静态物体,让资源集中在动态物体监测,这无疑增加了系统运行效率、提高了传感器监测精度、提升了自动驾驶安全性。

以上四点对于实现环境监控而言都是至关重要的。当前全球主流汽车的自动驾驶水平普遍在L1到L2级别,而没能广泛实现自动驾驶技术的跨越,很大程度上就是因为高精地图的缺失。可以说,高精地图是L3及以上自动驾驶的关键钥匙,离开了高精地图,高阶自动驾驶只能是“空中楼阁”。

四、如何实现真正的L3自动驾驶:高精地图+高精雷达+智能摄像头

在L3的环境监控系统中,高精雷达和智能摄像头对于我们来说可能更加熟悉,他们是组成广汽新能源L3“三重感知”技术的其余两个重要部分。

当前,单独实现高精雷达和智能摄像头的厂商不少,但像广汽新能源ADiGO自动驾驶系统同时这种同时实现“高精地图+高精雷达+Mobileye EyeQ4摄像头”的量产车型就比较少见了。三重感知技术,成为全球首批可量产交付的L3自动驾驶系统。

在ADiGO 3.0自动驾驶系统的加持下,广汽新能源埃安 LX成为全球首批量产L3级自动驾驶车型。

首先在高精雷达+智能摄像头方面,埃安 LX拥有23个智能感应装置,包括17个雷达、4个全景摄像头、1个智能摄像头及1个疲劳检测传感器。

其次是高精地图方面。埃安 LX搭载的全球首批可交付应用的中国高精地图精度达到了10厘米,能实时获取车辆所处道路的车道级定位及信息,为系统提供安全冗余。

可以说,超一流的硬件组合配合高精地图,使埃安 LX实现真正意义上的L3自动驾驶。广汽新能源也成为极少见的能够在「全路段,全速域」上实现真正L3的厂商。

据消息透漏,具备L3自动驾驶的埃安LX已完成120000公里的路试,即将在今年7月正式量产、交付。而广汽新能源最新产品“下一代智能SUV”埃安V也将紧随埃安LX后实现L3自动驾驶的量产搭载。

五、总结

通过以上对功能和应用场景的分析,我个人认为广汽新能源所给出的这一L3定义(高精地图下实现全路况全速域自动驾驶),是符合用户需求及未来发展的。

自动驾驶的目的不仅在于解放双手,更重要的是保护驾乘人员的安全。从这个角度上看,环境监控是整个自动驾驶系统的重中之重,也是区别低级自动驾驶系统(L0至L2)与高级自动驾驶系统(L3至L5)的分水岭。

如何在极端情况下保证自动驾驶系统的安全性,是每一个自动驾驶汽车厂商都不得不思考的问题。“高精地图+高精雷达+Mobileye EyeQ4摄像头”创新的三重感知方案,三者融合互补,实现超视觉、超传感器边界的全场景超强感知,很好地解决了极端环境下的环境监控问题。因此,它不仅是目前最优的解决方案之一,也是未来的趋势。

广汽新能源ADiGO3.0自动驾驶系统已经第一批交出了L3级别的答卷,其他厂商是否会迎头赶上,共同推进高阶自动驾驶系统的发展,让我们拭目以待。欢迎知友在下方评论区一起探讨对L3自动驾驶的看法。

标签:  L3自动驾驶
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