近年來，自動駕駛成為汽車行業(yè)熱點(diǎn)，但是事故頻發(fā)，商業(yè)化落地困難阻礙了自動駕駛技術(shù)快速發(fā)展。文章以駕駛安全為核心，提出了新的自動駕駛等級劃分方法并對不同等級內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。基于此方法，指出當(dāng)前自動駕駛技術(shù)發(fā)展路線弊端并規(guī)劃了一種在量產(chǎn)車上逐級釋放自動駕駛功能的技術(shù)路線，供行業(yè)參考。

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(dá)到 2.4 億輛[2]。龐大的汽車存量造成日益嚴(yán)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(rèn)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(dān)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(shí)，會根據(jù)自動駕駛技術(shù)等級進(jìn)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(jìn)產(chǎn)業(yè)政策制定，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)前，業(yè)界廣泛采用國際自動機(jī)工程師學(xué)會（SAE）的 6 級劃分方法（J3016TM）[5]，該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)定義自動駕駛級別，但缺少了對駕駛安全的考量。本文參考 J3016TM， 根據(jù)當(dāng)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(fù)雜的過程，從自動駕駛汽車事故統(tǒng)計(jì)[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(gè)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(zé)任，自動駕駛事故的范圍和數(shù)量都遠(yuǎn)低于人類。只有系統(tǒng)成熟到一定程度，能有效避免事故時(shí)，人類才能放心地把駕駛控制權(quán)交給系統(tǒng)。所以實(shí)現(xiàn)自動駕駛的首要目標(biāo)是解決安全問題，實(shí)現(xiàn)“0”事故， 次要目標(biāo)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(xiàng)多學(xué)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(dá)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(xué)習(xí)”是迄今為止最成功的機(jī)器學(xué)習(xí)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(jìn)行海量的學(xué)習(xí)和訓(xùn)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(shí)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(jìn)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(jì)

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(jì)見表 1。

表 1 自動駕駛等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

各個(gè)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(yù)警，車道偏離預(yù)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(yàn)感知系統(tǒng)的誤報(bào)率，漏報(bào)率，準(zhǔn)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(dāng)系統(tǒng)感知到危險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的干預(yù)，直到危險(xiǎn)解除后，系統(tǒng)退出干預(yù)。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(fù)合操作，如轉(zhuǎn)向+加速，轉(zhuǎn)向+制動，以及轉(zhuǎn)向時(shí)， 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(yīng)用的駕駛干預(yù)功能只涉及制動系統(tǒng)，如 AEB，ABS，ESC。單純的制動干預(yù)無法完全起到避撞作用，特別在高速行駛時(shí)，緊急制動可能導(dǎo)致連環(huán)撞車。ECE R131[9]要求進(jìn)行靜態(tài)目標(biāo)試驗(yàn)時(shí)，測試車輛應(yīng)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(dāng)駕駛員面對前方緊急情況時(shí)，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(yīng)大力發(fā)展 L2 級干預(yù)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(yù)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(xiàng)或者 2 項(xiàng)由系統(tǒng)操作，其余駕駛動作由人類操作，也就是“人機(jī)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(jī)共駕”相當(dāng)于兩個(gè)司機(jī)開車，“人”和“機(jī)”駕駛能力和決策能力不同，而且人類駕駛風(fēng)格也會隨著心情和時(shí)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(fù)擔(dān)，使駕駛員產(chǎn)生恐懼。所以 L3 級別并未實(shí)質(zhì)提高駕駛效率，只是自動駕駛過渡階段。現(xiàn)階段 L3 級應(yīng)用主要是簡單場景的泊車輔助，高速公路自適應(yīng)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(shí)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(dāng)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(jìn)行自動駕駛時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)提醒駕駛員在一定時(shí)間內(nèi)（時(shí)間足夠長，比如 10S 以上）內(nèi)接管車輛，即使駕駛員未及時(shí)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(yīng)急處理能力，不應(yīng)因事故風(fēng)險(xiǎn)，要求駕駛員隨時(shí)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(dá)目的地。人類駕駛員徹底解放。

1.1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(gè)不斷探索與循序漸進(jìn)的過程[10]。系統(tǒng)在滿足車規(guī)級同時(shí)，需要不斷完善并擴(kuò)大使用場景和適用范圍。當(dāng)自動駕駛系統(tǒng)適用條件低于人類駕駛時(shí)，應(yīng)在系統(tǒng)名稱上做明顯的標(biāo)志，以提醒消費(fèi)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(xì)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(yīng)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(jìn)演化”路線：從 ADAS 開始應(yīng)用，對自動駕駛持謹(jǐn)慎態(tài)度，注重投入與回報(bào)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)“無人駕駛”，也嚴(yán)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(gè)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(yīng)用輔助自動駕駛功能，讓用戶體驗(yàn)自動駕駛便利的同時(shí)，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(shí)現(xiàn)無人駕駛。因?yàn)樵撀肪€越過 L2 階段，對道路風(fēng)險(xiǎn)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(dǎo)致安全事故。實(shí)質(zhì)上，該路線并未真正降低駕駛員勞動強(qiáng)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(gè)環(huán)節(jié)。通過設(shè)定虛擬場景對系統(tǒng)進(jìn)行仿真訓(xùn)練，可大大縮短了測試時(shí)間和成本，但虛擬場景所能覆蓋的真實(shí)復(fù)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(yàn)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(bào)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(jìn)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(duì)，每年 365 天，每天 24 小時(shí)不間歇地以 25 英里每小時(shí)的速度進(jìn)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(jìn)行公共道路測試的方法，成本過高，而且積累到目標(biāo)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(yùn)營累積測試?yán)锍蹋煌氖牵詣玉{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(yù)警功能，訓(xùn)練 L1 級感知能力，識別風(fēng)險(xiǎn)能力，并向駕駛員學(xué)習(xí)避險(xiǎn)操作。

b） L1 級成熟后，車輛釋放 L2 功能。在危機(jī)時(shí)刻干預(yù)油門，制動，轉(zhuǎn)向，避免碰撞，人類駕駛員可以隨時(shí)中斷干預(yù)駕駛，接管車輛，直到“安全防撞系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“0”事故。在這一過程中。系統(tǒng)模擬 L4 級自動駕駛，下達(dá)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(dá)的指令和司機(jī)操作的吻合度，并向駕駛員學(xué)習(xí)， 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(shí)僅需要駕駛員監(jiān)督車輛運(yùn)行，在必要的時(shí)候接管車輛，即使人類不接管，車輛會自行開到安全地帶。

a） 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(shí)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。

結(jié)束語

在自動駕駛輔助技術(shù)（如 V2X，電子導(dǎo)航地圖）幫助下， 無人駕駛終將實(shí)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(wù)公司租賃無人駕駛汽車，因?yàn)?10 年租賃費(fèi)用遠(yuǎn)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(fèi)用， 這些全部由公司負(fù)責(zé)，但是需要用戶把車輛 90%的閑置時(shí)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(dá) 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?yàn)樽詣玉{駛汽車服務(wù)。這時(shí)誕生一個(gè)新職業(yè)，自動駕駛社區(qū)管理員， 負(fù)責(zé)管理附近的無人駕駛汽車。當(dāng)無人駕駛汽車進(jìn)站充電的同時(shí)，管理員組織人員對車輛進(jìn)行清潔，檢修維護(hù)，充滿電后，超市人員將客戶網(wǎng)絡(luò)下單的貨物放進(jìn)后備箱，無人駕駛汽車載貨回家。