自动驾驶汽车概述

Chapter1自动驾驶汽车概述Outline1.1自动驾驶汽车概念与分级1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级1.1.2SAE分级的更新1.1.3中国自动驾驶分级1.2自动驾驶汽车关键技术1.3自动驾驶汽车发展现状1.4本章小结1.1自动驾驶汽车概念与分级自动驾驶汽车是指能够通过车载传感系统感知道路环境、自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的一种智能汽车。自动驾驶汽车利用多种车载传感器完整感知车辆周围的动态环境信息，这些信息包括道路、车辆位置、其它车辆与行人、障碍物等等，并控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。1.1自动驾驶汽车概念与分级自动驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。自动驾驶汽车技术架构1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级当前，全球汽车行业中两个最权威的分级系统由美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）和国际自动化工程师协会（SAE）提出。2013年，美国国家公路交通安全管理局首次发布了自动驾驶汽车分级标准，对自动化的描述分为了五个层级。2014年1月，SAE制定了J3016自动驾驶分级标准。对自动化的描述分为了L0-L5这6个等级，以区分不同层次的自动驾驶技术之间的差异。自动驾驶技术的发展并非一蹴而就，从手动驾驶到完全自动驾驶，其间需要经历相当长的缓冲时期。统一自动驾驶等级的概念对于这一发展过程具有非常重要的意义，它有助于消除人们对自动驾驶概念的混淆，实现对不同自动驾驶能力的区分和定义。1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级自动驾驶分级1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级NHTSA对于自动驾驶技术的分级包含如下所述的五个等级：(1)Level0：无自动化。没有任何自动驾驶功能、技术，司机对汽车所有功能拥有绝对控制权。驾驶员需要负责启动、制动、操作和观察道路状况。任何驾驶辅助技术，只要仍需要人控制汽车，都属于Level0。(2)Level1：单一功能自动驾驶。驾驶员仍然负责驾驶过程的绝对安全，但可以将一些控制权转移到系统管理，其中一些功能已经可以自动执行，例如自适应巡航控制（ACC）、紧急制动辅助（EBA）、车道保持支持（LKS）。1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级(3)Level2：部分自动驾驶。驾驶员和车辆协同控制，驾驶员不能在一定的预设环境下驾驶车辆，即手和脚同时离开控制，但驾驶员仍需处于待命状态，负责驾驶安全，并在短时间内随时准备接管车辆的驾驶权。例如，结合ACC和LKS形成的跟车功能。该等级的核心不是车辆需要有两个以上的自动驾驶功能，而在于驾驶已经不再是主要操纵管理者。(4)Level3：有条件的自动驾驶。即在有限的条件下实现自动控制，例如，在预先设定的路段（例如高速，低流量的城市路段）中，自动驾驶系统可以独立负责整个车辆的控制，然而，在特殊紧急情况下，驾驶员仍然需要接管，但系统需为驾驶员预留足够的警告时间。Level3级别将解放驾驶员，无需随时监控道路状况，将驾驶安全主控权交给车辆自动驾驶系统。1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级(5)Level4：完全自动自动驾驶，无须驾驶员的干预。在无须人协助的情况下由出发地驶向目的地。仅需起点和终点信息，汽车将全程负责行车安全，并完全不依赖驾驶员干涉。行车时可以无人乘坐（如空车货运)。1.1.1SAE与NHTSA自动驾驶分级SAE与NHTSA的区别主要在于对完全自动驾驶级别的划分。SAE将NHTSA的L4级别细分为L4和L5两个级别。SAE与NHTSA这两个分级标准的区别主要在于对完全自动驾驶级别的定义与划分。与NHTSA不同，SAE将其包含的L4级别再划分为L4和L5两个级别。SAE的这两个级别都可定义为完全自动驾驶，即车辆已经能够独立处理所有驾驶场景、完成全部驾驶操作，完全不需要驾驶员的接管或介入。这两个级别仍存在区别，L4级别的自动驾驶通常适用于城市道路或高速公路这类部分场景；而L5级别的要求更严苛，车辆必须在任何场景下做到完全自主驾驶。SAE的分级是大多数政府和企业使用的标准。美国交通运输部在2016年9月发布关于自动化车辆的测试与部署政策指引时，明确将SAEInternationalJ3016标准确立为自动驾驶车辆定义的全球行业参照标准。在此之后，来自全球各地的多家企业单位都认可并效仿该标准，评定和研发自身的自动驾驶产品。1.1.2SAE分级的更新随着汽车行业自动化系统技术的不断提升，为了更加正确的引导自动驾驶汽车行业的发展，SAE对参照标准进行了多次更新。2018年修订版SAEJ3016TM《标准道路机动车驾驶自动化系统分类与定义》进一步细化了每个分级的描述。1.1.2SAE分级的更新SAE在更新版本的标准中，提出了动态驾驶任务，并依据动态驾驶任务的执行者和具体内容来定义自动驾驶处于的级别，并认为驾驶中有三个主要的参与者：用户、驾驶自动化系统以及其他车辆系统和组件。在本次SAE版本中，诸如电子稳定控制和自动化紧急制动等主动安全系统，以及其它某些类型的驾驶员辅助系统（如车道保持辅助系统等），不在此次驾驶自动化分类标准的范围之内。原因是它们并不是部分或全部动态驾驶任务(DDT)的长期运行基础，它们仅在特殊情况下针对潜在的危险情况提供暂时性的短暂干预。由于主动安全系统动作的瞬时特性，其干预措施不会改变或消除驾驶员或自动驾驶程序正在执行的部分或全部动态驾驶任务（DDT），因此这些不在自动化驾驶的范围之内。1.1.2SAE分级的更新另外，SAE在本次更新中强调了防撞功能：包含干预型主动安全系统在内的防撞功能可以配置在具备有任何级别的行驶自动化系统的车辆中。对于执行完整DDT的自动驾驶系统（ADS）功能（即级别L3-L5），防撞功能是自动驾驶系统（ADS）功能的一部分。1.1.3中国自动驾驶分级中国对自动驾驶的分级首次出现在《中国制造2025》重点领域技术路线图中，将汽车按智能化和网联化两个发展方向进行分级。与SAE自动驾驶分级基本保持对应，SAE-China将自动驾驶车辆被分为DA、PA、CA、HA、FA五个等级，考虑了中国道路交通情况的复杂性，加入了对应级别下智能系统能够适应的典型工况特征。1.1.3中国自动驾驶分级关于网联化等级，中国根据网联通信内容的区分将其进行了如表的划分：1.2自动驾驶汽车关键技术自动驾驶汽车技术架构较为复杂，涉及了多领域的交叉互容，例如汽车、交通、通信等，基于自动驾驶相关的软硬件、辅助开发工具、行业标准等各方面关键问题，自动驾驶汽车关键技术可大体划分为以下几个部分：自动驾驶汽车关键技术框架1.2自动驾驶汽车关键技术1、环境感知技术：自动驾驶汽车需要对周围环境进行实时、高质量的信息获取，以计算机视觉为核心的图像处理技术、依赖车辆与周围物体空间物理交互（激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达）的障碍物检测技术为汽车感知环境的基础技术，此外，多源信息融合也是环境感知技术中的关键与难点之一。1.2自动驾驶汽车关键技术2、智能决策技术：智能决策系统是自动驾驶汽车行驶过程中的“指挥者”，涉及到危险突发情况、优先级判别、场景特征考量、运动规划、人机实时交互等多方面的综合处理。3、控制执行技术：基于汽车这一轮式机器人的结构与动力学特点，自动驾驶系统需要基于智能决策模块形成的目标行为与轨迹完成针对车辆横、纵向运动的精准实时控制，保证汽车行驶的安全性、可靠性是控制执行技术发展的目标。1.2自动驾驶汽车关键技术4、V2X通信技术：包括车辆专用通信系统，实现车间信息共享与协同控制的通信保障机制，移动自组织网络技术，多模式通信融合技术等。1.2自动驾驶汽车关键技术5、云平台与大数据技术：包括智能网联汽车云平台架构与数据交互标准，云操作系统，数据高效存储和检索技术，大数据的关联分析和深度挖掘技术等。6、信息安全技术：包括汽车信息安全建模技术，数据存储、传输与应用三维度安全体系，汽车信息安全测试方法，信息安全漏洞应急响应机制等。1.2自动驾驶汽车关键技术7、高精地图与高精度定位技术：包括高精地图数据模型与采集式样、交换格式和物理存储的标准化技术，基于北斗地基增强的高精度定位技术，多源辅助定位技术等。8、标准法规：包括ICV整体标准体系，以及涉及汽车、交通、通信等各领域的关键技术标准。9、测试评价：包括ICV测试评价方法与测试环境建设。1.2自动驾驶汽车关键技术依据上面对自动驾驶关键技术的解析，自动驾驶汽车的核心体系又可分为感知系统、决策系统、执行系统3个层次，如图所示。1.2自动驾驶汽车关键技术其产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域，按照产业链上下游关系主要包括：1.芯片厂商：开发和提供车规级芯片系统，包括环境感知系统芯片、车辆控制系统芯片、通信芯片等。2.传感器厂商：开发和供应先进的传感器系统，包括机器视觉系统、雷达系统（激光、毫米波、超声波）等。1.2自动驾驶汽车关键技术3.汽车电子/通信系统供应商：能够提供智能驾驶技术研发和集成供应的企业，如自动紧急制动、自适应巡航、V2X通信系统、高精度定位系统等。4.整车企业：提出产品需求，提供智能汽车平台，开放车辆信息接口，进行集成测试。5.平台开发与运营商：开发车联网服务平台、提供平台运营与数据挖掘分析服务。6.内容提供商：高精度地图、信息服务等的供应商。1.3自动驾驶汽车发展现状当前全球自动驾驶产业已迎来了快速发展的机遇。全球汽车销量经过数年的增速下降之后，在2016年迎来首次增速上升，但2017年增速又开始下降，全球汽车销量的增长空间已经明显不足，车企正积极寻求突破。国外的特斯拉、谷歌，国内的百度等公司针对无人驾驶相关测试都进行了大量投入，传统汽车企业如奔驰、宝马、奥迪、本田等厂商，其自动驾驶技术安全辅助驾驶系统、车载信息服务系统已相对成熟。得益于V2X通讯技术、车载传感器技术、车辆线控技术逐渐发展和积累，自动驾驶前景受到了广泛的关注，其在市场中应用的热度也愈发高涨。1.3自动驾驶汽车发展现状智能交通一直以来都是我国交通运输领域发展的前沿方向，自动驾驶技术逐步走向成熟的过程也为智能交通产业的发展带来了良机，大力促进了交通运输领域的产业革命。我国政府对自动驾驶汽车技术的支持力度也日渐增加。“十二五”期间，国家863计划部署了对智能车路协同的关键技术的研发，在实际道路上进行了应用试验。具有自主知识产权的合作式智能运输系统、专用短程通讯等一批国家标准，也在2014年正式发布。此外，工信部于2015年发布的《中国制造2025》明确提出，我国要在2025年掌握自动驾驶的总体技术以及各项关键技术，建立起比较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系以及产业群，要基本完成汽车产业的转型升级。1.3自动驾驶汽车发展现状在政策和市场的共同作用下，我国的自动驾驶汽车技术得到了迅猛发展。国内外对于自动驾驶研发进程的推进未曾停止，相关技术的迭代与创新将让自动驾驶在不久的将来真正走进人们的日常、走进千家万户。1.4本章小结本章简要介绍了自动驾驶汽车的基本概念、关键技术和全球总体发展趋势；进一步列举了由互联网企业、零部件企业等推出的各大自动驾驶平台。自动驾驶产业正处在一个快速成长期，自动驾驶领域竞争分秒必争，主流的自动驾驶企业都在不断扩张自己的版图，各大软件平台、硬件平台技术的更迭与推进都印证着自动驾驶产业化时代的到来已经不再遥远。本章知识点小结（思维导图）自动驾驶汽车关键技术自动驾驶汽车概念与分级自动驾驶汽车发展现状第一章自动驾驶汽车概述SAE与NHTSA自动驾驶分级SAE分级的更新中国自动驾驶分级环境感知技术云平台与大数据技术智能决策技术控制执行技术V2X通信技术信息安全技术高精地图与高精度定位技术标准法规测试评价Thankyou！