L4级自动驾驶系统的技术趋势及难点

美国汽车工程师协会（SAE）根据系统对于车辆操控任务的把控程度，将自动驾驶技术分为L0-L5，系统在L1~L3级主要起辅助功能；当到达L4级，车辆驾驶将全部交给系统，而L4、L5的区别在于特定场景和全场景应用。当前已有一部分国内主机厂在规划量产了L3级自动驾驶功能，当然真正的L3级要获得认可就必须考虑其是否获得政府机关发送的准入牌照。这里需要说明的是L3级作为一种实际上的人机共驾系统，在很多设计场景中仍然需要依靠驾驶员对系统的有效接管，而从L4级自动驾驶系统将开始实现对驾驶员的完全替代。L4级自动驾驶将是让汽车自己完全拥有环境感知、路径规划并且自主实现车辆控制的技术，也就是用电子技术控制汽车进行仿人驾驶或是自动驾驶。

L4级自动驾驶系统在真正的实际应用中，还存在着相当多的问题项，比如后续将如何具体区分L3与L4级自动驾驶系统，L4级系统升级的本质在哪里？升级后的L4自动驾驶系统对高精地图定位和建图有何特殊需求？当前已有一些园区内车型（如大型物流车、中转小巴等）已实现了局部L4级功能，那么他们相对于乘用车之间的区别在哪里？后续L4级如何实现城市道路自动驾驶?如何真正意义上的确保驾驶安全性？如上这一系列问题都是值得我们深刻探究的问题。

本文将着重挑选几个方面进行详细讲解。

L4级自动驾驶系统升级本质说明

如上所述，对于L4级以上的自动驾驶系统而言，其驾驶任务已经得到很明确的区分，对于驾驶环境仍旧定义了设计运行范围ODD，要求系统在其ODD内部的所有驾驶任务都由系统承担，且系统需要处理驾驶过程中可能出现的所有突发状况。为此，从L2到L3再到L4级的系统需求上将从本质上发生变化，具体主要有如下一些不同的驾驶策略升级。



L4级自动驾驶系统对高精地图的特殊需求

为了确保L4级自动驾驶系统功能能够在实际应中真正得以实现，首先必须搭载高精地图作为整个功能需求的核心，这里我们对整个L4系统所必需的高精地图如何应用及工作进行详细的过程梳理。

首先我们需要介绍下高精地图与自动驾驶典型架构原理。从下图中可知，高精地图汇集了包含一般地图（传统导航地图、ADAS地图、地图引擎），车身传感器（轮速传感器、转向角传感器），自动驾驶传感器（激光雷达、毫米波雷达、摄像头）的所有输入信号，并通过一定的算法进行融合，拟合输出的车道信息应该具备最优的探测结果性能。同时，在探测过程中，高精地图对车辆环境认知具备最优性能。



要了解L4级自动驾驶如何用图，就必须了解自动驾驶对高精度地图的哪些信息比较关注。通常情况下，高精地图能够为自动驾驶提供的设计运行范围ODD信息，它是整个高精地图的需求核心。在L4级自动驾驶系统中对于ODD相关的车辆环境信息需求将比L3级自动驾驶更为复杂，其对系统的影响结果也将更加显著，我们在设计过程中需要充分考虑到。如下表罗列了针对L4级自动驾驶系统功能所能产生的一系列定位或建图需求。



不同车型在地图发展策略中的应用

未来的高度自动驾驶系统会在不同的车型之间存在不同的差异，因为不同大小、类型车型所控制的L4级自动驾驶系统所承载的自动驾驶参数存在很大的差异，哪怕是同一套自动驾驶系统控制模型也会因为车辆的不同构造存在不同的控制结果。由此可见，未来L4配套的地图发展路线会偏向按照车型分为不同的领域。总体说来，不同的车型将在如下几个方面存在不同的差异。



1、道路类型：每种车型都有自己经常行驶的道路类型，每种道路类型对于高精度地图要求略有不同；

•  如公交车要求地图能够准确实时的提供在城市道路的车辆环境信息，其更关注在拥堵和复杂交通流下的信息探测（如十字路口）；

•  矿车、货车一类的大型车主要用于物流运输，则更多的是关注在高速路或快速路下的道路情况（如前方是否施工等）；

2、道路信息：不同车型对同一种道路类型、限速、限高中出现的不同路段也有不同的需求；

•  如大货车由于其自身高度较高，更关注路上的限高这一因素；

•  不同车型的限速要求不同，大型汽车限速条件更为严苛，则更加关注发出路径上的限速信息；

•  另外根据不同车型（如大货车有专用车道，小汽车无专用车道），其对车道级限速要求比较严苛，这也是对交通事故判定打下基础；



3、车道信息：不同车型载重对于坡度、弯道曲率、等信息要求

•  针对某些重型货车，其车身长度较长，则更关注弯道曲率，过大的弯道曲率可能导致无法正常过弯；

•  针对不同载重的货车，其对道路最大横坡纵坡容忍度也有差异，过大的坡度可能导致无法正常行驶；

4、导航规划路径：导航规划路径需要充分考虑车型，推荐路径需要综合考虑如上1、2、3中的因素，避免出现推荐路径对某些异型车在行驶过程中不可用的情况；



此外，针对不同车型，在地图建图的前期对地图采集的众包策略会有不同的要求，具体表现如下：

•  高精地图需针对不同车辆类型建立不同的场景采集分配比重，以各车型均关注的道路场景建立“基础纵包”，以各不同车型单独关注的道路场景增添到基础众包中；

•  各种车型由于其反应能力不同，对高精地图发出的相同信息的精度要求也不一样，在高精地图建图性能匹配时，需要充分考虑满足其精度性能的实现方案；

•  各种不同车型由于其反应能力不同，对高精地图发出信号周期也不相同，故需要针对每一款不同的车型单独提出需求来满足信号输入条件。

总结

L4级自动驾驶作为一种高度自动化的驾驶系统，在特定环境中已经完全不需要驾驶员在环进行控制和接管了。但是超越其处理极限的场景中，仍然需要驾驶员接管方向盘，这种特定区域下定义的处理极限就是我们需要重点研究的问题。本文针对L4级自动驾驶系统所关注的几个较大的技术问题进行了分析，同时也分别进行了难点解读。后续L4设计中是需要真正考虑到这些因素所产生的影响的，设计过程的场景库也应该具备完整性。