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自动驾驶从小白到小强48～设计运行域ODD
2024-10-15 07:33:08· 来源：智驾小强
1.什么是智驾系统的ODD
2.自动驾驶系统ODD的组成要素
3.ODD边界的确定和应用
1.什么是智驾系统的ODD
许多企业在宣传自己的智驾功能时，经常会出现“7×24小时”、“全国哪里都能开”、“全天候”等字眼。
事实真的如此么？驾驶员不系安全带时智驾功能能激活么？车辆转弯时智驾功能能激活么？车辆换道压线时智驾功能能激活么？暴雨天气时智驾功能能激活么？车辆处于倒挡时智驾功能能激活么……
想必大多问题的答案都是：“不能”。因为当前还没有能达到L5级的完全自动驾驶系统。
L1～L4级驾驶自动化系统都会有一个运行设计域ODD（Operational Design Domain），即智驾系统正常工作的范围。
智能驾驶系统的设计运行域ODD（Operational Design Domain）：是指在设计智能驾驶功能时所确定的本车状态和外部环境条件，这些条件限定了智能驾驶系统能够安全、有效地运行的范围，包括车辆状态（速度、故障、载荷等）、道路类型（高速、城市、乡村、有无车道线等）、交通状况（正常、拥堵、紧急、施工等）、天气条件（晴天、雨天、雪天、沙尘、雾霾等）、光照条件（白天、夜晚有/无路灯、逆光、背光等）等多种因素。
SAE J3016《驾驶自动化分级》标准提供了一个驾驶自动化的分类法，详细定义了六个级别的智驾系统，从无驾驶自动化（0级）到完全驾驶自动化（5级）：
L0级：无驾驶自动化（无智驾功能，无ODD限制）；
L1级：驾驶员辅助（智驾系统提供横向控制或纵向控制功能，如自适应巡航ACC功能、车道保持辅助LKA功能等，有ODD限制）；
L2级：部分驾驶自动化（同时提供横向和纵向辅助，如R79法规定义的B1型ACSF功能，有的公司叫ICA、ICC，有ODD限制）；
L3级：有条件驾驶自动化（需要后备驾驶员及人工驾驶装置，如R157法规定义的高速车道保持系统ALKS，有ODD限制）；
L4级：高度驾驶自动化（不需要后备驾驶员及人工驾驶装置，有ODD限制）；
L5级：完全驾驶自动化（自动驾驶的终极理想状态，无ODD限制）。
由前文可知：智驾系统的作用是执行部分动态驾驶任务DDT（L1、L2级辅助驾驶系统）或执行全部动态驾驶任务DDT（L3、L4、L5级自动驾驶系统）。
自动驾驶合规宝典2～什么是自动驾驶系统
智驾系统执行DDT的能力与该系统的设计运行域ODD有关，例如，自适应巡航控制（ACC）的具体实现可以仅在高速【30~150km/h】、低速（0~30km/h】或全速域【0~150km/h】（ACC Stop&Go自动跟停起步）下工作。
L1到L4级智驾功能都明确考虑了操作设计域（ODD）的限制。相反，L5级和L0级智驾系统没有ODD限制。因此，准确描述某一智驾功能（L0级和L5级除外）需要同时明确其驾驶自动化水平和运行设计域（ODD）。
这种驾驶自动化水平和ODD的结合称为智驾功能的使用规范，不同的智驾功能具有不同的使用规范。由于每个级别的驾驶自动化水平存在各种各样的智驾功能，不同的智驾功能自然也会对应不同的ODD（例如，L3级的ALKS限定在高速使用，ODD就会涉及到地理围栏；L4级别的ADS包括停车&泊车、高速&低速、地理围栏等，ODD范围会更广泛）。
确立清晰的ODD对于保证智能驾驶系统的安全性至关重要。它为用户、汽车制造商、认证测试机构、保险公司、公安监管机构等提供了清晰的指导和标准，有助于智能驾驶系统在预定的环境和条件下安全、正常工作。
2.自动驾驶系统ODD的组成要素
自动驾驶系统ODD主要由车辆状态、基础设施、外部环境、地理围栏、其它道路使用者ORUs等组成。
2.1 车辆状态
车辆状态的稳定性和可靠性直接关系到自动驾驶系统能否在预定的ODD内正常工作。车辆的硬件和软件配置无报警、无故障是ADS系统ODD的基本要求，如：
传感器的要求：例如，ADS功能的正常工作对传感器脏污、老化、过温、视觉传感器逆光&背光、遮挡等情况的要求；
计算平台的可靠性要求：例如，ADS功能的正常工作对计算平台的负载要求（环境复杂度骤变、计算平台过温等都会影响计算平台的负载）、对计算平台冗余备份的要求等；
执行机构的响应速度要求：车辆的载荷质量&载荷分布、制动液液位、刹车片磨损情况、刹车片温度、转向系统故障等都会影响车辆执行机构的响应速度。
2.2 基础设施
自动驾驶系统能够运行的道路类型、道路表面、道路边缘和道路几何等。
不同类型的道路（如高速公路、城市道路、乡村道路等）、不同的道路表面条件（如沥青、混凝土、砂石、潮湿、冰雪等）、不同的道路边缘（路沿石、草坪、砂石、泥土等）、不同的车道线（实线、虚线、导流线、减速线、可变车道线、双黄线等）、不同的道路几何（路面斜率、坡度、弯道曲率半径等）都会影响自动驾驶系统的设计和运行。
自动驾驶系统ODD至少需要明确上述基础道路设施的要求。
2.3 驾驶操作限制
自动驾驶系统ODD至少需要明确ADS最大运行速度限制和适用的交通条件等。这些限制定义了自动驾驶系统在特定道路和交通状况下的操作范围，如限速区域、拥堵路段、事故现场、长期/临时施工等。
2.4 周边物体
自动驾驶系统ODD至少需要明确影响ADS感知和定位的物体，包括交通标志、限速标牌、其他道路使用者ORUs（如其他车辆、行人、电动车/摩托车/自行车骑行者）和非道路使用者物体（如牛/羊/麋鹿/袋鼠等动物、掉落的轮胎/货物/石块等障碍物）。
2.5 连接性
自动驾驶系统ODD至少需要明确ADS车辆与其他车辆、基础设施、交通管理系统等的连接通信能力。这包括基于V2V（车对车）、V2I（车对基础设施）和V2N（车对网络）的技术实现的协同工作。
2.6 环境条件
自动驾驶系统ODD至少需要明确风、雨、雪、雨夹雪、雾霾、沙尘、冰雹等天气条件，以及不同的光照度（如白天、黎明、黄昏、夜晚、路灯等）对ADS车辆性能的影响。这些环境条件会直接影响自动驾驶系统的感知、决策和控制能力。
2.7 运行区域
自动驾驶系统ODD至少需要明确ADS车辆在特定地理区域内的限制，如国家、城市、学校区域、长期/短期施工区域、交通管制区域等。
对于给定的智能驾驶功能，其ODD可能包含一组广泛的参数（如车辆状态、道路条件、天气条件等），这些参数定义了该智驾功能在指定的道路环境中安全运行的限制。它包括范围广泛的变量，如特定道路类型、天气条件、照明条件、地域限制以及是否存在某些道路特征，如车道标线、路侧护栏、中央隔离带等。给定的智驾功能只有一个运行设计域（ODD），但此ODD可能是多种多样和多方面的。
尽管ODD是由多个变量组成的，但说一个智驾功能具有多个ODD是不准确的。只有当ODD定义的所有变量都满足设计标准时，功能才会按设计运行。
3.ODD边界的确定和应用
在封闭区域运营的L4级ADS如无人港口AGV、无人矿山车、无人机场摆渡车等已经存在了几十年，这类车辆的ODD非常简单，控制良好，物理封闭（车辆在固定路线上运行；物理屏障防止入侵；免受外部事件、天气等的影响）。
这种高度结构化和简单的ODD使得实现L4级驾驶自动化在技术上不那么具有挑战性。然而，L3级ADS功能主要是在混合交通的开放道路上操作车辆，如R157-ALKS在高速公路上操作车辆，会涉及到人机共驾、ALKS车辆与人类驾驶的M类和N类车辆的交互、还会涉及在恶劣天气环境中操作车辆。
城区L3还会涉及到路口博弈、红绿灯交互、行人&骑行者的监测与响应等。由于L3级驾驶自动化面临更复杂和非结构化的ODD，在ADS能力方面将面临更高的技术门槛。
联合国NOA法规R171-DCAS规定的ODD边界申报模板详见前文：
联合国辅助驾驶法规R171对L2+级自动驾驶DCAS的要求⑧
确定自动驾驶系统的ODD边界是一个复杂的过程，在确定自动驾驶系统各功能的ODD边界时，需要综合考虑第2章中描述的车辆状态、基础设施、操作限制、环境条件、运行区域等各种可能的情况和因素，并进行大量的测试和验证。
这些测试和验证通常包括仿真测试、封闭场地内轨道测试和真实道路测试等。在实际应用中，自动驾驶系统还需要不断适应和应对各种复杂的环境变化。
通过明确自动驾驶系统各功能的ODD边界：
（a）车企可以依据ODD制定产品的功能和安全标准；
（b）测试机构可以据此制定安全测试用例并出具认可性的测试报告；
（c）终端用户也可以通过用户手册了解自动驾驶系统在特定条件下的运行情况；
（d）保险机构在保费制定和事故理赔方面有据可依；
（e）安全监管机构可以通过智驾功能的ODD以及事故发生时的交通场景进行事故责任划分。
随着自动驾驶技术的不断发展和完善，相信未来自动驾驶系统的ODD边界将会更加广泛和灵活，能够更好地适应各种复杂的环境和场景。同时，也需要加强相关法规和标准的制定和完善，以确保自动驾驶技术的安全、有序发展。
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