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叶凌峡:化繁为简是L3自动驾驶系统工程化的关键

化繁为简是工程化的关键;稳定性、可靠性、可追溯性是产品落地的根本要求,因此L3系统需要做到以下三点:硬件标准化、软件模块化、开发流程化。9月11日晚,在《中国汽车报》与

 “化繁为简是工程化的关键;稳定性、可靠性、可追溯性是产品落地的根本要求,因此L3系统需要做到以下三点:硬件标准化、软件模块化、开发流程化。”9月11日晚,在《中国汽车报》与广州智能网联汽车示范区运营中心联合推出的“2020智能网联汽车精品课”第24讲中,驭势科技上海自动驾驶技术部总监叶凌峡以“基于量产的L3自动驾驶系统开发”为主题,从需求及应用场景分析、L3系统架构设计及要点、L3自动驾驶系统的增强设计、迈向L3量产的工程化辅助技术等方面,解读了L3自动驾驶系统开发的相关情况。

  应用场景:涵盖自主领航和自主跟随

  “L3有条件的自动驾驶,就是在特定驾驶模式下,由自动驾驶系统完成所有驾驶操作,人类驾驶员需要在特殊情况发生时,适时对系统提出的干预请求进行回应。”叶凌峡讲到,进入到L3级自动驾驶后,人类驾驶员能真正脱离出来,把驾驶系统的控制权交给自动驾驶系统。所以,L3级自动驾驶是真正的自动驾驶,需要解决的系统问题与之前的ADAS系统、L2级系统是不一样的。因此,具备L3级自动驾驶功能的车辆,必然要兼容ADAS系统功能。

  叶凌峡表示,L3级自动驾驶系统的应用场景,主要是高速公路自主领航(HAP)、拥堵交通自主跟随(TJP)。

  就高速公路的自主领航而言,一是具备车辆识别、车道识别、道路可行驶区域识别、位置定位等能力,可一键设定车辆行驶目的地。二是具备高速公路自主驾驶全局规划能力,可实现自主变道、自主超车、自主上下匝道等操作。三是高速公路自动驾驶全程无需驾驶员操作,仅当自动驾驶车辆到达目的地或者车辆出现故障时,系统进入安全控制模式并提醒驾驶员接管。

  而拥堵交通自主跟随方面,一是具备车辆识别、前车行驶路径预测、车道识别、位置定位等能力,可跟随前方车流自主驾驶。二是具备车辆持续跟踪能力,实时监测车辆四周情况,与四周拥堵车辆保持安全距离,实时计算前方车流的行驶路径,采用自主跟随策略。三是拥堵路段全程无需驾驶员操作,直至交通拥堵状态解除。四是车速提升至时速60公里以上退出自主跟随功能,并在退出前主动提醒驾驶员接管。当驾驶员未接管或出现车辆故障时,系统则进入安全控制模式并保持提醒。

  架构设计:感知+决策+执行

  “自动驾驶系统由感知+决策+执行组成,架构设计也是由此展开。”叶凌峡讲解,感知包括视觉、毫米波雷达、激光雷达、超声波、GPS等;决策包括融合、定位、决策规划等;执行包括车辆纵横向控制。

  在冗余设计上,分为对称全冗余架构、非对称主辅冗余架构。

  其中,对称全冗余架构方面,第一系统包括多种类感知传感器组合、感知融合模块、规划决策模块;第二系统包括多种类感知传感器组合、感知融合模块、规划决策模块。两个系统共同构成冗余系统管理模块,成为车辆控制模块的组成部分。

  非对称主辅冗余架构方面,主系统包括多种类感知传感器组合、感知融合模块、主线规划决策模块;辅系统包括AI摄像头、辅线规划决策模块。二者共同构成冗余系统管理模块,同样成为车辆控制模块的组成部分。

  L3级自动驾驶算法组成,包括感知系统开发、规划系统开发、策略逻辑开发、控制系统开发。其中,感知数据融合的精髓是取长补短,具体包括:一是毫米波雷达具有全天候工作能力,较高的测量精度,不会漏报;二是摄像头能够识别不同的物体,但测量精度较差,很少误报;三是激光雷达测量精度高,但成本高,计算量大。感知数据融合算法的常规步骤有:一是数据采集及预处理;二是统一坐标系;三是数据关联+融合。

  在驾驶决策规划层面,预期动作空间是关键,即进行路径规划前需要判断行进路线范围中的可行驶区域空间。预期动作空间由道路指示层、空间障碍影响层、本车运动影响层组成。而且,车辆控制算法主要考虑的是车辆动力学、车辆纵横向控制、闭环性能;以及冗余系统切换算法。

  增强设计方面,包括车道线识别、精确测距、道路信息需求、驾驶员状态监控等。

  工程化:功能安全设计是重中之重

  “L3级自动驾驶系统的量产涉及自动驾驶系统的标定技术,主要是指传感器的标定,包括毫米波雷达标定、摄像头标定、其他感知设备。”叶凌峡表示,L3级自动驾驶系统量产的工程化设计,主要包括人机交互(HMI)设计、OTA升级设计、功能安全设计等。

  在OTA升级设计上,复杂的L3系统需要更加便捷的升级能力来提升用户的体验,实现更快修复问题、持续更新功能、定制化设计。

  在功能安全设计上,自动驾驶系统的设计首要要求就是安全第一,L3级自动驾驶系统必然需要符合功能安全设计。

  “对于迈向L3技术的量产,OTA升级技术逐渐成为发展趋势,也逐渐为广大用户所接受。”叶凌峡认为,通过OTA升级,可以更快地修复车辆的系统故障,也能够持续保持L3系统的更新,还能够根据客户的需求定制对应的设计。

  “安全相关的标准,应该从设计之初就融入到设计思想之中。”叶凌峡表示,自动驾驶系统的设计把功能安全考虑在其中之后,必然会带来一定的复杂性,但这是L3自动驾驶系统量产的必经之路。因此,功能安全设计是工程辅助化设计的重中之重。

  附:精彩问答

  在讲座之后,叶凌峡还与网友进行了问答互动。记者撷取精华,以飨读者。

  Q:L3自动驾驶系统的架构设计要注意些什么,主要包括哪几个问题?

  A:基于量产的L3自动驾驶系统,对于架构的设计来说需要注意的方向主要从系统的功能需求、系统模块的分工、功能安全的要求等几方面着手。首先,不同的功能要求影响系统的感知决策等模块的选取,例如高速自主领航系统(HAP)需要GPS全局定位能力,而交通拥堵自主跟随系统(TJP)则可以不用;其次,对于系统组成来说,不同的模块其侧重点也不同,在架构设计中需要综合考虑,平衡需求,例如毫米波雷达能全天候工作,但摄像头就受到天气的影响较大,在架构设计时就需要考虑系统的感知融合。另外,达到L3级别以上的自动驾驶系统,为了确保行驶安全,系统的冗余设计必不可少,需要提供多系统独立工作能力,否则就无法满足功能安全的要求了。

  Q:解决L3自动驾驶系统安全冗余的主要设计思路是什么?

  A:对于L3自动驾驶系统来说,其安全冗余的主要考量是保障性行驶能力的建立,这种能力可以不是系统的拷贝复制,但一定是具有独立行驶功能的自动驾驶系统。什么是具有独立行驶功能的自动驾驶系统呢,简而言之,就是具备感知、决策和执行这三大关键模块的独立系统,可以是不完整的感知,配合非全功能的决策及控制,但能够在特定的条件下控制车辆安全行驶的能力,例如智能保持车道行驶系统。

  Q:L3自动驾驶系统工程化设计的要点主要包括哪些?

  A:一个实现了功能的系统对于产品来说只是一个半成品,所谓工程化,就是将半成品的功能系统真正落地成为产品的过程,要求自动驾驶系统除了实现功能的稳定可靠之外,还必须适应汽车流水线生产的要求,正如课程介绍的关于系统诊断功能、系统标定功能、后期维护能力等,都是工程化需要实现的要点。

  Q:国内企业在自动驾驶的算法研究方面是否有自己的优势?

  A:国内企业在自动驾驶算法方面的最大优势,在于对于中国的交通状况的适应能力非常强。相对于国外企业,国内企业对中国的国情更为了解。其一,能够有针对性地对中国特色的交通状况进行算法优化,使得自动驾驶系统能够更加适合中国道路的使用;其二,能够针对中国用户的习惯,设计灵活的应用规则,使得自动驾驶算法更加人性化。
 

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