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什么是你心中的L3自动驾驶?L3和L4的本质区别在哪里?

2021-04-08       浏览:  
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为何关于“自动驾驶”的定义争论不休?L3和L4的本质区别是什么?


什么是你心中的L3自动驾驶?L3和L4的本质区别在哪里?(图1) 

目前,对于L3自动驾驶的应用有明显的分歧,这种现象在自动驾驶系统开发的现场随处可见。本文以“L3的自动驾驶:谁来驾驶?何时驾驶?如何利用自动驾驶?”为主题,为大家介绍关于L3自动驾驶的分歧和争论

“L3自动驾驶”到底是什么意思?

2017年7月,奥迪首次推出了包含自动驾驶功能的车型——新一代A8。作为奥迪的新款旗舰轿车,A8搭载了L3级(有条件自动化)自动驾驶技术。自此之后,汽车自动驾驶技术走进了大众的视野。

2014年,SAE International(国际汽车工程师协会)制订了一套自动驾驶汽车分级标准,从完全手动驾驶到完全自动驾驶,其对自动化的描述分为5个等级。L3表示自动系统既能完成某些驾驶任务,也能在某些情况下监控驾驶环境,但驾驶员必须准备好重新取得驾驶控制权。

在L0~L2,由司机负责驾驶。到了L3,自动驾驶功能的操作主要由自动驾驶系统来完成。L3是实现自动驾驶技术的重要一步, 意味着驾驶责任由人转向了系统。

什么是你心中的L3自动驾驶?L3和L4的本质区别在哪里?(图2)

 对于自动驾驶L3级别的解释十分宽泛

汽车厂商也积极从事自动驾驶的研发,目标是在2020年实现自动驾驶。但是在自动驾驶的讨论中,常有意见分歧的现象。其原因之一是对SAE所定的自动驾驶等级之间的区别没有清晰的认识。

在L3中,自动驾驶系统控制车辆期间,基本上驾驶员可以不用看向前方。但是,当系统呼叫驾驶员进行判断操作时,驾驶员必须要做出应对动作。也就是说,在这个等级下,实际上驾驶员还是必须时刻保持警惕,随时取回车辆控制权的。L3仅仅是一个定义罢了。事实上,对于L3的解释其实是比较宽泛的。SAE标准对自动驾驶的等级说明,并没有直接规定“能实现何种功能就是为自动驾驶L3”。

SAE标准中的L3定义为,即便驾驶员不操作汽车,汽车也可以行驶,这就要求系统能够识别汽车自身所在的位置的ODD(Operational Design Domain:设计运行区域)。此外,还要求自动驾驶系统有能够把握周围是否有障碍物的能力。

但是,在自动驾驶汽车中,“如果自己不是肇事者(肇事车辆),而是被后面的车辆追尾,这种情况并不在系统所能做出相应响应的范围内,于是不能识别出追尾的车辆。这算是L3吗?”

那么,把我们能做到的事情定为要达到的目标可以吗?不清楚的事情,就不能理解成为一个需要解决的课题。这说明了需要理清争议点的理由。

 一千个读者心中有一千个哈姆雷特,人们对L3的理解都不相同

普通人对“L3自动驾驶“的印象大概是相比部分自动驾驶的L2 “想要能够做更多各种各样的事”,例如,可以自动实现车道变更和汇合。

搭载在TESLA MODEL S上的自动驾驶L2是这样的:当驾驶员确认周围的安全性并操作方向灯指示器时,自动驾驶系统可以实现自动转向控制。当自动驾驶要求改变车道和汇合时,障碍也将会增多。

行驶的车辆即便有专用的行驶车道,当变更车道时,也有必要知道车辆是在2车道还是3车道。另外,如果车辆两侧都有3~4米的空间,这时是要选择好好的行驶在自己车道?还是单纯的把空间让出来就行?这要求系统有判断选择的能力。

除此之外,在车道变更之前,还需要确认将要变更行驶的车道是否有车辆驶来。时时刻刻把握路面和跟随车辆状态的不断变化,一边综合判断周围的状况,一边在恰当的时机变更车道。这需要系统具备相当高的智能识别和控制。

但是,一定是有某些功能的不能实现的情况,才判定为L3级别吧。如果存在这些L3不能实现的功能,应该要能在L4和L5实现。那么,目前为止,一个聪明的系统到底有什么是不能做到的呢?

即使是一般驾驶员常规执行的基本操作,例如车道变换和合并,如果想要自动化,也需要高度智能的系统。然而,具备这些常规操作功能的汽车,也有不能做到的事。什么是能实现的,什么是不能实现的,我和工程师朋友们可能有不同的意见,即便在工程师们之间也有可能有一些不同的见解。所以,重要的是能认识到彼此之间的差异。

L3和L4的本质区别

在L3自动驾驶中,只有当自动驾驶系统无法处理的时候,才会转交给驾驶员去控制汽车。在L4自动驾驶中,不转交给驾驶员控制其汽车,将车辆维持在安全驾驶的状态。也就是说,在判断L3和L4哪些是能做的,哪些是不能做的这一点上,系统所具有的智能程度相同。那么L3和L4之间的本质区别是什么?

L3的本质是“一种无法定义为安全的系统”。这里所说的“安全”,可能是在技术上无法实现,或者在现实行驶状态下无法判定是否“安全”。

比如,在驾驶过程中陷入困境,并且需要在高速公路上有相应的反馈和措施。在这种情况下,汽车需要明确判断保持什么样的状态才是安全的。是否立马停车就安全了呢?答案是“不一定”,在路边停车不一定安全。

不能实现和定义安全,而且不能对安全的状态负责,从某种意义上来看,这是L3的本质。L4则可以通过上述提到的反效果来定义安全。

弹性L3和强健L4

在L3自动驾驶系统中,坐在驾驶位上的驾驶员是必不可少的。因此,当系统无法正确控制汽车的情况下,系统会让驾驶员手动操作,确保车辆继续行驶。 L3通过穿插驾驶员的操作,来确保其自动驾驶系统的弹性。

(*)弹性=尽管遇到困难,也能够适应和生存的能力。

这样想来,L4的本质就在于假设驾驶员可以完全不干预汽车的控制。据说,到了L4的目的是最终实现不需要驾驶员控制,那就必须要落实汽车的安全状态,坚固而又安全的L4便是研究员们不懈努力所要实现的结果。

L3的难题是如何管理驾驶位上的驾驶员的状态。保证所谓的备份,就算客户(Fallback ready user)可以坐在驾驶位上,并处于“舒适”和“合法”的状态,这是非常难的。

从某种意义上来说,越是不用考虑人为因素的设计方法越是更简单的(L4),这么来看的话,SAE所提出的自动驾驶等级水平,实际上是颠倒了实现L3和L4技术的等级难度。

系统的智能程度和驾驶员参与驾驶的程度

即便是将“自动驾驶L3”一概而论,其中内容也包含了各种各样的含义,并形成了不同的概念。这个概念可以分为几个阶段。比如如何控制车辆的转弯行驶和刹车?当你在多个车道上行驶时,什么时候应该改变车道?如何根据当天的时间和拥堵情况选择路线?

到目前为止, 关于自动驾驶,从车辆控制的角度出发,争论是十分激烈的。而且现阶段只是自动化操作接近达成的阶段,并没有完全实现。关于车道的选择和路线的设置,还存在一些问题,但能在一定程度上实现自动化。

另一个讨论的角度则是关于是否需要驾驶员参与系统操作。需要驾驶员参与操作的自动驾驶系统,系统所具有的智能水平以及驾驶员究竟要参与操作到什么程度,系统和驾驶员的工作如何分配,这又是另一个问题了,观点的核心也不尽相同。关于驾驶员在自动驾驶中是必要的存在,还是仅仅参与到系统操作即可,往往会被混作一谈。

关于自动驾驶,L1是完全手动驾驶,L10是完全自动驾驶的。等级划分表示了自动驾驶能分别到何种自动化程度。自动驾驶等级水平的概念中,除了驾驶员的意识和决策之外,还包括要达成自动驾驶功能的复杂程度,驾驶自动化程度,以及允许驾驶员参与操作的程度。事实证明,可以以这三个方面的核心去设计自动驾驶系统。

今后,如果技术研发成功,完全自动驾驶将会实现。在实现完全驾驶这个终极目标之前,设计一个需要驾驶员参与的自动驾驶系统,和设计一个完全不需要驾驶员参与的自动驾驶系统之间,会一直存在设计的自由度。

在目前L3的水平中,关于自动驾驶存在分歧的理由,是因为大家的方向不一致,不是以同一个的核心来看待自动驾驶。但是无论如何,不能切换到一个完全手动的状态,要适用于健康人,也要适用于残疾人,这样才是L3的自动驾驶系统。如果大家都以实现这样的L3为目标,那也是很好的。


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