自动驾驶系统功能场景系列(二):自动驾驶系统功能框架

发布日期:2021-10-15 00:43    点击次数:135

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作者 / HYZY

出品 / 焉知

本文将从用户功能及系统功能架构两个层面讨论自动驾驶系统的功能框架。

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自动驾驶系统用户功能自动驾驶系统用户功能,指的是自动驾驶系统在特定条件下展现出的、能被用户直接感知的行为。分析用户功能时,需将自动驾驶系统视为黑盒。1) 功能点提取参考市面上已出现的各类自动驾驶技术,可提取出以下自动驾驶系统功能点:

泊车Parking

ADS系统控制车辆在可用停车位内完成泊车。

车速保持Maintain Speed

ADS系统通过纵向控制维持安全车速,以保证合适的跟车距离。

跟车Car Following

ADS系统通过横纵向控制,识别并跟踪目标车辆行驶,并保证合适的跟车距离。

车道居中Lane Centering

ADS系统通过横向控制保持车辆在车道内行驶。

变道/超车Lane Switching/Overtaking

ADS系统根据路径规划或风险避让需求,控制车辆变道或超车。

增强与其它交通参与者的交互Enhancing Conspicuity

ADS系统通过控制灯光、信号装置等措施与其它交通参与者进行交互。

并道Merge

ADS系统识别可用车道及匹配车速,控制车辆并入目标车道。

驶入/驶出匝道Navigate On/off Ramps

ADS系统控制车辆驶入/驶出匝道。

遵守驾驶法规Follow Driving Laws

ADS系统可遵守各地不同的驾驶法规(跟车距离、限速、交通标志等)。

环岛引导Navigate Roundabouts

ADS系统确定道路通行权、驶入、引导和驶出环岛,并与周边其它道路使用者的必要交互。

路口引导Navigate Intersection

ADS系统确定道路通行权、驶入、引导和驶出路口,包括了对信号灯、停车标志、4/3/2多车道信息的处理及与周边其它道路使用者的交互。

人行横道引导Navigate Crosswalk

ADS系统确定道路通行权、驶入、引导和驶出人行横道,并与周边其它道路使用者的必要交互。

施工区域引导Navigate Work Zone

ADS系统确定道路通行权和交通模式、驶入、引导和驶出施工区域,并与周边其它道路使用者的必要交互。

N-Point Turn

ADS系统控制车辆在狭窄空间内交替进行多次前进、后退(转向),调整行驶方向。

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图 1  N-Point Turn

掉头U-Turn

ADS系统确定道路通行权,控制车辆掉头,并与周边其它道路使用者的必要交互。

路径规划Route Planning

ADS系统使用各种道路信息决策行驶路径。2) 常见自动驾驶系统对应的功能点目前典型的自动驾驶系统ADS可分为以下七种类型:

L3级自动驾驶:Traffic Jam Pilot(TJP)

L3级自动驾驶:Highway Pilot(HWP)

L4级自动驾驶:Low Speed Shuttle

L4级自动驾驶:Automated Valet Parking (AVP)

L4级自动驾驶:Automated Emergency Take-Over

L4级自动驾驶:Highway Drive

L4级自动驾驶:Robo-taxi

每种类型包含的功能点见下表1。表 1  典型自动驾驶系统包含的功能点

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自动驾驶系统的功能架构为总体系统架构的一个层级,主要描述了自动驾驶系统内部功能要素组成及各功能要素之间的交互关系。自动驾驶系统的通用功能架构见下图2。

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自动驾驶系统功能架构

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 图 2  自动驾驶系统通用功能架构图2中关键功能要素介绍如下:

环境感知

环境感知传感器需要获取所有外部信息,用以创建世界模型。需要检测的实体包括但不限于定义可行驶区域的设施、弱势道路使用者、障碍物、交通标志和声音信号。

先验感知

主要包括高精地图和GNSS定位,用于“检测”环境感知传感器无法轻易检测到的物体,或提供冗余感知信息源。

解释与预测

基于知识、规则和经验,对其它道路使用者的行为进行预测。

定位

结合环境感知及先验感知信息,精确地知道自车的位置

自车运动

实时检测自车当前运动状态,主要包括:轮速/车速、横摆角速度、纵向加速度、横向加速度、方向盘转角等。

驾驶规划

在不影响舒适度或交通流量的情况下,制定可以实现无碰撞驾驶的驾驶策略。

运动控制

为实现所需的车辆运动,需根据规划路径,向纵向运动控制及横向运动控制执行器输出精确控制命令。

人机交互

提供了人与系统之间的交互界面,用于交换信息及操作。

驾驶员状态确定

用于检测驾驶员属性,例如驾驶员注意力分散或对驾驶模式混淆。

车辆状态

自动驾驶系统除承担动态驾驶任务外,还需承担对车辆状态的监控和维护职责,具体包括:− 能源存储系统的状态,例如燃料或电池电量等;− 轮胎压力− 油温和油位;− 车门状态。

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