王小磊:从公交的角度解读《汽车驾驶自动化分级GB / T 40429-2021》 - 调查与观点 - 智慧交通网 ITS114.COM|领先的智能交通门户网站
  • 王小磊:从公交的角度解读《汽车驾驶自动化分级GB / T 40429-2021》

    2022-05-17 10:04:22 来源:公共交通资讯 评论:
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    王小磊:高级工程师,中国土木工程学会城市公共交通分会智库专家,曾经任重庆市公共交通控股(集团)有限公司电车公司总工程师、BRT公司书记兼副总经理、公交维修公司总经理、恒通客车顾问、吉尔吉斯斯坦共和国史德洲(Шыдыр Жол Кей Джи)有限责任公司总机械师等。

    前言

    自动驾驶这个曾经很热门的话题,随着国家标准《汽车驾驶自动化分级GB / T 40429-2021》(以下简称:《国标》)于今年3月1日正式实施的消息而重新升温。本文从公交的角度,对《国标》安装自动驾驶系统的车辆的分级进行了解读,并就《国标》可能涉及公交运营相关的问题提出了建议,希望对推进自动驾驶公交车的常态化运营有所帮助。

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    1. 《国标》对公交车智能化的指导意义

    《国标》规定的0级-5级自动驾驶分类,《国标》以自动驾驶系统能够执行的动态驾驶任务的程度为区分,根据在执行自动驾驶任务过程中自动驾驶系统与驾驶员(安全员)参与驾驶控制主次为范围,将自动驾驶划分为了0级至5级,共6个等级的驾驶自动化,也为公交车驾驶的自动化发展提供了可靠的参照标准。公共交通企业是车辆的最终用户,车辆定制化生产的比例较大,通过学习《国标》,也是为自动驾驶时代的到来所必须做的准备内容之一。基于这个观点,《国标》中的0级-3级自动驾驶系统对公交行业是具有一定的现实意义。

    2. 应急辅助-0级自动驾驶

    0级自动驾驶系统可使车辆具有持续执行部分目标和事件探测与响应的能力,只有具备可辅助并部分参与驾驶员安全驾驶的功能时,才可以定义为0级驾驶自动化。0级自动驾驶系统中,车辆控制的主体为驾驶员,自动驾驶系统仅提供部分的驾驶辅助,但不能持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制,但具备持续执行动态驾驶任务中的部分目标和事件探测与响应能力。也就是说具备环境感知能力的功能,如:车道偏离警告(Lane Departure Warning ,LDW)、车道偏离修正系统(Lane departure correction system ,LDP)、前碰撞预警(Forward collision warning,FCW)、自动制动(Autonomous Emergency Braking,AEB)等符合0级自动驾驶系统的要求,而电子稳定性控制(Electronic stabilitycontrol,ESC)、定速巡航之类的功能都不能划分到自动驾驶功能中。

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    3. 部分驾驶辅助-1级自动驾驶

    1级自动驾驶系统只是可以独立完成设计运行条件(Operational Design Condition,ODC)下,车辆在动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制,且具备与所执行的车辆横向或纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力。比较典型的如:自适应巡航控制(Adaptive cruise control,ACC),车道居中控制(Lane center control,LCC)等功能。在安装1级自动驾驶系统的车辆上,驾驶员与自动驾驶系统可以同时执行车辆的驾驶任务,此时驾驶员更像安全员,主要监管自动驾驶系统的驾驶行为,当发现车辆可能遇险时,驾驶员需要立即介入接管车辆的控制权,以保障行车安全。

    4. 组合驾驶辅助-2级自动驾驶

    2级自动驾驶系统是1级驾驶自动化的功能场景的提升,并且具有ACC、LCC等1级自动驾驶系统所具备的功能,与1级的差别在于,除具备1级自动驾驶的功能外,2级自动驾驶具有同时进行横向和纵向运动控制的能力,如:交通拥堵辅助(TrafficJam Assist,TJA)等。与1级自动驾驶系统相同的是,车上依然有驾驶员,其职责也与1级自动驾驶系统中的驾驶员相同。简言之,在0-2级自动驾驶功能,驾驶员具有最高控制权限,可随时介入,立即解除自动驾驶系统的控制权。

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    5. 条件自动驾驶-3级自动驾驶

    3级自动驾驶系统在其ODC下,持续地执行全部动态驾驶任务。驾驶员作为预备的接管者(或称:安全员、后援),负有监管自动驾驶系统的驾驶行为的责任。自动驾驶系统在识别到即将不满足ODC范围时,及时向安全员发出接管请求,在接管请求未及时得到响应时,适时采取减缓风险的措施。自动驾驶系统还可以识别安全员驾驶车辆的能力,如果不满足要求时,自动驾驶系统可以立即发出介入驾驶行为的请求。虽然自动驾驶系统已经可以完成大部分场景中的自动驾驶行为,但在安全员需要自动驾驶系统退出驾驶行为时,自动驾驶系统需要立即解除对车辆的控制,只有在自动驾驶系统发现安全员不满足驾驶车辆能力时,才会再次请求介入。

    6. 高度自动驾驶-4级自动驾驶

    4级自动驾驶系统在其ODC下, 持续地执行全部动态驾驶任务和执行动态驾驶任务接管,驾驶员仍然作为后援。与3级自动驾驶系统的驾驶员职责基本相似。虽然4级自动驾驶系统辨识能力更强,但在车辆所处环境超出了ODC,即使驾驶员没有接管车辆,自动驾驶系统也可以使车辆安全停止。

    7. 完全自动驾驶-5级自动驾驶

    5级驾驶自动驾驶系统在任何可行驶条件下持续地执行全部动态驾驶任务并自动执行最小风险策略。此外,5级驾驶自动化在车辆可行驶环境下没有设计运行条件的限制(商业和法规因素等限制除外)。

    另外,4-5级自动驾驶功能,驾驶员请求驾驶自动化系统退出时,解除系统控制权,如果存在安全风险可暂缓解除(即使驾驶员请求介入,也只在系统判断无安全风险时才移交车辆控制权)。

    8. 《国标》解读

    驾驶自动化技术是国际公认的未来发展方向和关注焦点之一,中、美、欧、日等都将驾驶自动化技术作为交通领域的重点发展方向,并从国家层面进行战略布局。制定《汽车驾驶自动化分级GB / T 40429-2021》的意义不仅在于汽车产品与技术的升级,更有可能带来汽车及相关产业全业态和价值链体系的重塑。该标准的意义在于国家已经在政策、行业发展等方面形成统一的规范性分级,以促进行业发展。

    8.1 自动驾驶≠无人驾驶

    按照《国标》定义,驾驶自动化是“车辆以自动的方式持续地执行部分或全部动态驾驶任务的行为。”,按照《国标》分级标准,0-3级范围内,由计算机、人工智能等技术组成的驾驶自动化系统应是在有驾驶员的条件下,执行车辆动态驾驶任务。因此《国标》也就明确了自动驾驶并不是无人驾驶,即:具有自动驾驶功能的车辆可能具备无人驾驶的功能,却不一定就是无人驾驶的车辆。

    8.2 《国标》与《SAE驾驶自动化分级》的差异

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    总体而言,《国标》与《SAE J3016地面车辆推荐实践(SURFACE VEHICLE RECOMMENDED PRACTICE):道路机动车辆驾驶自动化系统相关术语的分类和定义(Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving AutomationSystems for On-Road Motor Vehicles)》(以下简称:《SAE驾驶自动化分级》)在思路上基本一致,《国标》参照了《SAE驾驶自动化分级》中6个级别的分级框架,并结合中国当前实际情况进行了调整。例如3级/L3级及以上都由人类接管转为自动驾驶系统执行。但在0级-2级(L0-L2级)上,SAE J3016标准要求完全由人类司机进行操作,而国标则将0级自动驾驶定义为“应急辅助”,并且注明0级驾驶自动化不是无驾驶自动化:“不具备目标和事件探测与响应的能力的功能(如:定速巡航、电子稳定性控制等)不在驾驶自动化考虑的范围内。” 中国标准则定义为由自动驾驶系统和人类共同操作。另外,“3级驾驶自动化“中明确增加了对驾驶员接管能力监测和风险减缓策略的要求,明确最低安全要求,减少实际应用安全风险。

    《SAE驾驶自动化分级》2021年4月的修订版中,对“驾驶员辅助系统”和“自动驾驶系统”作了明确的区分:

    “驾驶员辅助系统”:L0-L2级系统被命名为“驾驶员辅助系统”,这三个级别的系统主要提供安全警告、车道居中、自适应巡航控制等功能,仍需要驾驶员不断监控行车状态,并根据需要进行转向、制动或加速。即使驾驶员的手脚离开了方向盘和踏板,驾驶的责任也依旧要由驾驶员承担。

    “自动驾驶系统”:L3级-L5级则称为“自动驾驶系统”,根据系统开启的条件、是否需要驾驶员临时接管进行了等级划分,在系统开启后,车辆的操控工作将由自动驾驶系统完成。

    其目的是减少用户在车企宣传下,对车辆自动驾驶能力产生误解的可能,避免将两者混为一谈所造成的交通事故。

    8.3 自动驾驶系统与驾驶

    《国标》明确了各级自动驾驶车辆的驾驶员应承担的驾驶责任,规定安装0级-2级自动驾驶系统的车辆需要驾驶员和自动化驾驶系统共同执行动态驾驶任务,并监管驾驶自动化系统的行为和执行适当的响应或操作。比如在开启自适应巡航控制功能后,驾驶工作需要驾驶员与驾驶自动化系统共同完成,实际上要求驾驶员时刻保持对路面的专注度,双手不得离开方向盘,并随时准备接管。只有安装3级以上自动驾驶系统的车辆,在有条件自动驾驶情况下,允许驾驶员脱手,只需要在必要时接管驾驶。近年来多次发生的因自动辅助驾驶致人伤亡的案例(其中大部分为错误使用该功能或是车主疏忽导致),有了国标对自动驾驶系统的定义和驾驶责任的详细划分,有利于改善滥用、误用自动驾驶系统的概念现象,也有利于增进消费者对自动驾驶技术的理解。

    8.4 ADAS与自动驾驶

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    根据近年来各种与公交车驾驶员相关的事故和未遂安全事故频频发生的案例,已经证明公交车驾驶员属劳动强度较大的职业。采用公交车智能化技术来降低驾驶员的劳动强度,进而减少行车安全事故是最有效途径。在公交车上已应用的种类繁多的智能技术中,比较受青睐的是高级驾驶辅助系统(Advanced driver assistance system,ADAS)。ADAS的初衷是为了安全,据世界卫生组织(WHO)统计,全球每年约有135万人死于道路交通事故,而高速公路安全保险学会(IIHS)调查显示,与2017年没有配备ADAS的汽车相比,配备了ADAS的汽车碰撞事故减少了50%,ADAS功能已被证明可以减少事故、挽救生命。虽然现在公交车上使用的ADAS,在计算力、执行器精度、传感器感知距离、车辆CAN传输速率还与《国标》的0级-2级自动驾驶系统有一定的差距,但却是从主动安全的角度,实打实的在一定程度上降低了公交车驾驶员的劳动强度,因此从公交企业的实际利益出发,ADAS将是自动驾驶系统在公交车上的关键落地切入点。

    9. 建议

    公交车往返于城市的A点B点之间,一般每天运行不超过300km,运营方式及线路单一、发车频率高、路况相对平稳单一,除非有特殊情况,线路和站点是固定的。根据《国标》明确界定的各级自动驾驶系统的功能,与其它商业用途的车辆相比,公交车的运营环境似乎很适合自动驾驶系统车,不过要真正使用3级以上的自动驾驶公交车来进行常态化运营,还应做一些必要的准备:

    9.1 政策扶持

    按照《国标》的规定,3级以上的自动驾驶公交车驾驶员是必不可少的。使用3级以上的自动驾驶公交车来进行常态化运营,虽然降低了驾驶员的劳动强度、提高了安全行车的可靠性。但是目前3级以上的自动驾驶公交车的制造成本要比常规公交车高出不少,由于并没有减少驾驶员,人工成本并不会减少,如果没有大力度的政府补贴,相应的运营成本会高出常规公交车运营很多,这不是公交企业能够承受的。自动驾驶公交车虽是智慧城市建设的重要组成部分的发展趋势,企业眼前的经济效益低却是企业的硬伤,公交企业的经营者应提前就相关问题向有关管理部门汇报,通过沟通来获得政策支持。

    9.2 运营管理

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    自动驾驶公交车只是解决了车智能的问题,几乎不涉及:运营规划、乘客行为、超载、票务、突发事件、后勤保障(含故障救援、运维等)等公共交通运营问题,这些问题是不可能完全由车辆设计制造商解决的。公交企业在引进3级以上的自动驾驶公交车前,最好采用数字孪生技术针对上述运营中可能出现的上述问题进行培训,才能有效发挥3级以上自动驾驶公交车在公共交通运营中的真正价值。

    10. 结语

    从长远来看,自动驾驶公交车是减轻驾驶员劳动强度降低运营成本重要途径。不过,未来很美,现实仍然困难重重,毕竟自动驾驶公交车仅仅只是解决了车辆行驶自动化的问题。要让自动驾驶公交车(安装4级-5级自动驾驶系统的公交车)进行常态化运营,还必须在法律、法规、运营管理(如:安全、调度、票务、高峰限载、涉水等等)、后勤保障(含运维)等方面满足公交运营的常规运营的要求,还需要路侧智能设备、通讯等配套设施的加持。但是制定国家标准的意义不仅在于汽车产品与技术的升级,更主要的为了使汽车及相关产业全业态和价值链体系的重塑。驾驶自动化技术作为交通领域的重点发展方向,《国标》就是从国家层面进行战略布局。因此,国家政策、行业发展也将形成统一的规范,自动驾驶公交车的导入也将促进整个城市公共交通行业的可持续发展。


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