汽车驾驶自动化分级技术方面的要求及组织实施的探讨

  2020年3月9日，工业与信息化部正式对外发布《分级》推荐性国家标准报批公示，拟于2021年1月1日开始全国实施。这个标准的实施，标志着2021年将是中国无人驾驶汽车商品化元年。下面对汽车驾驶自动化分级技术方面的要求及组织实施予以探讨。

  现代汽车功能慢慢的变多，产品结构越来越复杂，要求慢慢的升高。不仅要求汽车动力驱动电动化，而且要求驾驶自动化。

  目前汽车驱动力的装置，一是内燃机，二是电动机，基本功能克服杠杆支点位移的阻力，推动汽车纵向（前后）运动。传统燃油汽车驱动力来自内燃机消耗汽（柴）油产生的能量，电动汽车由驱动电动机消耗电能而来（见图1和图2）。

  汽车驾驶通俗的理解，是控制汽车纵向（前后）运动和左右运动方向的行为。随着人工智能技术的发展，人们企图将汽车运动方向交给机器来控制，于是产生了汽车驾驶自动化技术。无人驾驶的汽车与传统驾驶汽车的最大区别，就是无人驾驶的汽车去掉了转向盘。

  总之，汽车无人驾驶在汽车发展历史上，是一个里程碑，是汽车发展的必然。无人驾驶汽车技术的研发，在20世纪就已经有数十年的历史，于21世纪初呈现出实用化的趋势。

  无人驾驶汽车一定要有智能网联功能，将传感器收集反馈的路况信息进行大数据分析，结合高精地图，给出最佳行驶路线规划，通过智能辅助驾驶功能，实现无人驾驶。对于自动驾驶汽车来说，智能网联就是脑神经。

  可以这样理解，智能网联功能的汽车（见图3）并不全是无人驾驶汽车，但是无人驾驶汽车已离不开智能网联技术的支持。

  自动驾驶汽车与电动汽车相比， 一个是“ 自” 动， 一个是“电”动。没有电动（电器）化，自动化没办法实现。燃油车慢慢的变多电动（电器）化，内燃机、变速器、机械四驱系统也能自动控制。自动控制系统也早就被大量应用于控制机械和燃烧过程。

  理论上，燃油车也能轻松实现驾驶的自动化，但是电动汽车更容易实现。具体理由有：

  燃油车能源都源于发动机，而各组件供给渠道确实多样的。比如起动电源源于车载蓄电池，而车载蓄电池源于发电机，发电机能源源于发动机，有的执行总成件，源于气动。这些不同形式的能源要实现计算机统一管理，难度非常大。

  燃油车众多的机械仪表，是从单独的传感器获取，要进行多层级数字化处理，才能整合进中央控制管理系统，难度更大。

  电动车能源源于电池，其电控数据本身就是数字化的。电动车的执行总成件，可以实行数值化的线控。

  笔者认为，在汽车驾驶自动化的0级和1级中，燃油汽车实施自动化，还是可行的，但如级别再高一点，则十分艰难。混合动力汽车要实现驾驶自动化，比燃油汽车实施自动化更难。如果说汽车驾驶自动化是必然趋势，那纯电动汽车就是最佳选择。

  目前，国际公认的汽车无人驾驶技术分级标准分别由美国高速公路安全管理局（NHTSA）和国际自动机工程师学会（SAE，原译：美国汽车工程师学会）提出，其中SAE提出的分级标准为主流常用标准。

  由SAE制定的最新修订版SAE J3016（TM）《标准道路汽车驾驶自动化系统分类与定义》标准，如图4所示。

  按照SAE的分级，J3016无人驾驶分级标准将无人驾驶技术分为L0～L5共六个等级。L0代表传统人类驾驶，而L1～L5则随无人驾驶的技术配置进行了分级（见表1）。

  《汽车驾驶自动化分级》是中国智能网联汽车标准体系的基础类标准之一，由工业与信息化部于2020年3月9日报批公示，2021年1月1日正式实施。该标准的推出，将加速我国汽车智能化转型进程，对于我国智能网联汽车产业的发展具有推动、拉动和促进的作用。

  该标准明确了我国汽车驾驶自动化系统的术语和分级定义、分级原则、要素、划分流程及判定方法，以及各等级的技术方面的要求。本标准适用于M类（载客车）和N类（载货车）汽车。

  为保证国际协调性，本标准参考SAE J3016 的L0～L5 分级框架，并结合我国当前真实的情况进行调整。

  SAE J3016（TM）目前是国际公认的汽车无人驾驶技术分级标准。其关注中心是单车智能，其主要是针对无人驾驶不同功能不同进行分级。要说明的是，SAE J3016（TM）是指南层面的标准，工业与信息化部的《汽车驾驶自动化分级》是中国要执行级别的标准，具有强制约束性的特点，是企业产品研制、生产、上市一定要遵守的技术方面的要求。对企业产品研制、生产而言，没有硬性要求。

  而工业与信息化部的《汽车驾驶自动化分级》标准，也是参考了国际公认的汽车无人驾驶技术分级标准，是对国家智能网联汽车的技术发展路线图在工程化的落地，突出智能网联、车路协同的要求，如图5所示。

  该标准标志着中国将正式有自己的无人驾驶汽车分级标准，中国的智能汽车发展在路线上跟美国欧洲国家的是不一样的。同时中国的《汽车驾驶自动化分级》方案，也在积极影响全球的方案。实际上，2020年1月，美国也把智能网联加入无人驾驶标准，开始强调协同性。

  中国的《汽车驾驶自动化分级》与SAE的标准大体趋同，只是在辅助驾驶方面，对0级增加了新内涵。具体地说，两个标准具体有以下四个不同点：

  两者在编写形式上的区别。中国的《汽车驾驶自动化分级》是规范性国家标准，而 SAE J3016 标准是行业指南。

  SAE J3016 的0级称为无驾驶自动化级别，AEB 等安全辅助功能和非驾驶自动化功能都放在这一级；中国的《汽车驾驶自动化分级》标准将0级驾驶自动化也归为无驾驶自动化。

  中国《汽车驾驶自动化分级》0级驾驶自动化，可感知环境，并提供报警、辅助或短暂介入以辅助驾驶人（如车道偏离预警、前碰撞预警、自动紧急制动等应急辅助功能）。

  在SAE标准下，0～2级无人驾驶汽车的OEDR（目标和事件检测以及决策任务）全部由驾驶人完成；而中国的《汽车驾驶自动化分级》标准，针对0～2级无人驾驶，规定的是“目标和事件探测与响应”由驾驶员及系统协作完成。

  中国的《汽车驾驶自动化分级》标准在3级中，明确增加对驾驶人接管能力监测和风险减缓策略的要求，明确最低安全要求，减少实际应用的安全风险。

  基于驾驶自动化系统能够执行动态驾驶任务的程度，根据在执行动态驾驶任务中的角色分配以及有无设计运行条件限制，驾驶自动化将分成 0～5 级（见表2）。

  预警提示类的ADAS功能，包括车道偏离预警（LDW）、前撞预警（FCW）、盲点检测（BSD）等（注意：预警提示类即机器没有驾驶行为）。

  干预辅助类的ADAS功能，包括自适应巡航（ACC）、紧急自动刹车（AEB）、车道保持辅助（LKA）等（注意：干预辅助类，即机器有驾驶行为，但是还是辅助性）。

  L3级及以上则由机器来观测驾驶环境，不需要有人坐在驾驶座上手握转向盘，只需要在车内或车外留有监控计算机即可，紧急状况下通过计算机操作进行认知判别干预。

  L4级高度无人驾驶，无转向盘、节气门、刹车踏板，但限定区域（如园区、景区内），或限定环境条件（如雨雪天、夜晚不能开）。

  完全无人驾驶，驾驶位置无人，也没有人在车内或车外对认知判别干预；无转向盘、节气门和刹车踏板；全区域全功能 (注意：对普通用户而言，配有L3级及以上功能模块，才会被认可是无人驾驶汽车。也就是说，科学人定，与普通用户认定有差异）。

  驾驶自动化系统失效 驾驶自动化系统出现故障导致其无法可靠地执行部分或全部动态驾驶任务（如：传感器故障等）。

  车辆其他系统失效 驾驶自动化系统之外的车辆其他系统出现故障导致驾驶自动化系统无法可靠地执行部分或全部动态驾驶任务（如：车辆悬架部件断裂等）。

  动态驾驶任务 除策略性功能外，完成车辆驾驶所需的感知、决策和执行等行为，包括但不限于：车辆横向运动控制，车辆纵向运动控制，目标和事件探测与响应，驾驶决策及车辆照明及信号装置控制。

  动态驾驶任务接管 当发生驾驶自动化系统失效、车辆其他系统失效或即将不满足设计运行条件时，由用户执行动态驾驶任务或由用户/驾驶自动化系统使车辆达到最小风险状态的行为。

  驾驶自动化功能 驾驶自动化系统在特定的设计运行条件内执行部分或全部动态驾驶任务的能力。

  驾驶自动化等级规划区分需根据和图 6 所示流程进行驾驶自动化等级划分和判定。

  按图 6 所示流程，汽车无人驾驶分级，不会再出现2.5、3.5级的无人驾驶车辆。即满足不了高一级标准要，就是下一级。

  自动驾驶汽车的硬件架构，如图7所示。总体分为三个部分：感知、决策和执行。

  也就是说，感知、决策、执行与人工驾驶行为相对应。这个硬件架构图，为产品研究开发组织工作，提供较好指导作用。

  《汽车驾驶自动化分级》于2020年3月9日公示，拟于2021年1月1日开始实施。这是中国首个无人驾驶分级标准，汽车无人驾驶即将拥有“国标”。此举明确了我国汽车驾驶自动化系统的术语和分级定义、分级原则、要素、划分流程及判定方法，以及各等级的技术要求。

  《汽车驾驶自动化分级》标准实施要求，产业链所有环节的企业——整车、零部件、互联网厂商、软件、通信及交通基础设施企业都必须转变传统思维，在新的产业生态体系中寻求新的定位。

  国家发改委等11部委2020年2月联合发布《智能汽车创新发展的策略》提出，到2025年：

  中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系基本形成。

  实现有条件无人驾驶的智能汽车达到规模化生产，实现高度无人驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用。

  智能交通系统和智慧城市相关设施建设取得积极进展，车用无线X等）实现区域覆盖，新一代车用无线X）在部分城市、高速公路逐步开展应用，高精度时空基准服务网络实现全覆盖。

  从单一制造业向多产业（汽车制造业、电子产业、互联网产业、信息通信业、交通产业）融合转变。

  汽车驾驶自动化与5G结合慢慢的变成了行业发展的必由之路。国内车路协同发展的技术路线有望完成弯道超车。据悉，长安汽车是《汽车驾驶自动化分级》标准编制组织单位，其L3级无人驾驶技术已达到量产标准，L4级无人驾驶的量产车将在2025年正式上市。初步预计《汽车驾驶自动化分级》带来的投资机会是十万亿元级别。

  总之，工业与信息化部正式对外发布《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准，给公司能够带来了机会和挑战。尤其是对坚持开发纯电动汽车技术路线的企业，更是重大利好。