详细介绍自动驾驶的动态驾驶任务（DDT）

本系列上篇文章《一文详解自动驾驶的运行设计域（ODD）》解读了什么是自动驾驶ODD，本篇文章依据SAE J3016详细解读自动驾驶DDT、DDT fallback、OEDR概念，后续两篇文章将介绍低速自动驾驶（LSAD）和驾驶自动化分级。

01、动态驾驶任务DDT概念

动态驾驶任务DDT（Dynamic Driving Task）是在道路交通中操作车辆所需的所有实时操作和策略功能，不包括行程安排和目的地和航路点选择等战略功能，包括但不限于以下子任务：

 

a) 通过转向控制车辆横向运动（操作）；    b) 通过加速和减速控制车辆纵向运动（操作）；    c) 通过目标和事件检测、识别、分类和响应准备（操作和策略）监控驾驶环境；    d) 对象和事件响应执行（操作和策略）；    e) 机动规划（策略）；    f) 通过照明、鸣笛、信号、手势等（策略）增强醒目性。其中子任务c)和d)统称为对象和事件检测与响应（OEDR）。下图显示了驾驶任务的示意图。

驾驶的整体行为可分为三种类型：战略、策略和操作（Michon，1985）。战略工作涉及行程规划，如决定是否、何时何地、如何行驶、最佳路线等。策略工作涉及在交通行程中操纵车辆，包括决定是否和何时超车或改变车道、选择适当的速度、检查后视镜等。操作工作涉及可被视为预知或先天的瞬间反应，例如对转向、制动和加速进行微小修正，以保持交通中的车道位置，或避免车辆道路的突然障碍或危险事件。

 

就DDT性能而言，L1级驾驶自动化包括最内部环路部分的自动化（横向车辆运动控制功能或纵向车辆运动控制功能，以及与给定车辆运动控制轴相关的有限OEDR）；L2级驾驶自动化包括最内部环路的自动化（车辆横向和纵向运动控制，以及与车辆运动控制相关的有限OEDR）；L3至L5级驾驶自动化包括两个内部环路的自动化（车辆横向和纵向运动控制，以及完整OEDR）。注意，DDT性能不包括驾驶的战略方面（例如，确定是否、何时和何地行驶）。[1]

 

02、动态驾驶任务接管DDT fallback概念

动态驾驶任务接管DDT fallback（Dynamic Driving Task fallback）是在相同情况下，用户对实施DDT或达到最低风险条件的响应（1）在发生DDT性能相关系统故障后，或（2）在ODD退出时，或ADS对达到最低风险条件的响应。

 

最小风险条件MRC（Minimal Risk Condition）是一种稳定、停止的状态，当给定的行程不能或不应继续时，用户或ADS（Automated Driving System）可在执行DDT接管后驾驶车辆，以降低碰撞风险。

 

 

 

 

L3级、L4级或L5级ADS的系统故障或超出ODD条件时，区分以下三个单独的功能：（i）DDT性能，（ii）DDT接管性能，以及（iii）实现最小风险条件。

 

a) DDT性能发生在ADS功能常规/正常操作条件下，也就是说，该功能在正常运行和ODD（如果有的话）范围内执行完整的DDT。

b) 当ADS无法继续执行完整的DDT（即在常规/正常操作下）时，会发生DDT接管。对于L3级ADS功能，人类应急准备用户（车内或远程）将响应干预请求或动觉明显的车辆故障，如果车辆保持可操作，则恢复DDT性能，如果车辆不可操作，则实现最低风险条件。对于L4级或L5级ADS，该功能或系统通过自动达到最低风险条件来执行应急措施，例如，停到路肩上，打开危险指示灯，禁用推进系统，并呼叫路边救援。（注：某些L3级功能可设计为在某些情况下自动执行接管，并实现最低风险条件，如无障碍物的相邻路肩存在时，但在其他情况下，如无此类路肩可用时，则不适用。）当ADS执行接管时，它将车辆操纵到最小风险条件，从而结束接管响应。然而，当接管准备就绪的用户执行接管时，若车辆可操作，他/她可以继续手动操作车辆，而不是达到最低风险条件。

c) L4级和L5级的接管性能和最低风险条件要求ADS在发生DDT性能相关系统故障或超出ODD条件后仍能正常工作。如果ADS不起作用，可采用故障缓解策略。最小风险条件取决于触发接管时的车辆状况及其运行环境，并可能遵循降级模式策略，该策略考虑了与持续运行、驶离道路或原地停车相关的相对风险。[1]

 

03、目标和事件检测与响应OEDR概念

目标和事件检测与响应OEDR（Object and Event Detection and Response）是DDT的子任务，包括监控驾驶环境（检测，识别和分类对象和事件，并准备按需要做出响应），并对这些对象和事件执行适当的响应（即根据需要完成DDT和/或DDT接管）。[2]

 

与OEDR特别相关的ADS功能架构元素通常包括支持以下功能的硬件和软件组件。

 

 

1. 传感（如毫米波雷达、激光雷达、摄像头等）;

2. 感知（例如，道路特征分类、对象分割和分类）；

3. 世界建模（例如，持久数据映射、动态障碍跟踪和预测等）；

4. 导航和规划（例如，执行响应的路径规划和运动控制命令）。

 

OEDR行为能力主要包括：

a) OEDR车辆；b) OEDR交通管制装置和基础设施；c) OEDR弱势交通参与者、物体、动物。

 

▼表1  OEDR行为能力

OEDR车辆

•检测并响应入侵、迎面而来的车辆、车辆跟驰

•检测并响应相关停车车辆，包括车道内或路边的车辆

•检测和响应车道变化，包括意外切入

•检测并响应切出，包括意想不到的情况

•检测并响应校车

•检测和响应紧急车辆，包括在十字路口

•检测并响应车辆进入道路

•检测并响应两侧相邻车辆

•在前进和倒车时检测并响应相关车辆

OEDR交通管制装置和基础设施

•遵守驾驶规则

•检测并响应限速变化或建议

•检测并响应相关的通行限制，包括单行道、禁止转弯位置、自行车道、中转车道和人行道（更多完整列表，请参见MUTCD））

•检测并响应相关交通控制设备，包括信号交叉口、停车标志、让行标志、人行横道和车道标记（可能包括褪色标记）（更多完整列表见MUTCD）

•检测和响应基础设施要素，包括弯道、道路边缘和护栏（更多完整列表见AASHTO绿皮书）

OEDR弱势交通参与者、物体、动物

•检测并响应车道中的相关静态障碍物•检测和响应车道或路边的行人、骑脚踏车者、动物

 

对象和事件的检测可能以多种方式发生。

 

a) ADS可能会使用一套感知传感器，其中可能包括毫米波雷达、激光雷达、摄像头和超声波传感器的组合，这些传感器可以支持对这些物体和事件的检测和识别。该路径依赖于支持算法来解析和解释这些传感器提供的数据。

b) V2V和V2I通信能力，通过DSRC/C-V2X或其他技术，也可以在一定容量下支持检测和识别。

c) SAE J2735基本安全信息包括有关车辆位置、速度和航向的信息，这些信息可以补充或增强ADS车载感知传感器的测量。

d) 其他数据，如交叉口信号、相位和计时数据可以通过数字基础设施广播，以提供交通信号状态的信息。

e) 许多正在开发的ADS依赖于事先收集和优化的车载高精度数字地图。这些地图可能包含有关静态对象和基础设施（包括道路本身）的三维信息。地图还可能包括重要的导航元数据，例如路段上的车道数和其他重要的车道特征（例如方向性、左转、仅限公共汽车）、速度限制以及交通控制装置或标记（例如停车标志、交通信号、人行横道）。类似地，该地图信息可用于补充或增加ADS的车载传感器数据（反之亦然），或可单独用于支持特定对象和事件的检测。假设ADS已正确检测到安全关键对象或事件，则它将执行适当的响应。理想情况下，响应应为稳定的控制动作或机动，使ADS能够与附近的所有相关障碍物保持安全的避让距离，并尽可能继续遵守适用的道路规则和礼仪。

 

符合这些标准的已确定响应包括：

a) 跟车-实施横向和/或纵向控制措施，以保持与直接领先车辆的安全跟车距离，同时继续沿着当前行驶车道行驶； 

b) 加速-在适当和合法的情况下，实施纵向控制措施以提高速度；

c) 减速-实施纵向控制措施以降低速度（视情况而定）；

d) 停止-执行纵向控制动作，以安全稳定的方式减速至完全停止；

 

e) 让路-将通行权让给其他道路使用者；

f) 改变车道–实施纵向和/或横向控制措施，以转入相邻车道；——中止换道–取消切换到相邻车道的操作（保持或返回原始车道）；

g) 超车–实施纵向和/或横向控制措施，以驶入相邻车道，加速至所需速度；——中止通行–取消机动以切换到相邻车道（保持或返回原始车道）；

h) 转弯-实施横向和纵向控制措施，从当前道路/车道过渡到连接道路/车道；

 

i) 在车道内移动–实施横向和/或纵向控制措施，使ADS不跟随当前车道的中心（或接近中心），但完全保持在当前车道内；

j) 驶出车道-实施横向和/或纵向控制措施，使ADS部分或完全驶出当前行驶车道（即一个或多个车轮穿过车道边界）；

k) 驶出行车道/停车–实施横向和纵向控制措施，使ADS完全退出当前活动行车道，进入路肩或停车车道并停车；

l) 向MRC过渡：——向后备准备用户返回控制–向人类乘员/驾驶员返回纵向和横向控制（同时提供足够的警告）；——ADS实施最小风险机动-实施横向和/或纵向控制行动，以实现最小风险条件。