一文讀懂自動(dòng)駕駛運(yùn)行設(shè)計(jì)域ODD

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在自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展如此迅速的今天，很多量產(chǎn)車(chē)上已經(jīng)配備了多種的輔助駕駛功能，例如自適應(yīng)巡航ACC、緊急制動(dòng)AEB、車(chē)道居中保持LKA等等，很多的車(chē)主也都體驗(yàn)到了技術(shù)帶給駕駛的改變。另一方面，由于現(xiàn)在的自動(dòng)駕駛技術(shù)還處于發(fā)展階段，無(wú)法保證自動(dòng)駕駛車(chē)在任何天氣條件下和任何道路環(huán)境中都可以安全行駛的。因此，要根據(jù)該系統(tǒng)的能力來(lái)提前設(shè)定好ODD，通過(guò)限制行駛環(huán)境和行駛方法，將有可能發(fā)生的事故防范于未然。

什么是運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)域ODD？

首先，我們需要了解何為ODD設(shè)計(jì)？運(yùn)營(yíng)設(shè)計(jì)域ODD（Operational Design Domain）一詞的原始定義來(lái)自SAE J3016中，描述為：

特定駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)或其功能專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的運(yùn)行條件，包括但不限于環(huán)境、地理和時(shí)間限制，和/或某些交通或道路特征的存在或缺失。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，ODD就是要定義好在哪些工況下是能夠自動(dòng)駕駛的，脫離了這些工況，自動(dòng)駕駛就不能保證工作。任何一臺(tái)自動(dòng)駕駛車(chē)輛，都必須有一定限定的工況。而這個(gè)工況可以很寬泛，也可以很精準(zhǔn)，并決定了自動(dòng)駕駛車(chē)輛能勝任什么樣的場(chǎng)景。比如，一臺(tái)車(chē)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)只能在高速上使用，它可以自動(dòng)保持車(chē)道、自動(dòng)超車(chē)、自動(dòng)跟車(chē)、自動(dòng)讓行、自動(dòng)通過(guò)ETC、自動(dòng)上下匝道等，但到了城市里就無(wú)法完全自動(dòng)駕駛。同時(shí)，要確保自動(dòng)駕駛測(cè)試和驗(yàn)證是完整的，至少需要確保ODD所有方面已經(jīng)通過(guò)確保系統(tǒng)安全運(yùn)行，或通過(guò)確保系統(tǒng)能夠識(shí)別超出ODD 的范圍。

因此，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)需要判斷當(dāng)前所處的環(huán)境，如是否黑夜，天氣狀況等等，從而判斷能否啟動(dòng)該自動(dòng)駕駛功能。在運(yùn)行時(shí)需要識(shí)別是否超出該ODD，從而判斷該自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能否安全運(yùn)行。同時(shí)，在定義自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行條件時(shí)，需要明確自動(dòng)駕駛系統(tǒng)能夠安全啟動(dòng)和運(yùn)行的外部環(huán)境條件。

ODD的分類(lèi)框架

那么，如何對(duì)自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的ODD進(jìn)行設(shè)計(jì)與分類(lèi)呢？這方面，NHTSA給出了很好的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在《A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios》中采用六大要素構(gòu)建設(shè)計(jì)運(yùn)行域，分為基礎(chǔ)設(shè)施Physical Infrastructure、駕駛操作限制Operational Constraints、周邊物體Objects、互聯(lián)Connectivity、環(huán)境條件Environmental Conditions和區(qū)域Zones。

通過(guò)對(duì)于這六大要素的劃分，可以較為清晰地定義出自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可以運(yùn)行的工況及范圍。

在國(guó)內(nèi)，由中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟預(yù)期功能安全工作組發(fā)起，清華大學(xué)與國(guó)汽（北京）智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)研究院有限公司牽頭編制的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)預(yù)期功能安全場(chǎng)景庫(kù)建設(shè)報(bào)告》，也為自動(dòng)駕駛ODD的設(shè)計(jì)提供了很好的參考。

其中，對(duì)智能駕駛現(xiàn)有感知技術(shù)、定位技術(shù)、決策方法、控制方法、人機(jī)交互、通信技術(shù)等進(jìn)行了調(diào)研與局限性分析，得出對(duì)應(yīng)的智能駕駛預(yù)期功能安全測(cè)試需求；并基于以上測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了面向智能駕駛預(yù)期功能安全測(cè)試的“7層架構(gòu)”格式的虛擬場(chǎng)景框架。

在該框架中，綜合考慮了現(xiàn)有智能駕駛系統(tǒng)設(shè)備功能局限、算法缺陷以及人員誤用等問(wèn)題，并參考Pegasus項(xiàng)目，覆蓋了傳統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)道路、交通設(shè)施、道路和設(shè)施臨時(shí)改變、交通參與者、氣候環(huán)境、通信信息這六層結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)預(yù)期功能安全場(chǎng)景測(cè)試需求，在已有基礎(chǔ)上增加了智慧交通設(shè)備，如路側(cè)傳感器、路側(cè)通信設(shè)備、路側(cè)信息處理單元等元素，更加清晰定義了場(chǎng)景分類(lèi)時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)。

ODD的邊界如何測(cè)試？

既然ODD的劃分標(biāo)準(zhǔn)與框架都有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)可以清晰定義，那么在對(duì)ODD場(chǎng)景進(jìn)行分類(lèi)之后，如何去測(cè)試這些ODD的邊界來(lái)判斷現(xiàn)有的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是否合格達(dá)標(biāo)呢？

我們知道，自動(dòng)駕駛汽車(chē)的開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足V字開(kāi)發(fā)模型，在V字開(kāi)發(fā)模型中，涉及的測(cè)試方法主要包括軟件在環(huán)（SIL，即software-in-loop）、硬件在環(huán)（HIL，即hardware-in-loop）、車(chē)輛在環(huán)（VIL，即vehicle-in-loop），再到最后的整車(chē)場(chǎng)地、道路測(cè)試等方法，涵蓋了從零部件到系統(tǒng)再到整車(chē)的全鏈條驗(yàn)證。在測(cè)試內(nèi)容方面，主要包括傳感器、執(zhí)行器、算法、人機(jī)界面測(cè)試以及整車(chē)功能等內(nèi)容。

首先是在環(huán)測(cè)試，借助虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)生成、傳輸與交互技術(shù)，模擬自動(dòng)駕駛汽車(chē)在真實(shí)道路環(huán)境行駛，并通過(guò)概率分布的危險(xiǎn)場(chǎng)景強(qiáng)化模擬方法，進(jìn)行的自適應(yīng)加速測(cè)試。通過(guò)在環(huán)測(cè)試，可以在大幅節(jié)約測(cè)試時(shí)間和成本的同時(shí)，給虛擬測(cè)試提供了驗(yàn)證結(jié)果，并為實(shí)際道路測(cè)試提供了較為真實(shí)的參考數(shù)據(jù)。

其次是場(chǎng)地測(cè)試，結(jié)合工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部等三部委共同發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)道路測(cè)試管理規(guī)范（試行）》，“考試項(xiàng)目”設(shè)置可以包含以下幾個(gè)方面：一是基本交通管理設(shè)施檢測(cè)與響應(yīng)能力測(cè)試；二是前方車(chē)道內(nèi)動(dòng)靜態(tài)目標(biāo)（機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人、障礙物等）識(shí)別與響應(yīng)能力測(cè)試；三是遵守規(guī)則行車(chē)能力測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包含超車(chē)、并道、通過(guò)交叉口等內(nèi)容；四是安全接管與應(yīng)急制動(dòng)能力測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包含靠邊停車(chē)與起步、應(yīng)急車(chē)道內(nèi)停車(chē)、人工接管等內(nèi)容；五是綜合能力測(cè)試，綜合考察自動(dòng)駕駛汽車(chē)對(duì)交通語(yǔ)言認(rèn)知能力、安全文明駕駛能力、復(fù)雜環(huán)境通行能力、多參與對(duì)象協(xié)同行駛能力、網(wǎng)聯(lián)通訊能力等內(nèi)容。

通過(guò)合理設(shè)計(jì)及嚴(yán)格執(zhí)行的測(cè)試流程，才能保證自動(dòng)駕駛ODD的邊界準(zhǔn)確性，為自動(dòng)駕駛在實(shí)際使用的過(guò)程中安全做出保障。

總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，ODD的場(chǎng)景分類(lèi)給予非L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛非常明確的場(chǎng)景定義以及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，可以極大程度上保障駕駛員在使用這些自動(dòng)駕駛功能時(shí)的安全性，而根據(jù)不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行合理地ODD設(shè)計(jì)以及測(cè)試已經(jīng)成為了所有自動(dòng)駕駛企業(yè)們著重關(guān)注的目標(biāo)。在未來(lái)，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷普及以及量產(chǎn)，對(duì)于安全性的關(guān)注將越來(lái)越高，保障自動(dòng)駕駛功能在ODD范圍內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行成為了所有車(chē)企們的共同研究課題。

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