城市導(dǎo)航輔助駕駛的路口通行安全策略

摘要：隨著智能駕駛技術(shù)的發(fā)展，城市導(dǎo)航輔助駕駛（UNOA）已成為智能駕駛技術(shù)新的研發(fā)熱點。面對各項用戶體驗場景的優(yōu)化開發(fā)，UNOA智能駕駛區(qū)域的覆蓋度不斷拓展，其安全策略的開發(fā)成為新的技術(shù)關(guān)隘，特別是面向紅綠燈路口的通行策略，以及與弱勢交通參與者的混行策略是UNOA的安全設(shè)計挑戰(zhàn)。對場景的機器駕駛到人工駕駛的接管可控性進行研究，提出低成本解決方案設(shè)計的核心技術(shù)要點，并通過安全測試驗證，提出了全鏈路安全設(shè)計技術(shù)方案，以期為UNOA的安全策略開發(fā)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：智能駕駛；功能安全；城市導(dǎo)航輔助駕駛；可控性

0 前言

在城市導(dǎo)航輔助駕駛（UNOA）這個全新的智能駕駛功能領(lǐng)域，其可預(yù)知的安全問題在各種事故的追蹤報道下愈發(fā)受到人們的關(guān)注和重視，因此基于安全技術(shù)的研究成為智能駕駛或自動駕駛必不可少的一環(huán)。然而，在提升用戶體驗和控制開發(fā)成本的雙重壓力下，安全技術(shù)開發(fā)的落實與技術(shù)分析過程往往因缺乏宣傳賣點而被忽略。本文以UNOA路口通行場景的功能安全開發(fā)為例，對智能駕駛安全策略開發(fā)展開研究，并提出解決方案，以期為智能駕駛安全領(lǐng)域?qū)ｍ椞卣鼽c的安全解讀提供參考。

1 場景分析和安全驗證需求

為了明確分析UNOA路口場景的安全設(shè)計要求，需要對相關(guān)安全設(shè)計進行評估，該安全評估可通過嚴(yán)重度（S值）、暴露度（E值）、可控性（C值）分析，得出汽車安全完整性等級（ASIL），形成危害分析和風(fēng)險評估（HARA），詳見表1。其中，S值、E值、C值的評估來源于GB/T 34590.3—2022 《道路車輛 功能安全 第3部分：概念階段》和SAEJ 2980—2018 《危險分類的注意事項》等標(biāo)準(zhǔn)。由表1可得，對應(yīng)到路口通行場景的應(yīng)用，雖然ASIL的功能安全等級為C級，但是單個制動或轉(zhuǎn)向的執(zhí)行部件均達(dá)不到C級要求，因此需要通過冗余系統(tǒng)來實現(xiàn)安全目標(biāo)，但這也將面臨各項應(yīng)用場景及成本的挑戰(zhàn)。

為了解決這些方案設(shè)計的認(rèn)同性問題，對駕駛員C值的要求進行專項論證，以期從實際測試中明確理論需求是否存在可降低的空間，尋找駕駛員在通過路口[1]時是否具有可控制性，以及能否通過及時發(fā)現(xiàn)制動丟失進行接管以規(guī)避風(fēng)險，進而實現(xiàn)成本均衡或方案優(yōu)化來滿足安全設(shè)計的要求。為此，提出可控性測試驗證要求，見表2。根據(jù)該實際測試要求進行試驗樣本安排和測試資源組織。

1. 1 測試資源

1. 1. 1 仿真及車輛資源

測試需要基于車輛的載體，并結(jié)合實際的仿真場景，使測試具有可信度，試驗的環(huán)境和設(shè)備如圖1所示。

1. 1. 2 測試數(shù)據(jù)采集

測試數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備Vector CANoe和仿真環(huán)境數(shù)據(jù)記錄儀完成，經(jīng)整車診斷接口連接，可在測試過程中實時觀察數(shù)據(jù)變化情況。車內(nèi)被測人員的實時反應(yīng)情況由車輛內(nèi)分析員進行視頻記錄和日志文件記錄，并進行數(shù)據(jù)對應(yīng)分析，確保與駕駛員的動作保持一致。

1. 1. 3 測試人員

邀請不同性別、年齡、駕齡、具有輔助駕駛經(jīng)驗的駕駛員23名，同時需要準(zhǔn)備數(shù)據(jù)記錄人員1名（負(fù)責(zé)整車數(shù)據(jù)錄制及視頻記錄）。其中，男性與女性的人數(shù)比例為3∶2。

1. 2 測試過程和數(shù)據(jù)

通過對測試數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)0.4g的制動下存在不可控的接管風(fēng)險。因此，以此工況進行分析匯總示例，將12個產(chǎn)生碰撞的數(shù)據(jù)進行分析（見表3），從而為C值定義的合理性提供依據(jù)。

1. 3 測試結(jié)果分析

在測試樣本中，有12個與路口的行人產(chǎn)生碰撞，碰撞時的相對車速最大為35.7 km/h，駕駛員制動的反應(yīng)時間最大為2.3 s。由此可知，這與功能安全定義的駕駛員可控性的要求相差甚遠(yuǎn)。按照小于90%的駕駛員能控制規(guī)避風(fēng)險為C3，測試結(jié)果不滿足駕駛員的可控性要求（約50%的駕駛員產(chǎn)生了碰撞），故可控性等級為C3。本驗證結(jié)果為達(dá)到ASIL C要求提供了良好的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。隨后，對0.3g、0.5g和0.7g的測試工況進行論證，同樣出現(xiàn)了大于50%的碰撞行人情況，這更明確了該數(shù)據(jù)樣本量在可控性方面數(shù)值結(jié)果的置信度。

經(jīng)技術(shù)評估，由于影響因素太多，無法使UNOA的路口通行情況總不出現(xiàn)大于0.3g的減速度范圍的應(yīng)用。因為隨著環(huán)境和場景的變化，制動要求難以保障可預(yù)見性的提前減速，而且在跟車行駛時，無法約束前車不進行制動。

2 安全策略的設(shè)計

從縱向控制的設(shè)計鏈路進行分析，可以得出，輔助駕駛控制器以達(dá)到ASIL C的控制估算進行開發(fā)，共有2種推薦方案。一種是架構(gòu)冗余設(shè)計，另一種是以增補駕駛員制動響應(yīng)時間的方式進行低成本設(shè)計方案。

本文以增補駕駛員制動響應(yīng)時間的低成本方案進行詳細(xì)的安全策略設(shè)計，具體包括以下4個方面：

（1） 感知模塊分解。將感知模塊基于特征識別進行分解，拆分為一個ASIL B的感知模塊和一個ASIL A的感知模塊。由于市場上單個傳感鏈路產(chǎn)品超過ASIL B的數(shù)量極少，按現(xiàn)有技術(shù)方案，能最大限度節(jié)省材料成本。

（2） 規(guī)劃決策軟件模塊開發(fā)。按照ASIL C的要求開發(fā)規(guī)劃決策的軟件模塊。首先，確認(rèn)路口定義的特征點，并圈定范圍車輛位置范圍；其次，進行減速度的處理模塊，以確定當(dāng)前的減速度是需要增補制動，還是處于駕駛員原本就可以自己接管踩剎車的情況。根據(jù)距離與位置情況[2]，分別進行1.7～2.3 s（根據(jù)實車標(biāo)定）的制動增補時間。

（3） 降級補償時間響應(yīng)模塊設(shè)計。設(shè)計降級補償時間響應(yīng)模塊，根據(jù)駕駛員實際制動踩下的情況進行適時退出時間的處理。對于反應(yīng)快、能及時接管車輛的駕駛員，實際不會有感覺；對于當(dāng)前實際目標(biāo)已退出，確實需要解除制動的駕駛員，可以通過油門超控來安全快速通過路口。

（4） 執(zhí)行控制模塊開發(fā)?；诋?dāng)前電機響應(yīng)設(shè)計平臺產(chǎn)品均最高AISL B的情況，對執(zhí)行控制模塊進行冗余方案開發(fā)，從而使整體安全目標(biāo)滿足ASIL C。安全架構(gòu)如圖2所示。

由本設(shè)計的安全架構(gòu)可知，單域控滿足ASIL C的設(shè)計需求的關(guān)鍵模塊在于：

（1） 感知和定位模塊結(jié)合，得出路口范圍圈的有效值（如圖3所示），從而在該有效值內(nèi)若啟用制動，進行增補的安全機制有效。

（2） 減速度觸發(fā)值評估[3]，得出大于0.2g以上的減速度均進行安全降級機制增補的設(shè)計條件，且增補時間按照測試得出的最長2.3 s進行保險設(shè)計，或取1.7 s進行高覆蓋范圍的常規(guī)安全設(shè)計，以兼顧用戶體驗。選擇0.2g以上為門限值是依賴于駕駛員的感知能力和緊急性，若小于此值，基本說明接近于滑行值，通常在遠(yuǎn)距或極低速才出現(xiàn)的控制，駕駛員可以常規(guī)可控。

（3） 降級補償時間響應(yīng)，進行執(zhí)行控制層的前端安全輸入的請求不會丟失的保障性設(shè)計，使之達(dá)到ASIL C的最低要求。在制動距離人員混行風(fēng)險高的區(qū)域進行感知出錯的預(yù)防性時間增補，若真的丟失目標(biāo)為漏識別目標(biāo)，駕駛員有足夠的反應(yīng)時間應(yīng)對接管制動的動作。

3 結(jié)語

通過對UNOA的路口通行安全策略的分析和論證，將功能安全的軟件架構(gòu)開發(fā)和方案規(guī)避與風(fēng)險情況都進行了剖析，為行業(yè)在這個方面的研究提供了一個實例參考，也為功能安全目標(biāo)設(shè)計和安全架構(gòu)過程應(yīng)用在輔助駕駛系統(tǒng)中進行了有效探索。安全開發(fā)需要行業(yè)共同努力，更是對評估駕駛員解決風(fēng)險的實際有效性和合理性的方法創(chuàng)建研究基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿亞萍.自動駕駛車輛縱向速度控制策略及仿真[J].汽車與新動力，2024，7（2）：23-27.

[2] 唐陽山，夏道華.不同駕駛員反應(yīng)時間對汽車防撞安全距離的影響研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2016（1）：250-254.

[3] 張智勇，黃軼，任福田.減速跟車狀態(tài)后車司機反應(yīng)時間研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009， 35（9）：1220-1224.