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自动驾驶系统定义

自动驾驶系统

自动驾驶系统是由自动驾驶车辆、交通基础设施、通信设施、后台系统共同组成的大型系统。

自动驾驶车辆

广义上的自动驾驶是指：含有决策功能并可以影响、干预当前行驶状态的车辆；

狭义上的自动驾驶是指：无人类驾驶员，由计算机感知、决策和操作的全自主车辆。

自动驾驶要解决的三个核心问题

任何自动驾驶系统，无论架构如何，本质上都在持续回答以下三个问题：

问题 对应模块 关键技术
我在哪里？（Where am I?） 定位（Localization）& 地图 GNSS/RTK、SLAM、高精地图匹配
周围有什么？（What is around me?） 感知（Perception） 目标检测、语义分割、传感器融合
我该怎么做？（What should I do?） 规划与控制（Planning & Control） 路径规划、行为决策、MPC 控制

三个问题形成串行依赖：定位确定自车位置 → 感知理解周围环境 → 规划制定行动方案 → 控制执行方案。

自动驾驶 vs 自主驾驶

"自动驾驶"（Automated Driving）和"自主驾驶"（Autonomous Driving）在业界常被混用，但含义有所区别：

维度 自动驾驶（Automated Driving） 自主驾驶（Autonomous Driving）
决策主体 预设规则和程序，在规定范围内执行 系统自主推理和判断，类似人类认知
对新场景的适应 在设计范围（ODD）内，超出则请求接管 理论上可适应 ODD 之外的场景
典型代表 L2–L4 ADAS 系统 L5 全自主（当前尚未实现）
人类监督 不同程度需要（L2 必须，L4 可选） 完全不需要

当前业界的实用系统都是"自动驾驶"，真正意义上的"自主驾驶"（L5）仍是长远目标。

运行设计域（ODD）

运行设计域（Operational Design Domain，ODD）定义了自动驾驶系统可以安全激活和运行的条件边界。ODD 是 SAE J3016 和 ISO 21448 (SOTIF) 的核心概念。

ODD 的主要维度

维度 低 ODD 示例 高 ODD 示例
地理范围 特定园区、机场内部 全国所有开放道路
道路类型 限速 60 km/h 以下高速 高速 + 城区 + 乡间小路
天气条件 晴天、能见度 > 100 m 雨雪雾霾、任意天气
时间范围 白天运营 24 小时全天候
速度范围 ≤ 60 km/h 不限速
交通密度 低密度简单场景 复杂城区拥堵路段

ODD 与商业化的权衡

  • ODD 越小：系统越容易通过安全认证，运营成本低，但商业价值受限
  • ODD 越大：商业价值越高（可服务更多用户），但安全验证难度指数增加

当前 L4 Robotaxi（如 Waymo One、萝卜快跑）的策略是：先在限定城市的限定区域（小 ODD）实现安全运营，再逐步扩展 ODD 范围。

ODD 与责任边界

  • L3：系统在 ODD 内负责，ODD 外必须请求人类接管（Take-Over Request）
  • L4：ODD 内完全自主，超出 ODD 时系统自行执行最小风险机动（靠边停车），不依赖人类
  • L5：ODD 无限制，真正全自主

自动驾驶系统的子系统架构

一个完整的自动驾驶系统由四类子系统协同构成：

┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   感知子系统                               │
│  摄像头 │ 激光雷达 │ 毫米波雷达 │ 超声波 │ IMU/GNSS      │
│  → 目标检测 │ 语义分割 │ 目标跟踪 │ 车道识别              │
├─────────────────┬────────────────┬──────────────────────┤
│   决策子系统     │   执行子系统    │    基础设施子系统      │
│  定位 & 建图    │  线控转向      │  计算平台（SoC/GPU）  │
│  行为规划       │  线控制动      │  车载以太网/CAN       │
│  路径规划       │  线控油门      │  高精地图服务          │
│  控制算法       │  自动换挡      │  OTA 升级服务         │
│                │               │  云端数据平台          │
└─────────────────┴────────────────┴──────────────────────┘

各子系统通过中间件（ROS 2 / Cyber RT / AUTOSAR Adaptive）进行标准化消息通信，实现模块解耦和独立升级。

参考资料

  1. SAE International. J3016: Taxonomy and Definitions for Terms Related to Driving Automation Systems for On-Road Motor Vehicles, 2021.
  2. ISO. ISO 21448: Road Vehicles — Safety of the Intended Functionality (SOTIF), 2019.
  3. NHTSA. Automated Driving Systems 2.0: A Vision for Safety, 2017.