近四万字来看-BMW L3自动驾驶系统

宝马集团致力于为客户提供激动人心的驾驶体验，同时确保为所有道路使用者提供一个安全的移动生态系统。自动驾驶是车辆的下一个进化阶段，它为驾驶者提供了将驾驶中一些不太惊险的部分，如漫长的通勤时间，交给自动驾驶系统的选择。2018年，BMW Vision iNEXT概念车在洛杉矶国际车展上首次亮相。宝马的第一款以有条件的自动驾驶为功能的系列汽车--换句话说，宝马的第一款系列汽车可以在没有人类驾驶员在设计范围内不断监控驾驶任务的情况下自动驾驶--将以这款iNEXT概念车为基础。宝马集团认为，驾驶者应该有选择自己驾驶或被驾驶的权利。

出于这个原因，BMW iNEXT将有两种模式：Boost模式和轻松模式。在Boost模式下，驾驶员可以保留传统的控制方式，以传统的方式驾驶iNEXT。在轻松模式下，驾驶者可以激活自动驾驶系统，将目光从道路上移开，专注于其他活动。这种类型的自动驾驶，被称为有条件的自动驾驶，代表了自动化的第一个层次，在这种情况下，自动驾驶系统能够在一组特定的条件下执行完整的动态驾驶任务(DDT)；然而，当系统达到设计极限时，驾驶员必须准备好接管控制。这些设计极限被统称为设计运行域（ODD），代表了自动驾驶系统被设计为运行的物理和性能的边界。

在iNEXT中实施的自动驾驶系统（以下简称SAE L3级BMW ADS）的设计限制包括：仅在最高速度为85英里/小时（或最高允许速度限制）的有限通道高速公路上提供该功能，仅在天气和环境条件允许车辆的传感器不受损害的情况下运行，以及其他类似情况。本文将在以下各个方面详细介绍美国交通部2016年联邦自动驾驶汽车政策及其后续修订中强调的自动驾驶的每个安全方面。主要从以下几个方面进行介绍：

人机交互：解释了SAE L3级BMW ADS的驾驶界面是如何设计的，以提供直观和安全的操作。

目标和事件检测及响应：详细说明系统如何能够监测和应对其环境。

设计运行领域(ODD)：如上所述，将讨论系统的设计限制。

联邦、州和地方法律：将讨论系统如何纳入 "道路规则"。

接管：将解释在哪些情况下，当系统达到其设计极限时，系统如何将动态驾驶任务的控制权交还给驾驶员，或如何将车辆带到安全的静止状态。

耐撞性及碰撞后的行为：将详细说明汽车的安全性，将详细介绍车辆在碰撞过程中和碰撞后的安全问题。

数据记录和共享：将讨论系统收集哪些信息以及如何使用这些信息。

系统安全：将详细说明车辆是如何进行整体设计的，以确保即使在系统发生故障的情况下也能保证安全。

网络安全：将显示系统是如何设计的，以避免可能影响安全的操纵。

验证和确认：将讨论设计过程以及如何验证和确认系统达到其设计目标。

消费者教育和培训：将解释宝马将如何对其销售人员、客户和公众进行有关其系统的教育。

总的来说，本文每一章将详细介绍宝马如何确保所有道路使用者的安全。BMW对自动驾驶的未来充满期待，作为智能驾驶行业中的从业者，他山之石，可以攻玉，希望本文可以为同行交流学习。

概述：宝马的SAE L3级自动驾驶系统介绍

自动驾驶汽车是技术上的一个重大进步，有可能塑造未来的汽车，甚至改变未来的出行和交通方式。更高层次的汽车技术自动化的主要驱动力是:

- 安全：减少由人类错误造成的车祸。

- 效率和环境：通过新的城市交通解决方案，提高交通系统效率，减少在拥挤的交通中的时间。

- 舒适：减少司机的认知负担。

- 社会包容：增加老年人和残疾人用户的使用机会。

驾驶辅助和自动驾驶的主题在宝马集团的未来战略中起着举足轻重的作用。在过去几年中，宝马集团在开发高级驾驶辅助系统（ADAS）与SAE L1级和L2级系统的经验基础上，正在采取一种进化的方法，向更高级别的自动驾驶系统（ADS）发展。BMW iNEXT将是BMW集团第一个提供SAE L3级（有条件自动驾驶）ADS的车型。自动驾驶汽车技术的开发主要是在德国慕尼黑附近的Unterschleißheim的宝马集团自动驾驶园区进行的，该园区于2018年4月启用。

BMW愿景：BMW Vision iNEXT

BMW Vision iNEXT提供了对未来个人交通的洞察力。作为宝马集团最新的愿景汽车之一，iNEXT象征着驾驶乐趣新时代的到来，并在2018年洛杉矶车展上进行了全球首发。BMW Vision iNEXT将突破性的设计与公司战略NUMBER ONE > NEXT中定义的未来活动领域--自动驾驶、互联互通、电气化和服务（统称为 "ACES"）相结合，并回答了这个问题。

"当汽车不再需要由人驾驶，但仍然可以由人驾驶时，汽车将是什么样子？"汽车是人们生活和经验的一个内在组成部分。简而言之，它是人类的一个基本需要。因此，关于未来交通的讨论比以往任何时候都更多地围绕着人、人们的情感以及交通需求和偏好展开。自动驾驶、电气化和越来越多的智能网联所提供的可能性，将在未来为全新的体验和汽车旅行方式打开大门。同时，它们也有望改变人们的期望和生活习惯。BMW Vision iNEXT的驾驶者可以选择自己驾驶（在 "Boost"模式下）或被驾驶（在 "Ease "模式下）。

"Boost "模式使用电力驱动系统，提供高度动态和几乎无声的驾驶体验，并实现零排放。在 "轻松 "模式下，车辆为驾驶者和乘客提供了一个空间，无论是车辆行驶还是停车情景下，使他们能够从事有兴趣活动。在未来，智能技术将以越来越微妙和不显眼的方式帮助人们。在BMW Vision iNEXT中，这些技术保持在背景和视线之外--因此被称为 " ShyTech"--只有在需要时或在驾驶员或乘客的要求下才会在车辆上应用。

系列化生产的车辆：BMW iNEXT

基于BMW Vision iNEXT（该品牌的新技术旗舰）的量产车型将在未来几年内投入生产。BMW iNEXT的生产车型将在德国丁格芬工厂下线。随着全电动BMW iNEXT的推出，宝马集团将在自动驾驶（AD）的开发和商业化方面迈出下一步。该车将提供一些高级驾驶辅助系统（ADAS，见图2）和SAE L3级BMW ADS作为可选套件。这些ADAS功能可以分为以下几个子类别。安全辅助功能、驾驶员舒适功能和驾驶员信息。

图2.iNEXT中的先进驾驶辅助系统SAE

L3级BMW ADS功能是为了在有限的高速公路上执行动态驾驶任务，包括自动变道，最高速度可达85mph。因为它是SAE L3级功能，它允许驾驶员放松，甚至从事其他事情。与所有SAEL 3级功能一样，驾驶员/用户必须保持足够的警惕性，以履行他/她作为准备接管用户的责任（见图3中的SAE L3级定义）。另一方面，驾驶员可以选择自己驾驶（在 "Boost "模式下使用iNEXT）：车辆将像传统车辆一样运行，驾驶员将得到ADAS的辅助功能。

图3. 根据SAE J3016的SAE级别定义

SAE L3级BMW ADS可以识别其性能极限（见设计运行域（ODD）），并向驾驶员发出接管请求（TOR），有足够的准备时间让驾驶员在达到系统极限之前执行接管（TO）。在不太可能的情况下，如果驾驶员没有在这段时间内接管驾驶任务，SAE L3级BMW ADS会执行风险缓解操作，即尽可能安全地使车辆完全停止（见接管（最小风险条件））。

然而，有一些驾驶任务不属于SAE L3级系统的义务，因此仍将是驾驶员的责任的一部分。驾驶员将接受有关这些责任的教育（见消费者教育和培训）。这些责任包括，但不限于，以下义务：- 牌照和驾驶证。- 确保没有对车辆进行改装（如改装）。- 确保车辆有适合当时驾驶条件的正确轮胎（冬季、夏季），并且这些轮胎处于良好状态。- 确保车辆总体上处于良好的驾驶状态（例如，雨刷片/挡风玻璃没有裂痕）。- 驾驶员适合操作车辆（没有药物/酒精损害，没有瞌睡驾驶的风险）。- 驾驶员有足够的警惕性，在SAE L3级BMW ADS的提示下，能够接管驾驶任务。

1. 人机交互

"人机界面 "可以定义为互动系统（软件或硬件）的所有部分，它们为用户使用互动系统完成某项任务提供必要的信息和控制。应用于ADS，至少人机界面应该能够通过各种指示器告知用户ADS：运行正常，目前正处于ADS模式，目前 "不可用"，遇到故障，和/或要求从ADS向用户进行控制转换。SAEL3级BMW ADS是根据行业最佳实践和标准设计的。总之，人机界面允许用户安全、舒适地使用SAE L3级BMW ADS。以下部分的范围是描述BMW如何设计、开发、评估、测试和验证其SAE L3级BMW ADS的人机界面（HMI）。几十年来，BMW一直在设计车辆的人机界面的时候，遵循以客户为导向和无干扰的驾驶体验的原则。随着SAE L3级BMW ADS的推出，用户的驾驶体验将得到进一步加强，当在SAE L3级BMW ADS的设计运行域（ODD）内操作时，他们有机会暂时将动态驾驶任务（DDT）移交给ADS。通过始终让用户了解SAE L3级BMWADS的状态以及他/她作为驾驶员和用户准备接管的责任，车辆的人机界面是实现SAE L3级BMW ADS安全和舒适使用的关键部件。在整个设计和开发过程中，BMW使用最先进的方法来确保实现这一愿景，从驾驶模拟器到试车场的驾驶测试和道路交通的研究。

1.1 自愿指导、最佳实践、行业标准、设计原则、内部流程和公司政策

除了相关的标准化文件和美国交通部的联邦自动驾驶汽车政策指导中给出的标准开发活动的综合清单外，在BMW的人机界面开发过程中，考虑并应用了一些相关的指导、最佳实践、行业标准和设计原则（见表3）。这个内部清单不断更新，以考虑到最先进的科学见解。同时，BMW依靠自己的内部流程，基于车辆的自动化水平和预期的驾驶员参与程度。根据SAE J3016，期望为DDT准备接管的用户能够接受任何L3级BMW ADS发出的干预请求，并作出适当的回应。当驾驶员接管驾驶任务时，SAE L3级BMW ADS应该传达所有必要的交通和环境信息，以确保安全驾驶。因此，为L3级BMW ADS系统的HMI开发与验证提供一个量身定做的过程。为了开发一个可理解的、容易使用的、安全的SAE L3级 ADS人机界面，BMW依靠基于ISO 9241 "人机交互的人机工程学 "的反复以人为本的设计过程，这也指导BMW的评估、测试和验证。

这个过程的核心是四个相互依赖的以人为本的设计活动:

1. 理解并指定使用的环境

2. 指定用户需求

3. 提出满足这些要求的设计方案

4. 根据这些要求对设计进行评估

我们还试图通过积极促进自动驾驶的人因研究方法的发展，并参与科学和公共讨论，来扩展现有的知识基础。

1.2 人机界面设计

BMW认识到，对于任何仍然依赖人类操作者作为准备接管的系统（见SAE L3级定义），可能存在与驾驶员意识和参与有关的人为因素挑战。因此，BMW的人机界面的可理解性是以安全为主要设计目标对所有操作状态进行评估的。这是在整个设计和开发过程中，通过大量的人机界面评估、经验性和非经验性数据来完成的。同样地，在必要的时候，与其他道路使用者的沟通也被研究。为了支持用户准备接管，系统包括一个驾驶员监测系统，以观察准备接管的用户是否清醒，是否坐在驾驶座上，是否系了安全带等。为了检测司机是否在TOR后接管了驾驶任务，司机监控系统还包括方向盘上的双手检测传感器、转向扭矩传感器和踏板位置传感器。如果驾驶员操作用户界面元素，打开车门，或试图换挡，这也将被传统汽车中使用的标准传感器检测到。BMW非常注意确保人机界面能够传达每一种操作状态，以及所有与驾驶员相关的额外信息。

在这种情况下，如果信息能满足以下一个或多个目标，就被定义为相关信息。- 旨在改变用户行为的信息（例如，当前的系统状态，如 "L3级BMW ADS激活"，用户不再负责执行动态驾驶任务）。在iNEXT中，SAE L3级BMWADS的激活将通过不同的渠道进行沟通。一旦SAE L3级BMW ADS被激活，仪表盘上将出现相应的状态信息（见图4）。当SAE L3级BMW ADS被激活时，方向盘将被点亮为蓝色。(请注意：所有显示的图像、符号、图形、HMI元素和文本驾驶员通知都是概念性的，在此仅作说明。)