L4 级自动驾驶汽车发展综述
摘要：为了减小交通事故概率、降低运营成本、提高运营效率，实现安全、环保的出行，自动驾驶
技术的发展已成为大势所趋，而搭配有L4 级自动驾驶系统的车辆是将车辆驾驶全部交给系统。据此，介绍了自动驾驶汽车的主流技术解决方案；分析了国内外L4 级自动驾驶汽车的已发布车型、所应用的技术以及相关法规等；研究国内L4 级自动驾驶系统发展所遇到的机遇与挑战。
关键词：L4 级；自动驾驶；现状；机遇；挑战
1 前言
相对于人，车往往是更安全的，原因在于人的情绪因素或疲劳感等会影响车辆驾驶的安全。经调查，交通事故的产生大多是人为因素，包含醉驾、疲劳驾驶、边开车边玩手机等。为了减小交通事故概率、降低运营成本、提高运营效率，实现安全、环保的出行，自动驾驶技术的发展如火如荼。自动驾驶技术最早出现在欧美和日本，美国汽车工程学会（SAE）根据系统对于车辆操控任务的把控程度，将自动驾驶技术分为L0L5，L1L3级系统主要起辅助功能；当系统达到L4 级，车辆驾驶全部交给系统，借助实时更新并且可靠的道路信息，可以实现自动取还车、自动巡航、自动避障等出行的真实场景。目前不少乘用车企已向消费者发布L4 级自动驾驶概念。本文中，笔者将对L4 级自动驾驶汽车的发展现状、在国内发展所遇到的机遇与挑战等进行介绍与分析。
2 发展现状
2.1 自动驾驶汽车主流技术方案
自动驾驶功能的实现，主要是依赖于环境感知传感器、自动驾驶计算平台、网联通信设施以及人机交互系统等，其主流技术解决方案如图1 所示。对于自动驾驶汽车来说，环境感知系统相当于其五官，自动驾驶计算平台则相当于其大脑，为了实现V2X 功能则需要网联通信设施，人机交互系统则是自动驾驶汽车的另一个重要的板块。
2.2 国外现状
戴姆勒卡车与旗下独立子公司Torc 一道开发配备关键冗余安全系统的SAE4 级（L4）自动驾驶卡车，这是业内首开卡车制造商和自动驾驶技术商合作关系的先河，双方已有车队每日在美国公开道路上开展安全有效的测试。这些卡车配备了先进的激光雷达（LiDAR）、雷达和摄像头技术，能够在灯控交叉道路、坡道和转向路口完成高级驾驶行为。目前经过密集的变道、复杂并线等典型驾驶场景测试，Torc 自动驾驶软件在高速公路上的安全导航能力已经得到验证。这对于实现“仓对仓”的货运场景不可或缺。如今，Torc 还与当地领先的物流企业合作建立Torc 自动驾驶咨询委员会，致力于将深刻的行业洞见整合至自动驾驶卡车开发进程，进一步融入实际运输应用场景。双方坚信将在2030 年内让自动驾驶卡车技术成为现实，并实现其商业化。为打造面向商用车型的L4 级自动驾驶技术，Apl⁃habet 旗下的Waymo 公司与菲亚特·克莱斯勒（FCA）基于FCA Pacifica 混合动力型小型货车于2020 年7 月开始开展了相关工作。
根据德国联邦议院公布《自动驾驶法》，自2022 年开始，德国允许有条件的自动驾驶汽车（L4 级）在公共道路以及指定区域内行驶。同时，未来将不再需要驾驶员亲自驾驶，而是在全国范围内允许无人驾驶汽车运行。根据法案内容，具体L4 级无人驾驶车辆应用场景包括：a. 班车交通；b. 载人汽车（按指定路线行驶的公交车）；c.Hub2Hub 运输（如往返于两个配送中心）；d. 非高峰时段的运输需求；e. 第一/最后一公里的人员和/或货物运输；f“. 双模式车辆”，如自动代客泊车（AVP）。
2021 年，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）发布了《无人驾驶汽车乘客保护规定》最终版，该规定特别指出，对于自动驾驶系统操作的车辆，传统方向盘等手动控制装置将不要求配备。由此可见，该规定有望促进美国L4 级自动驾驶汽车商业化落地。由以上可以看出，国外L4 级自动驾驶集中在无人货运等领域，并在该领域取得一定成就，而对于乘用车方面仍有一定欠缺；L4 相应法规已经在逐步颁布，这对于促进L4 级自动驾驶技术的落地具有积极作用。
2.3 国内现状
由于配送、物流、工业运输的场景大多路线相对单一，路况相对简单，因此在这类场景下L4 级别自动驾驶技术更容易实现，如2018 年百度Apollo 基于特定场景研发并使用的全球首款L4 级别量产自动驾驶巴士——阿波龙。
元戎启行的自动驾驶轻卡将为德邦快递提供为期一年的常态化货运中转服务，这意味着国内首个L4 级自动驾驶轻卡商业化项目成功落地。该轻卡搭载了激光雷达、组合导航、摄像头、毫米波雷达等传感器，这些传感器类似于人类的“眼睛”，能“看到”城市交通中的各类参与者。借助车内配备的L4 级自动驾驶系统，自动驾驶轻卡拥有了能够思考与判断的“大脑”，在传感器“看到”各类交通参与后，能够快速规划与决策最优行驶路径，对于“加塞”、“鬼探头”等复杂路况也有很好的应对能力。相比人类司机，自动驾驶轻卡可以“不带情绪”工作，更不会感到“累”与“困”，提高了城市物流运输的效率，降低了运营成本；同时若遇到疫情突发，自动驾驶轻卡还能进行“无人货运”，有效地降低配送中交叉感染的风险，保证了货物的运输。元戎启行自动驾驶轻卡与自动驾驶乘用车使用同一套自动驾驶系统，研发效率较高。
国家智能网联（武汉）测试示范区专班主任陈立表示：“我们从2019 年就开始做自动驾驶测试和运营工作，武汉目前有近50 台无人驾驶出租车，近期在军山新城核心区域开展高级别自动驾驶的试点。”论及支持L4级自动驾驶出租车顺利上路的技术，陈立指出，我国的自动驾驶体系与单车智能为主的美国体系不同，采用“单车智能+车路协同”的策略，大幅提高了单车出现问题时的决策和感知的能力，也便于控制车载算力成本、发展规模经济。具体而言，车载感知设备收集的道路数据能通过低时延的专用5G 网络传输到车城网一体化平台，这一闭环体系保障了车辆情况随时能被掌握，安全员可以及时地远程处理紧急情况。除了“聪明的车、智能的路”，自动驾驶领域也与智慧城市建设紧密相关。陈立表示：“未来可通过车路协同将智慧城市的信息推送到‘聪明的车’上面，形成新的基建体系和交通体系。”基于运营经验，陈立认为：“目前自动化驾驶推广最需要解决的问题之一是成本问题。预计在‘十四五’末，10 万元普通出租车改装成的自动驾驶车辆可降价到15万元以内。”
江铃汽车联合文远知行发布中国首款L4 级自动驾驶轻客—WeRide Robovan。江铃汽车第一执行副总裁金文辉做客《证券日报》社演播厅时表示：“2022 年9 月份会有两台试验样车，会到实际场景进行进一步的验证，真正的量产会在明年年初。”他明确表示，该试验车将不会像路上自动驾驶乘用车那样配备“安全员”，WeRide Robovan 会真正实现无人化，销量达到3 000 辆以上就可以盈利。
宇通公布全新造型的L4 级自动驾驶巴士小宇2.0版，如图2 所示，可实现超级巡航、动态避障、自主超车、精准停靠、车路协同、自动泊车、自动充电、远程驾驶等功能，该自动驾驶巴士可以无安全员运营，为行业首款同类产品。不仅如此，小宇2.0 版利用出行大数据，融合自动驾驶、物联网、云计算、5G 等技术，此外还结合出行场景以及客户的需求，对于园区、景区、公交、机场等多种应用场景需求均可满足，为激活“最后一公里”提供更优选择。全新一代的小宇2.0 版在造型、人机交互模式、自动泊车、三点调头等方面均实现了全新升级。
福田欧辉发布的欧辉BJ6460 自动驾驶MINI 客车（图3）为了实现地图要素的自动识别与提取，采用的是基于深度学习的方法；同时为了全方位保证道路行人与车辆安全，采用组合特征以实现车辆高精度自主定位；此外采用的多源传感器融合技术，帮助车辆实现雨雪等复杂环境中多源信息融合的动态目标检测，该方案有效地降低了环境因素对障碍物检测的影响，既可灵敏应对各种天气变化，又可在幅度变化较大的动态客流条件下提高客运效率与道路安全。可以说，MINI 客车已经构建了一个新型交通系统，该系统可以实现行人、车辆、物流、环卫与园区外的无缝对接。
2020 年，AutoX 获上海新规2.0 后的首批牌照，并开启第三代的RoboTaxi 在沪对外公开载人示范应用，标志了上海首批自动驾驶出行对外开放运营，覆盖嘉定区主要城市路段。2022 年9 月1日，上海自动驾驶出行对外开放运营新增投入服务车型为搭载AutoX Gen5 的AutoX 第五代RoboTaxi—克莱斯勒FCA 大捷龙，如图4所示。该车搭载有其自研的核心计算平台AutoX XCU和自动驾驶域电子电气架构，算力达2200 TOPS，实现了车规级别功能安全的全栈架构冗余。该车还具备由国际车企巨头克莱斯勒FCA 深度合作打造的车规级冗余线控，也是中国首个可量产真正无人驾驶的车型。
2019 年12 月，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》（征求意见稿）提出，到2025 年，智能网联汽车新车销量占比达到30%；对于限定区域和特定场景，高度自动驾驶智能网联汽车要实现商业化要求。2022年8 月1 日开始施行的《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》确立了从L3、L4 至L5 级汽车的上路规范，对于事故发生之后的责任认定也进行了划定。2022 年9月1 日，上海WAIC2022 世界人工智能大会正式开幕，自动驾驶公司AutoX（安途）宣布推出了上海第一个市中心城区RoboTaxi 示范应用载人服务，并于当日正式投入对外公开运营，上海金桥智能网联汽车测试示范区启动仪式正式举办，意味着浦东第一批智能网联汽车测试道路的正式开放，这是上海市首次开放了城中心的自动驾驶道路测试。
可以看出，国内L4 级自动驾驶技术发展良好，广泛采用5G 技术、深度学习等，且已开始进行公开载人示范应用。同时我国的自动驾驶体系采用的“单车智能+车路协同”策略以及使用智慧城市建设有利于降低L4 级自动驾驶系统对算力的要求，有利于促进L4 级自动驾驶技术落地。当然，成本问题仍是限制L4 级车辆发展的一个重要因素。
3 L4 级自动驾驶汽车发展的机遇与挑战
3.1 机遇
L4 级自动驾驶技术的发展面临许多机遇，包含国家支持、社会需求、法律法规等方面。国家支持：我国将智能网联汽车上升至国家发展战略高度，从政策扶持、制定道路测试法规、建设示范区、基础数据平台、产业创新联盟和批准重点项目等多方面推进我国智能网联汽车的发展。
社会需求：在疫情期间人与人接触的货运以及配送方式对于疫情防控存在一定的不利影响，而L4 级无人货运车辆则可以有效降低配送中交叉感染风险，保证货物运输；同时还可以“不带情绪”工作，更不会感到“累”与“困”，提高了城市物流运输的效率，减少运营成本。因此L4 级自动驾驶技术的发展对于应对此类社会公共事件有很大的优势，这也必将促进L4 级自动驾驶技术的发展。
法律法规：相比于早期国内没有关于自动驾驶技术相关法规的状况，《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》虽然是一部地方性法规，但它的发布意味着国家对于自动驾驶领域相关法规立法的开端。随着相关法规的逐步确立，对于自动驾驶车辆出现事故后的责任划分以及其他方面便有法可依，这对于L4 级自动驾驶技术的发展是一大机遇。
与L3 级自动驾驶的对比：按自动驾驶等级划分来说，L2 级（组合驾驶辅助）与L4 级（高度自动驾驶）之间仍有L3 级（有条件自动驾驶），人们大多希望的是L2+这样的渐进式发展路线，认为应该是首先实现L2，再实现L3，最后是L4，国家相关部门的配套政策亦是如此。然而暂且抛开《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》不谈，从事故责任问题来说，L2 与L4 事故责任明确，L2级车辆出现事故由驾驶员承担，L4 级车辆出现事故由运营商负责，而L3 级车辆由于存在驾驶员介入，因此事故责任较难界定。
再谈深圳通过的《条例》，虽然对自动驾驶级别和规范有了明确规定：有驾驶人的自动驾驶汽车若是发生交通事故造成损害，由驾驶人承担赔偿责任；若是完全自动驾驶的汽车，在无驾驶人期间发生交通事故造成损害，则由自动驾驶车辆的所有人、管理人承担赔偿责任，这就意味着对于车主（认为是驾驶员）来说，无论何种事故情况都需承担一定责任。因此，相比L3 级车辆，L4级车辆更易被大众接受。
3.2 挑战
L4 级自动驾驶技术除面临上述发展机遇外，仍面临许多挑战，主要包括车路协同方面、算力方面、造价方面、有人驾驶车辆影响、法规方面等。
车路协同方面：实现L4 级的自动驾驶并非单纯的车辆技术问题，还需要考虑到道路的实际问题，因为道路情况非常复杂，在现有的道路系统中，实现自动驾驶存在很大的安全隐患，要想完成车辆驾驶的完全自动化，必须解决车路协同的问题，这是一项非常巨大的工程。同时信号基站难以全方位覆盖，由于停车位、小区内道路、乡村道路以及偏远地方信号较差，因此在所有场景实现L4 级自动驾驶存在一定挑战。
算力方面：要想实现高度自动化驾驶，算力方面是一个很高的门槛，必须要拥有高性能的智能计算平台，算力系统就如同人的大脑，对传感系统接收到的环境数据进行高速的计算，并且做出正确的预判，需要有AI 芯片等精密硬件的支持。
造价方面：现有传感器技术虽然已经达到自动驾驶标准，但造价成本过高，若在商用车方面推广，必然存在较大的困难。此外，执行装置的改装也将需要对现有车辆架构进行改造，这也将提高车辆造价，同时，架构改造或将衍生出其他新问题，这也不利于L4 级自动驾驶技术的落地。
有人驾驶车辆影响：单车实现L4 后，若需要与道路上有人驾驶的车辆或其他有人驾驶的非机动车共享道路，由于人的行为难以预测，这将提高L4 自动驾驶技术的要求。
法规方面：受限于相关政策与法律等，国内对于自动驾驶的测试大多集中在封闭测试，仅有少数开展高速公路的编队测试，而封闭路况测试的数据并不适用于所有路况。这意味着为了促进L4 级自动驾驶行业的发展，相关法规仍有一长段路要走。
4 结语
L4 级自动驾驶汽车是降低交通事故概率、实现安全、环保出行的一项有效方案，它的发展是大势所趋。目前通过使用云计算、5G 技术，同时借助多源传感器融合等技术，L4 级自动驾驶车辆已实现上路行驶的能力。虽然现阶段L4 级自动驾驶面临机遇与挑战，但随着相关法规的逐步完善以及技术的不断发展，相信在不远的将来，L4 级别自动驾驶车辆将实现大规模量产并得以普及。