一文詳解自動駕駛的執行設計域（ODD）

2021年4月30日，SAE釋出了第四版J3016《駕駛自動化分級》，這是即2014年1月16日、2016年9月30日、2018年6月15日之後，J3016的又一次迭代更新。

2021年7月，ISO釋出了ISO 22737《預定路線的低速自動駕駛(LSAD)效能要求、系統要求和效能測試規範》。

本系列將詳細解讀自動駕駛ODD、DDT、DDT fallback、OEDR、低速自動駕駛和自動駕駛分級。

01 基本概念

自動駕駛需要在地球上各個國家地區都能正確工作。因此要求綜合考慮各種不同型別的道路、道路標記、交通標誌等，以及環境問題，如天氣狀況。確保自動駕駛汽車在其預定的執行環境中表現充分，是整個自動駕駛系統驗證的關鍵部分。運營設計域ODD(Operational Design Domain)一詞的原始定義來自SAE J3016中的定義。

SAE J3016 將 ODD 定義為"特定駕駛自動化系統或其功能專門設計的執行條件，包括但不限於環境、地理和時間限制，和/或某些交通或道路特徵的存在或缺失。"[1]

簡單來說，ODD就是要定義好在哪些工況下是能夠自動駕駛的，脫離了這些工況，自動駕駛就不能保證工作。任何一臺自動駕駛車輛，都必須有一定限定的工況。而這個工況可以很寬泛，也可以很精準，並決定了自動駕駛車輛能勝任什麼樣的場景。比如，一臺車的自動駕駛系統只能在高速上使用，它可以自動保持車道、自動超車、自動跟車、自動讓行、自動通過ETC、自動上下匝道等，但到了城市裡就無法完全自動駕駛。同時，要確保自動駕駛測試和驗證是完整的，至少需要確保ODD所有方面已經通過確保系統安全執行，或通過確保系統能夠識別超出ODD 的範圍。

在工信部發布的《GBT 汽車駕駛自動化分級》推薦性國家標準中，ODD是設計時確定的駕駛自動化功能的本車狀態和外部環境。執行設計條件ODC(Operational Design Condition)是設計執行時確定的駕駛自動化功能可以正常工作的條件，包括ODD、駕駛員狀態以及其他必要條件。[2]

動態駕駛任務DDT(Dynamic Driving Task)是在道路交通中執行車輛所需的所有實時執行和策略功能，不包括行程安排和目的地和航路點選擇等戰略功能。

動態駕駛任務接管DDT fallback(Dynamic Driving Task fallback)是在相同情況下，使用者對實施DDT或達到最低風險條件的響應(1)在發生DDT效能相關係統故障後，或(2)在ODD退出時，或ADS對達到最低風險條件的響應。

目標和事件檢測與響應OEDR(Object and Event Detection and Response)是DDT的子任務，包括監控駕駛環境(檢測，識別和分類物件和事件，並準備按需要做出響應)，並對這些物件和事件執行適當的響應(即根據需要完成DDT和/或DDT接管)。

低速自動駕駛LSAD(Lowspeed Automated Driving)是最大速度為8.89米/秒(32公里/小時)的自動駕駛系統，將被用於最後一英里的運輸、商業區的運輸、商業或機場、港口、大學校園區以及其他低速環境的應用。[3]

自動駕駛分級或類別(Levels or Categories of Driving Automation)是基於駕駛自動化系統功能，由該功能和(人工)使用者(如有)之間DDT和DDT fallback執行中的角色劃分決定。駕駛自動化系統功能部件的製造商確定該功能的要求、ODD及執行特性，包括駕駛自動化水平。

02 ODD案例

(1)ISO 22737中定義的LSAD ODD

每個LSAD系統都應由製造商定義其ODD。一個LSAD ODD的限制系統應至少指定以下屬性：

a) 低速：LSAD系統的速度應等於或小於8.89米/秒或32公里/小時;

b) 適用範圍：例如，受限通道或專用道路(公共或私人)，或行人/自行車道，或限制所有或某些特定類別機動車進入的區域。限制通行的道路可以通過車道標記或速度限制或物理分界來指定;

c) 預定義路線：在LSAD系統執行之前，在LSAD系統內定義的路線。LSAD系統只能在預定路線上執行。預定路線應由相關的利益相關者共同確定(例如，地方當局、服務提供商、製造商等)。排程員應確認與預定路線的任何偏差不會導致危險情況;d) 應用區域的照明條件;

e) 天氣狀況;

f) 路況;

g) 存在或不存在VRU;

h) 可行駛區域內可能存在靜態障礙物;

i) 網聯要求等。

LSAD系統或排程員應根據當前的ODD條件(例如霧天條件、夜間照明條件)，在ODD屬性預定值的範圍內為指定的應用選擇操作值(對於LSAD系統駕駛的車輛)。例如，排程員或LSAD系統可以決定將雨天的最大允許速度限制為低於晴天的速度。

(2)B款車型的L3級ODD [4]

a) 地理限制：地理ODD包括地理圍欄的邊界和這些邊界內區域所有適用的交通規則。只能在有限的高速公路上啟用和執行，與來往車輛有連續的結構隔離，沒有交叉路口和環島。這種道路型別的特點是行人和自行車出現的概率很小。對這些啟用條件的遵守將由車載感測器檢測，例如攝像頭監測交通標誌，並且還將通過高清地圖提供的資訊進行保證。考慮到法律要求等各種因素，L3級ADS被設計為在0至85mph(136.79 km/h)的速度下執行;

b) 環境限制：自動駕駛車輛持續監測環境ODD，以確保在所有條件下安全執行。例如，車輛的速度將根據一天中的時間、光線條件、路面摩擦係數太小(例如路面上有雪或冰)或風太強而調整;

c) 人類駕駛員的限制：駕駛員必須繫好安全帶坐好，並保持清醒等。

(3)A款車型的L3級ODD

a) 行駛在高速公路上，或者帶有中央隔離帶和護欄的兩車道以上機動車專用公路上;

b) 所在車道和周邊車道的車間距離在較近也就是說在堵車狀態下;

c) 車的行駛速度不超過60km/h;

d) 在感測器可檢測到的範圍內沒有訊號燈，也沒有行人和騎自行車的人等。

03 NHTSA ODD分類框架

NHTSA在《A Framework for Automated Driving System Testable Cases and Scenarios》中採用六大要素構建設計執行域，包括基礎設施、駕駛操作限制、周邊物體、互聯、環境條件、區域。[5]

(1)基礎設施

道路型別：分隔公路、不分隔公路、主幹道、城市、農村、停車場、多車道、單車道、高載客量車輛(HOV)車道、入口/出口匝道、緊急疏散路線、單向、轉彎專用車道、私家路、雙向車道、交叉口(訊號燈、掉頭、四向/雙向停車、環島、合併車道、轉彎專用車道、人行橫道、收費廣場、鐵路穿越)(FHWA，2012年)。

道路表面：瀝青、混凝土、混合料、格柵、磚、泥土、礫石、刮過的道路、部分堵塞、減速帶、坑窪、草地(Gibbons，1999)。

道路邊緣：標記線、臨時標記線、路肩(鋪砌或礫石)、路肩(草)、混凝土護欄、格柵、欄杆、路緣、錐體(Sage，2016)。

道路幾何：直線、彎道、山丘、側峰、拐角(常規、死角)、負障礙物、車道寬度(Huang，2010)。

(2)駕駛操作限制

速度限制：最低和最高限速(絕對、相對於限速、相對於周圍交通)(Elpern Waxman，2016)。

交通條件：最小交通量、正常交通量、保險槓到保險槓/高峰時間交通量、交通條件變化(事故、應急車輛、施工、封閉道路、特殊事件)(加利福尼亞大學道路計劃，2016年)。

(3)周邊物體

標誌標牌：標誌(例如，停車、讓行、行人、鐵路、學校區域等)、交通訊號(閃光、學校區域、消防部門區域等)、人行橫道、鐵路交叉口、停止的公共汽車、施工標誌、急救訊號、遇險訊號、道路使用者訊號、手勢訊號(FHWA，2012)。

道路使用者：車輛型別(轎車、輕型卡車、大型卡車、公共汽車、摩托車、寬載、應急車輛、施工裝置、馬車/四輪馬車)、停車車輛、移動車輛(手動、自動)、行人、自行車手(CA DMV，2016)。

非道路使用者障礙物/物體：動物(如狗、鹿等)、購物車、碎片(如輪胎碎片、垃圾、梯子)、施工裝置、行人、自行車手。

(4)互聯

車輛：V2V通訊(如C-V2X/DSRC、Wi-Fi)、應急車輛。

交通密集資訊：眾包資料(如Waze)和V2I。

遠端車隊管理系統：車輛由可執行遠端操作的操作中心支援(Aljaafreh等人，2011年)。

設施感測器等：工作區警報、易受傷害的道路使用者、路線和事件管理、GPS、三維高清地圖(Ellicipuram，2016)、坑洞位置、天氣資料、雲端資料等。

(5)環境條件

天氣：風、雨、雪、雨夾雪、溫度。在高速公路上，小雨或小雪可使平均速度降低3%至13%。大雨會使平均速度降低3%到16%。在大雪中，高速公路的平均速度會下降5%到40%。小雨時自由流速度可降低2%至13%，大雨時可降低6%至17%。雪會導致自由流速度降低5%至64%。降雨期間，速度變化可降低25%(FHWA，2017c)。

天氣導致的路面條件：積水、道路被淹、道路結冰、道路積雪。洪水導致車道浸沒，積雪和風吹碎屑導致車道阻塞，可能導致通行能力降低。由於危險條件(如大風中的大型卡車)造成的道路封閉和通行限制也會降低道路通行能力(FHWA，2017)。

顆粒物：霧、煙、煙霧、灰塵/汙垢、泥。低能見度可導致速度降低10%至12%。霧和強降水以及風吹雪、灰塵和煙霧會縮短能見度距離。低能見度條件會導致速度差異增大，從而增加碰撞風險。每年在霧中發生的車禍超過38700起，每年有600多人在這些車禍中喪生，16300多人受傷(FHWA，2017b)。

光照：白天(太陽：頭頂、後照燈和前照燈)、黎明、黃昏、夜晚、路燈、前照燈(常規和遠光)、迎面而來的車輛燈光(頭頂照明、後照燈和前照燈)(FHWA，2017a)。

(6)區域

地理圍欄：中央商務區、校園和退休社群(例如，CityMobil2是固定路線，包括道路上和人行道上的<20 mph路線)。

交通管控區域：可能包括臨時車道封閉、動態交通標誌、可變限速、臨時或不存在的車道標誌、人工引導交通、裝卸區。

學校區域：動態限速、不穩定的行人和車輛行為(Marshall，2017)。

國家/州：任何法律、監管、執法、侵權或其他考慮因素(例如，跟蹤距離、許可等)(Bomey&Zambito，2017)。

干擾區域：隧道、停車場、茂密的樹葉、高層建築和大氣條件限制的GPS。

04 英國 PAS1883 標準

2020年8月，英國標準協會BSI釋出 PAS1883 標準《Operational Design Domain (ODD) taxonomy for an automated driving system (ADS) – Specification》，採用三大要素構建設計執行域，包括景觀(區域、可行駛區域、交叉口、特殊結構、固定道路結構、臨時道路結構)，環境條件(天氣、微粒、照明、互聯)，動態元素(交通、目標車輛)。[6]

(1)景觀

區域：a)地理圍欄區;b)交通管理區;c)學校區域;d)國家或區域;e)干擾區，例如茂密的樹葉或高層建築導致的定位訊號丟失。

可行駛區域：a)可行駛區域型別;b)可駕駛區域幾何結構;c)可行駛區域車道規格;d)可行駛區域標誌;e)可駕駛區域邊緣;f)可駕駛區域表面。

可行駛區域型別：高速公路、放射狀道路(A道路是高密度交通道路，將高速公路連線到分配道路或城市中心)、分配道路(B道路將A道路與次要道路或地方道路連線起來，通常具有低至中等通行能力)、次要道路(次要道路或地方道路為居民區和其他地方發展提供通道)、支路、停車場、共享空間;

可駕駛區域幾何結構：水平面(直線和曲線);橫切面(分割、不可分割、行人路、邊緣障礙物、不同型別的車道);縱向平面(上坡(正坡度)、下坡(負坡度)、水平面)。

可行駛區域車道規格：車道尺寸、車道標誌、車道型別(公交車道、交通車道、自行車道、有軌電車車道、應急車道或其他專用車道)、車道數、行駛方向。

可行駛區域標誌：資訊標誌、監管標誌、警告標誌。

可駕駛區域邊緣：標記線、路肩(鋪砌或礫石)、路肩(草)、固體屏障(例如格柵、軌道、路緣、錐體)、臨時標記線、沒有。

可駕駛區域表面：可行駛區域表面型別(鬆散(如礫石、泥土、沙子)、分段式(如混凝土板、花崗岩、鵝卵石)、均勻(如瀝青))、可駕駛區域表面特徵(包括交通和天氣造成的損壞，分類為裂縫、坑洞、車轍或隆起)、可行駛區域引起的路面狀況(結冰、淹沒的道路、海市蜃樓、可行駛區域的積雪、死水、溼路、表面汙染)。

交叉口：環形交叉口、交叉口(T型交叉口、Y形交叉口、十字交叉口、交錯交叉口、立體交叉口)。

特殊結構：自動訪問控制、橋樑、行人過路處、鐵路道口、隧道、收費廣場。

固定道路結構：建築物、街燈、街道設施(例如護柱)、植被。

臨時道路結構：施工現場繞道、垃圾收集、道路工程、道路標誌。

(2)環境條件

天氣：風、降雨、降雪。

微粒：海洋(僅沿海地區)、非沉澱水滴或冰晶(即，霧/霧)、沙塵、煙霧和汙染、火山灰。

照明：白天、夜間或低環境照明條件、雲、人工照明(可能是路燈或迎面而來的車輛燈)。

互聯：V2X。

(3)動態元素

交通：實體密度、交通量、流量、實體型別、有特殊車輛(如救護車或警察車輛)。

主題車輛：主題車輛的速度是額外的ODD屬性。

05 SAE J2980 ODD分類框架

SAE J2980標準中推薦使用六大要素構建執行設計域，包括位置(公路、鄉村道路、城市道路、交叉口、土路、越野、停車場、車道、維修車庫)，道路狀況(道路摩擦(幹、冰、雪、溼、裂)、坡度、道路寬度)，駕駛操作(啟動、停車、向前行駛、向後行駛、直行、轉彎、避開車道、變道、關閉)，車輛狀態(滑行、爬行、加速、減速、駐車、停止、碰撞)，其他考慮因素(側風，即將來臨的交通，施工區域，事故場景，交通堵塞，行人)，其他車輛特徵(其他車輛系統的狀態：故障程式碼、拖車、過載、啟動關閉/開啟、遠端車輛啟動、其他技術)。[7]

06 歐洲PEGASUS專案

歐洲PEGASUS 專案提出了一個具有六個獨立層的場景系統描述模型[8]：

a) 道路：幾何結構、拓撲，路面質量、邊界(路面);

b) 基礎設施：邊界(結構)，標誌牌、訊號燈等;

c) 第一層和第二層的臨時操縱：道路的臨時性設施，如臨時封路、道路施工現場等;

d) 目標物：靜態、動態、移動，互動、機動;

e) 自然環境：天氣、光照等其他環境資訊;

f) 數字資訊：數字資訊，如V2X資訊、數字地圖資訊等。