2. 自动驾驶系统基础

自动驾驶系统并不是单一算法，而是一条从环境输入到车辆动作的闭环链路。理解这条链路，是后续开展安全验证与故障工程的前提。工程上通常把它拆成感知、定位、规划、控制、执行五个核心模块，再叠加地图、通信、人机交互与安全监控等支撑子系统。任何一个模块失效，都可能沿链路放大为整车级风险。

一、核心模块组成与数据流

感知模块负责把摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波与IMU等原始信号，转换为目标列表、车道线、可行驶区域、交通标志等结构化信息。定位模块融合GNSS、IMU、轮速与高精地图匹配，输出厘米级位姿与姿态。规划模块分为全局路径规划与局部行为/轨迹规划，决定“去哪”和“怎么走”。控制模块把期望轨迹转换为油门、制动、转向指令。执行模块由线控底盘完成物理动作，并把实际状态反馈回系统，形成闭环。

二、SAE 分级：从辅助到完全自动化

SAE J3016 按“动态驾驶任务由谁完成、谁负责监控、谁负责兜底”把自动化分为 L0 至 L5。关键分水岭在 L3：L2 及以下由驾驶员持续监控环境并随时接管；L3 在限定条件下由系统完成驾驶，但驾驶员需在请求时接管；L4 在限定运行域内系统可独立兜底；L5 则无运行域限制。分级不是营销标签，而是安全责任与验证范围的边界。

三、典型应用场景与运行域

不同场景对模块能力的要求差异很大。高速巡航强调远距感知与稳定控制；城市道路强调密集目标交互与复杂决策；封闭园区与港口强调低速、可预测与高精地图依赖；无人配送与Robotaxi则强调远程监控与最小风险状态。运行域（ODD）通常由道路类型、天气、光照、速度范围、地理围栏等参数共同定义。

ODD 示例（园区无人配送）：
道路类型：封闭园区铺装道路
速度范围：0 ~ 25 km/h
天气条件：无强降雨、无积雪
光照条件：白天或照明良好夜间
地理围栏：园区电子地图边界内
远程协助：具备 4G/5G 链路与远程接管台

四、安全挑战与常见误区

安全挑战集中在长尾场景、传感器退化、定位漂移、规划保守性与执行延迟。例如暴雨导致摄像头与激光雷达性能下降，隧道内GNSS失锁引起定位跳变，施工路段与高精地图不一致导致规划误判。功能安全关注随机硬件失效与系统性失效，预期功能安全（SOTIF）则关注无故障情况下的性能局限与可预见误用。