自動制動失誤 司機(jī)與系統(tǒng)協(xié)調(diào)存疑慮
2013年5月,一輛在日本首都高速公路上行駛的乘用車突然減速,造成了被正后方駛來的卡車追尾的事故。乘用車突然減速的原因是“自動制動功能”的誤操作。這項原本應(yīng)該提高安全性的功能引發(fā)了意想不到的事故。
在這起事故中,突然減速的乘用車是豐田的“皇冠”(2012年12月上市)。該車配備了名為“預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)”(PCS)的自動制動功能。PCS是皇冠提供的選配功能“Advanced Package”中的一項安全功能,作用是在車輛可能撞上前方車輛或障礙物時,幫助駕駛員避免碰撞(圖1)。
時速突然減至10km以下
圖1
皇冠PCS的工作分兩個階段。首先,當(dāng)本車距離前方車輛或障礙物很近時,或是本車行駛速度遠(yuǎn)高于前車、有可能發(fā)生沖撞時,PCS的控制系統(tǒng)將通過蜂鳴器報警(聽覺)和顯示器顯示(視覺)兩種方式,提醒駕駛員采取行動以避免沖撞。
當(dāng)本車與前方車輛或障礙物的距離更近、沖撞的可能性較高時,控制系統(tǒng)會繼續(xù)通過警報聲和顯示屏提示進(jìn)行提醒,同時開始控制制動器,幫助駕駛員避免沖撞。此時,如果駕駛員在操作制動器(已踩下制動踏板),則增強踏力進(jìn)行輔助(圖1的A),如果駕駛員未操作制動器(沒有踩下制動踏板),則實施自動制動(圖1的B和C)。
檢測前方車輛及障礙物使用的是頻率為76GHz頻帶的毫米波雷達(dá)。具體來說,就是向本車前方發(fā)射毫米波,接收接觸前方車輛及障礙物后返回的毫米波。然后,根據(jù)毫米波往返的時間和頻率變化量等數(shù)據(jù),計算出本車與前方車輛或障礙物的距離,以及本車與前車之間的相對速度。
通過上述控制,在駕駛員操作制動器時,時速最大可降低60km左右,未操作制動器時最大可降低30km左右,由此來避免沖撞或是減輕沖撞的危害。PCS啟動的條件是本車的行駛速度達(dá)到時速15km以上,且本車與前車的相對速度在時速15km以上。
在這次事故中,正在行駛的皇冠雖然沒有與前方車輛或障礙物碰撞的風(fēng)險,PCS卻執(zhí)行了操作。因為操作失誤,之前以大約30km的時速行駛的皇冠突然減速至?xí)r速10km以下,導(dǎo)致被后面的卡車追尾。
在這次事故前后,豐田共接到了5起類似故障的報告。感到事態(tài)嚴(yán)重的豐田決定召回配備PCS的皇冠與“雷克薩斯”品牌的“IS300h”、“IS250”、“IS350”這四款車型,于2013年6月26日向日本國土交通省提交了召回申請。召回數(shù)量方面,皇冠約為1.9萬輛,雷克薩斯3款車型共計約1000輛。
豐田將對根據(jù)毫米波雷達(dá)信息檢測前方車輛及障礙物的軟件的邏輯進(jìn)行修正。該公司呼吁上述四款車的駕駛員,在修正軟件之前,暫時關(guān)閉PCS。
毫米波在油罐車上發(fā)生漫反射
PCS為什么會誤操作?對于這次事故,豐田向國土交通省報告了誤操作的原因。在事故發(fā)生后,該公司對這輛皇冠進(jìn)行了調(diào)查,行車記錄儀記錄的影像成為了有力證據(jù)。在PCS發(fā)生誤操作前,一輛油罐車從右側(cè)車道超過了皇冠。
最后豐田得出的PCS發(fā)生誤操作的原因是,被前方車輛反射散亂的毫米波在油罐車上發(fā)生了漫反射,系統(tǒng)接收到了漫反射后的毫米波,做出了“前方不遠(yuǎn)處有車輛在行駛,沖撞可能性很高”的判斷(圖2)。但實際上,前方不遠(yuǎn)處并沒有車輛在行駛,油罐車行駛在右側(cè)車道。
關(guān)于毫米波漫反射引發(fā)誤操作的原因,豐田并未公布詳情,但指出提高了毫米波雷達(dá)的檢測精度是原因之一。在皇冠之前,該公司有多款車型采用了只配備毫米波雷達(dá)的PCS以及組合使用毫米波雷達(dá)與立體攝像頭的PCS。新款皇冠等召回車型的PCS使用的是比老系統(tǒng)檢測精度更高的毫米波雷達(dá),“能夠檢測到老系統(tǒng)難以檢測出的物體”。
一般來說,如果為了防止漏檢而提高傳感器的檢測精度,那么,誤檢的概率也會隨之上升,這并不只是發(fā)生在毫米波雷達(dá)上。漏檢與誤檢是此消彼長的關(guān)系。也就是說,豐田認(rèn)為,之所以會像這次事故一樣,在前方?jīng)]有車輛或障礙物的情況下因漫反射回來的毫米波發(fā)生誤檢,是因為提高了毫米波雷達(dá)的精度。
召回的改善方案是修正邏輯,最大限度防止誤檢?!岸皇亲尯撩撞ɡ走_(dá)的檢測精度降回到老系統(tǒng)的水平”(豐田)。
增加自動制動功能相關(guān)的安全評估項目
最近幾年,配備PCS等自動制動功能的汽車在快速增加。在日本,以富士重工業(yè)的“EyeSight”為開端,自動制動功能的認(rèn)知度不斷提高,大多數(shù)消費者都希望配備這項功能。各汽車企業(yè)紛紛向市場投放配備這一功能的汽車。
而且,不只是吸引消費者,在符合安全標(biāo)準(zhǔn)這一點上,自動制動功能的重要性也在提高。從2014年開始,歐洲的新車沖撞安全評估標(biāo)準(zhǔn)“Euro NCAP”將加入與自動制動功能相關(guān)的評估項目,而且,按照預(yù)定,從2016年開始,該功能的評估項目中還將加入行人檢測。日本也將從2014年11月開始,逐步實施要求巴士和卡車等商用車必須配備自動制動功能的政策。
以自動制動功能為代表的高級駕駛輔助系統(tǒng)之所以不斷普及,是因為有研究表明,單純遵循以前那種“駕駛員主權(quán)”原則,很難減少沖撞事故。按照駕駛員主權(quán)原則,與汽車駕駛有關(guān)的判斷、操作應(yīng)該由駕駛員全權(quán)負(fù)責(zé),這種思路已被汽車企業(yè)、駕駛員廣泛接受。日本的《道路運送車輛法》等與汽車相關(guān)的法律在制定時,基本上也都遵循駕駛員主權(quán)原則。
但筑波大學(xué)研究生院系統(tǒng)信息工學(xué)研究科長稻垣敏之指出,想要僅憑借人的判斷和操作防范所有的事故是不現(xiàn)實的。稻垣教授的依據(jù)之一是日本交通事故綜合分析中心(ITARDA)對于汽車沖撞事故的調(diào)查結(jié)果。這項調(diào)查向駕駛員詢問了在即將發(fā)生沖撞事故時采取的回避行為,結(jié)果顯示,有近4成的人完全沒有踩剎車、轉(zhuǎn)動方向盤等回避動作(圖3)。
由此可見,在現(xiàn)實中,即使危險迫在眉睫也不做出回避動作、或不能做出回避動作的駕駛員不在少數(shù)。因此,稻垣教授認(rèn)為,暫且不論擁有“主權(quán)”的是駕駛員還是駕駛輔助系統(tǒng),自動制動功能等駕駛輔助系統(tǒng)為防止事故做出貢獻(xiàn)的余地還很大。稻垣教授在2012年發(fā)表的一篇論文中,使用基于概率論的模型,證明了把避免事故的權(quán)限賦予駕駛輔助系統(tǒng)比賦予駕駛員更加安全。
可能會招致新的危險
估計自動制動功能等駕駛輔助系統(tǒng)在將來會更加普及。但筑波大學(xué)的稻垣指出,如果把過去由駕駛員負(fù)責(zé)的判斷和操作交給系統(tǒng),那么,就必須在駕駛員與系統(tǒng)之間建立并行的交換信息的機(jī)制。這是因為,隨著系統(tǒng)起到的作用越來越大,駕駛員把握系統(tǒng)做出的判斷和操作的難度就會加大,有時可能發(fā)生駕駛員意想不到的情況。
在這次事故中,PCS在皇冠駕駛員未曾預(yù)料到的情況下發(fā)生誤操作,最終導(dǎo)致了沖撞事故的發(fā)生。而且,因為皇冠并未處在需要突然減速的狀況,所以追尾卡車的駕駛員幾乎不可能預(yù)判到皇冠會突然減速。
之所以會發(fā)生這種以前不可能想到的事故,是因為作為駕駛輔助系統(tǒng),PCS的干預(yù)完全與駕駛員的意志無關(guān)。此類系統(tǒng)倘若按照設(shè)計的本意正常工作,效果會十分出色,但一旦脫離設(shè)計的本意發(fā)生誤操作,就難免造成意想不到危害。
如果出現(xiàn)未能檢測到前方車輛或障礙物的情況,即漏檢,雖然可以說是PCS的故障,但并不是PCS發(fā)生了誤操作。駕駛員只要不依賴于PCS,按照正常方式駕駛,仍有可能避免沖撞。
完全自動化非常危險
但在這次的事故中,前方并沒有車輛或障礙物,PCS卻做出了反應(yīng),也就是發(fā)生了誤檢,屬于PCS的誤操作,由此導(dǎo)致了在駕駛員沒有感覺到減速的必要性的情況下,汽車自動剎車的情況。用來提高安全性的PCS反而引發(fā)了新的危險。
那么,如何才能最大限度發(fā)揮駕駛輔助系統(tǒng)的優(yōu)勢,杜絕出現(xiàn)意料之外的情況?稻垣教授表示,明確駕駛員與系統(tǒng)的職責(zé)至關(guān)重要。而用來確認(rèn)二者職責(zé)的依據(jù),是上面表格中的“自動化等級”的分類。
稻垣教授認(rèn)為,駕駛輔助系統(tǒng)的自動化等級并非越高越好。理由是,自動化等級越高,意味著系統(tǒng)進(jìn)行的判斷和操作越多,駕駛員就越依賴于系統(tǒng),一旦出現(xiàn)問題,駕駛員將無法做出合適的判斷和操作。而且,等級越高,與系統(tǒng)的判斷和操作有關(guān)的邏輯也就越復(fù)雜,駕駛員越難理解其中的原理。在自動化等級較高的系統(tǒng)中,傳感器的檢測精度也需要達(dá)到較高水平,就有可能像此次事故一樣出現(xiàn)誤操作。
因此,稻垣教授建議,最好不要把判斷和操作全部交給系統(tǒng),而是要盡可能簡化邏輯,根據(jù)情況,讓駕駛員與系統(tǒng)協(xié)調(diào)做出判斷和操作。開車時常常需要駕駛員在瞬間做出判斷及操作。而在駕駛員與駕駛輔助系統(tǒng)之間,交換信息的時間和空間都存在相當(dāng)大的制約。今后,在開發(fā)駕駛輔助系統(tǒng)的同時,汽車企業(yè)估計還要建立駕駛員與系統(tǒng)之間高效交換信息的系統(tǒng)*。
以自動制動功能為例,駕駛員與駕駛輔助系統(tǒng)之間要交換的信息包括“駕駛輔助系統(tǒng)是否檢測到了前方車輛或障礙物”等。如果駕駛員能夠掌握駕駛系統(tǒng)的工作情況,就可以提高駕駛員在發(fā)生誤操作時做出合理應(yīng)對措施的可能性。稻垣教授認(rèn)為平視顯示器(HUD)是實現(xiàn)這種信息交換的有力候選。
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