自动制动误操作造成追尾,凸显驾驶员与系统协调尚存课题

2013-08-14 19:55:09来源: 互联网

    2013年5月,一辆在日本首都高速公路上行驶的乘用车突然减速,造成了被正后方驶来的卡车追尾的事故。乘用车突然减速的原因是“自动制动功能”的误操作。这项原本应该提高安全性的功能引发了意想不到的事故。

       在这起事故中,突然减速的乘用车是丰田的“皇冠”(2012年12月上市)。该车配备了名为“预防碰撞安全系统”(PCS)的自动制动功能。PCS是皇冠提供的选配功能“Advanced Package”中的一项安全功能,作用是在车辆可能撞上前方车辆或障碍物时,帮助驾驶员避免碰撞(图1)。

图1:丰田的“预防碰撞安全系统”(PCS )
工作分两个阶段,先通过报警蜂鸣器和显示器显示提醒驾驶员回避危险,然后是控制制动器。《日经制造》根据丰田资料制作。

时速突然减至10km以下

       皇冠PCS的工作分两个阶段。首先,当本车距离前方车辆或障碍物很近时,或是本车行驶速度远高于前车、有可能发生冲撞时,PCS的控制系统将通过蜂鸣器报警(听觉)和显示器显示(视觉)两种方式,提醒驾驶员采取行动以避免冲撞。

       当本车与前方车辆或障碍物的距离更近、冲撞的可能性较高时,控制系统会继续通过警报声和显示屏提示进行提醒,同时开始控制制动器,帮助驾驶员避免冲撞。此时,如果驾驶员在操作制动器(已踩下制动踏板),则增强踏力进行辅助(图1的A),如果驾驶员未操作制动器(没有踩下制动踏板),则实施自动制动(图1的B和C)。

       检测前方车辆及障碍物使用的是频率为76GHz频带的毫米波雷达。具体来说,就是向本车前方发射毫米波,接收接触前方车辆及障碍物后返回的毫米波。然后,根据毫米波往返的时间和频率变化量等数据,计算出本车与前方车辆或障碍物的距离,以及本车与前车之间的相对速度。

       通过上述控制,在驾驶员操作制动器时,时速最大可降低60km左右,未操作制动器时最大可降低30km左右,由此来避免冲撞或是减轻冲撞的危害。PCS启动的条件是本车的行驶速度达到时速15km以上,且本车与前车的相对速度在时速15km以上。

       在这次事故中,正在行驶的皇冠虽然没有与前方车辆或障碍物碰撞的风险,PCS却执行了操作。因为操作失误,之前以大约30km的时速行驶的皇冠突然减速至时速10km以下,导致被后面的卡车追尾。

       在这次事故前后,丰田共接到了5起类似故障的报告。感到事态严重的丰田决定召回配备PCS的皇冠与“雷克萨斯”品牌的“IS300h”、“IS250”、“IS350”这四款车型,于2013年6月26日向日本国土交通省提交了召回申请。召回数量方面,皇冠约为1.9万辆,雷克萨斯3款车型共计约1000辆。

       丰田将对根据毫米波雷达信息检测前方车辆及障碍物的软件的逻辑进行修正。该公司呼吁上述四款车的驾驶员,在修正软件之前,暂时关闭PCS。

毫米波在油罐车上发生漫反射

      PCS为什么会误操作?对于这次事故,丰田向国土交通省报告了误操作的原因。在事故发生后,该公司对这辆皇冠进行了调查,行车记录仪记录的影像成为了有力证据。在PCS发生误操作前,一辆油罐车从右侧车道超过了皇冠。

图2:冲撞事故概要
PCS因接收到漫反射的毫米波而发生了误操作。因此,突然减速的皇冠被后面的卡车追尾。 

    最后丰田得出的PCS发生误操作的原因是,被前方车辆反射散乱的毫米波在油罐车上发生了漫反射,系统接收到了漫反射后的毫米波,做出了“前方不远处有车辆在行驶,冲撞可能性很高”的判断(图2)。但实际上,前方不远处并没有车辆在行驶,油罐车行驶在右侧车道。

       关于毫米波漫反射引发误操作的原因,丰田并未公布详情,但指出提高了毫米波雷达的检测精度是原因之一。在皇冠之前,该公司有多款车型采用了只配备毫米波雷达的PCS以及组合使用毫米波雷达与立体摄像头的PCS。新款皇冠等召回车型的PCS使用的是比老系统检测精度更高的毫米波雷达,“能够检测到老系统难以检测出的物体”。

       一般来说,如果为了防止漏检而提高传感器的检测精度,那么,误检的概率也会随之上升,这并不只是发生在毫米波雷达上。漏检与误检是此消彼长的关系。也就是说,丰田认为,之所以会像这次事故一样,在前方没有车辆或障碍物的情况下因漫反射回来的毫米波发生误检,是因为提高了毫米波雷达的精度。

       召回的改善方案是修正逻辑,最大限度防止误检。“而不是让毫米波雷达的检测精度降回到老系统的水平”(丰田)。

增加自动制动功能相关的安全评估项目

       最近几年,配备PCS等自动制动功能的汽车在快速增加。在日本,以富士重工业的“EyeSight”为开端,自动制动功能的认知度不断提高,大多数消费者都希望配备这项功能。各汽车企业纷纷向市场投放配备这一功能的汽车。

       而且,不只是吸引消费者,在符合安全标准这一点上,自动制动功能的重要性也在提高。从2014年开始,欧洲的新车冲撞安全评估标准“Euro NCAP”将加入与自动制动功能相关的评估项目,而且,按照预定,从2016年开始,该功能的评估项目中还将加入行人检测。日本也将从2014年11月开始,逐步实施要求巴士和卡车等商用车必须配备自动制动功能的政策。

       以自动制动功能为代表的高级驾驶辅助系统之所以不断普及,是因为有研究表明,单纯遵循以前那种“驾驶员主权”原则,很难减少冲撞事故。按照驾驶员主权原则,与汽车驾驶有关的判断、操作应该由驾驶员全权负责,这种思路已被汽车企业、驾驶员广泛接受。日本的《道路运送车辆法》等与汽车相关的法律在制定时,基本上也都遵循驾驶员主权原则。

       但筑波大学研究生院系统信息工学研究科长稻垣敏之指出,想要仅凭借人的判断和操作防范所有的事故是不现实的。稻垣教授的依据之一是日本交通事故综合分析中心(ITARDA)对于汽车冲撞事故的调查结果。这项调查向驾驶员询问了在即将发生冲撞事故时采取的回避行为,结果显示,有近4成的人完全没有踩刹车、转动方向盘等回避动作(图3)。

图3:即将发生冲撞事故前驾驶员采取的回避行为
虽然危险迫在眉睫,但近4成的驾驶员完全没有做出踩刹车、转动方向盘等操作。出处:《交通事故例调查与分析报告(2003年度)》(交通事故综合分析中心) 

       由此可见,在现实中,即使危险迫在眉睫也不做出回避动作、或不能做出回避动作的驾驶员不在少数。因此,稻垣教授认为,暂且不论拥有“主权”的是驾驶员还是驾驶辅助系统,自动制动功能等驾驶辅助系统为防止事故做出贡献的余地还很大。稻垣教授在2012年发表的一篇论文中,使用基于概率论的模型,证明了把避免事故的权限赋予驾驶辅助系统比赋予驾驶员更加安全。

可能会招致新的危险

    估计自动制动功能等驾驶辅助系统在将来会更加普及。但筑波大学的稻垣指出,如果把过去由驾驶员负责的判断和操作交给系统,那么,就必须在驾驶员与系统之间建立并行的交换信息的机制。这是因为,随着系统起到的作用越来越大,驾驶员把握系统做出的判断和操作的难度就会加大,有时可能发生驾驶员意想不到的情况。

       在这次事故中,PCS在皇冠驾驶员未曾预料到的情况下发生误操作,最终导致了冲撞事故的发生。而且,因为皇冠并未处在需要突然减速的状况,所以追尾卡车的驾驶员几乎不可能预判到皇冠会突然减速。 

表:自动化等级分类
把人与系统的分工作为思考的基础。原本为10个等级,筑波大学的稻垣教授追加了“6.5”级。稻垣在研究过程中发现,6级与7级之间“丢掉了在理论和应用两方面都非常重要的等级”。
出处:《人与机械共生的设计》

       之所以会发生这种以前不可能想到的事故,是因为作为驾驶辅助系统,PCS的干预完全与驾驶员的意志无关。此类系统倘若按照设计的本意正常工作,效果会十分出色,但一旦脱离设计的本意发生误操作,就难免造成意想不到危害。

       如果出现未能检测到前方车辆或障碍物的情况,即漏检,虽然可以说是PCS的故障,但并不是PCS发生了误操作。驾驶员只要不依赖于PCS,按照正常方式驾驶,仍有可能避免冲撞。

完全自动化非常危险

       但在这次的事故中,前方并没有车辆或障碍物,PCS却做出了反应,也就是发生了误检,属于PCS的误操作,由此导致了在驾驶员没有感觉到减速的必要性的情况下,汽车自动刹车的情况。用来提高安全性的PCS反而引发了新的危险。

       那么,如何才能最大限度发挥驾驶辅助系统的优势,杜绝出现意料之外的情况?稻垣教授表示,明确驾驶员与系统的职责至关重要。而用来确认二者职责的依据,是上面表格中的“自动化等级”的分类。

       稻垣教授认为,驾驶辅助系统的自动化等级并非越高越好。理由是,自动化等级越高,意味着系统进行的判断和操作越多,驾驶员就越依赖于系统,一旦出现问题,驾驶员将无法做出合适的判断和操作。而且,等级越高,与系统的判断和操作有关的逻辑也就越复杂,驾驶员越难理解其中的原理。在自动化等级较高的系统中,传感器的检测精度也需要达到较高水平,就有可能像此次事故一样出现误操作。

       因此,稻垣教授建议,最好不要把判断和操作全部交给系统,而是要尽可能简化逻辑,根据情况,让驾驶员与系统协调做出判断和操作。开车时常常需要驾驶员在瞬间做出判断及操作。而在驾驶员与驾驶辅助系统之间,交换信息的时间和空间都存在相当大的制约。今后,在开发驾驶辅助系统的同时,汽车企业估计还要建立驾驶员与系统之间高效交换信息的系统*。

    *以自动制动功能为例,驾驶员与驾驶辅助系统之间要交换的信息包括“驾驶辅助系统是否检测到了前方车辆或障碍物”等。如果驾驶员能够掌握驾驶系统的工作情况,就可以提高驾驶员在发生误操作时做出合理应对措施的可能性。稻垣教授认为平视显示器(HUD)是实现这种信息交换的有力候选。

关键字:自动  制动  造成  追尾

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0814/article_7695.html
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