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为什么紧急制动系统有时会撞到停在路边的车辆和分路器

美国国家运输安全委员会(National Transportation Safety Board)周四公布了3月份发生在加州山景城(Mountain View)的一起事故的最新细节,这起事故导致工程师黄文华(Walter Huang)丧生。Model X使用了自动驾驶仪的驾驶员辅助系统,根据NTSB的说法,在事故发生前7秒,汽车“开始向左转向”,并与混凝土分路器发生碰撞。然后,在撞车前的最后三秒钟,“特斯拉的速度从62英里每小时增加到70.8英里每小时,没有检测到撞车前的刹车或规避的转向运动。”

这并不是最近发生的唯一一起特斯拉汽车被自动驾驶仪直接撞向静止物体的事故,不过还好其他事故没有造成人员伤亡。今年1月,加州卡尔弗城(Culver City)的消防员表示,一辆配备自动驾驶仪的特斯拉(Tesla)以65英里每小时的速度撞上了一辆消防车的后部。上个月,在盐湖城郊区,一辆特斯拉S型自动驾驶仪以每小时60英里的速度撞上了一辆消防车。

人们对这些事件的自然反应是,认为特斯拉的自动驾驶系统一定出了严重问题。毕竟,你可能认为避免与消防车和混凝土分路器等大型固定物体的碰撞是汽车自动紧急制动技术最基本的功能之一。

但是,尽管有明显的改进空间,但事实是,特斯拉的驾驶员辅助技术在这里的表现与其他汽车制造商的竞争系统并没有太大的不同。令人惊讶的是,如今道路上的大多数驾驶员辅助系统根本就不是为防止这种情况下的撞车而设计的。

Navigant的行业分析师、前汽车工程师山姆•阿布萨米德(Sam Abuelsamid)对Ars表示,“汽车在高速行驶时被设定为忽略静止物体”是“非常普遍的”。

要理解为什么这些系统会有这样的行为,记住它们是如何进化的是很有帮助的。大约20年前,汽车制造商开始为他们的高端汽车提供自适应巡航控制系统。这些系统大多使用雷达(一些早期的系统使用激光)来探测前方车辆的位置和速度,并保持安全的跟车距离。

雷达的角度分辨率很低,所以它只能粗略地了解飞行器周围的环境。然而,雷达最擅长的是计算出物体移动的速度。因此,让这项技术发挥作用的一个关键策略就是忽略任何不动的东西。汽车的雷达将探测到许多位于汽车前方某处的固定物体:这些可能是树木、停放的汽车、桥梁、头顶的标志等等。

这些系统被设计用于控制高速公路,在绝大多数情况下,高速公路附近的固定物体会在公路的一侧(或悬挂在公路上方),而不是直接在汽车的行驶路线上。早期的自适应巡航控制系统根本就没有能力区分道路上的绝大多数物体和道路上的少数物体。

因此,汽车被设定成专注于与其他移动物体(汽车)保持安全距离,而忽略静止物体。设计师们认为,驾驶员的工作仍然是关注道路,如果道路上有直接的障碍物就进行干预。

大约15年前,公司开始提供航线保持辅助系统,以及自适应巡航控制。然而,尽管这两个功能的组合看起来像是一个“自动驾驶”系统——毕竟,车辆同时控制着方向盘、油门和刹车踏板——但它远非一个综合系统。

阿布萨米德指出,汽车的自适应巡航控制系统通常是一个完全独立的系统——由不同的供应商制造,使用不同的传感器——与车道保持系统不同。自适应巡航控制系统通常基于雷达,而车道保持系统则更多地使用摄像机。这两个系统甚至不一定共享数据,而且在许多汽车上,它们不做任何复杂的路径规划。

这意味着,即使一辆汽车有一个车道保持系统,该系统对车辆周围的固定物体有一定的了解,但这种了解不一定与自适应巡航控制系统共享,而自适应巡航控制系统是决定是否刹车的系统。如今,道路上的许多巡航控制系统仍在沿用20年前第一批巡航控制系统的运作方式:如果前面有一辆正在行驶的汽车减速,它们就会减速。但他们甚至不会试图防止与停在路边的汽车、混凝土障碍物或其他固定物体的碰撞。

在过去的十年里,随着汽车的自动紧急制动系统变得越来越复杂,你可能已经预料到这种情况会改变。这些系统被设计用来做的不仅仅是自适应巡航控制,检测即将发生的碰撞并猛踩刹车以防止或至少减轻碰撞。

但这些系统有一个重要的警告:在大多数情况下,它们只能在低速下工作。如果你试图用AEB技术驾驶一辆汽车以每小时20英里的速度撞上一辆停着的汽车,这个系统很可能会介入并防止碰撞。但如果你试图以每小时70英里的速度做同样的事情,市场上的很多系统都不会干预。

最根本的原因是驾驶员辅助系统的开发者遵循保守的“先不伤害”的哲学。是的,他们希望尽可能地避免崩溃,但更重要的是,他们希望避免采取会导致崩溃的行动,否则就不会发生这种情况。

当汽车以低速行驶时,猛踩刹车并不是很大的风险。以每小时20英里的速度行驶的汽车可以等到一个物体离它很近的时候再猛踩刹车,这样就不太可能发生不必要的停车。较短的停车距离也意味着以每小时20英里的速度急刹车的汽车不太可能被追尾。

但是以每小时70英里的速度行驶的汽车,计算结果会发生变化。在这种情况下,要想避免撞车,就需要在汽车离潜在障碍物还很远的时候猛踩刹车。这使得汽车更有可能误解情况——例如,错误地将仅仅在道路附近的物体理解为在道路上。高速时突然刹车会吓到司机,导致驾驶行为不稳定。它还会造成后面那辆车无法及时刹车的危险,导致追尾事故。

和自适应巡航控制一样,自动紧急制动通常是作为一个独立的系统从车道保持模块实现的。大多数AEB系统缺乏完全自动驾驶系统所具备的那种复杂的态势感知能力。这意味着,它可能无法分辨前方100米处的物体是在当前行驶车道上,还是在下一个行驶车道上,也无法分辨它是暂时停车的汽车、行人,还是一袋垃圾。

所以当汽车高速行驶时,很多紧急制动系统都不会试图刹车。

阿布萨米德告诉我们:“如果你以较低的速度行驶,比如每小时30英里的速度行驶,而它检测到一个静止的物体,这些系统通常会做出反应,让汽车减速,让它停下来。”“当接近速度超过每小时50英里时,如果它看到一辆静止的汽车,它会忽略它。”

这里的基本问题是倾向于把车道保持、自适应巡航控制和紧急制动作为独立的系统。正如我们所看到的,今天的驾驶员辅助系统是以一种零零碎碎的方式创建的,每个系统都遵循一种不伤害的哲学。他们只有在确信自己可以避免事故——或者至少避免造成事故——的情况下才会介入。如果他们不确定,他们什么也不做,让司机做决定。

山景城致命的特斯拉撞车事故说明了这种系统有多危险。

据美国国家交通安全委员会称,黄的手在撞车前的6秒内没有被检测到,这表明他在最后几秒没有注意道路。

如果没有自动驾驶仪的能力,或许他不会在一辆传统汽车上把手从方向盘上拿开这么久。但更重要的是,即使他把手从方向盘上移开,眼睛离开道路,一辆传统的汽车也不会意外地转入相邻的车道。在最坏的情况下,它会以一种渐进的、可预见的方式偏离行车路线,让有经验的司机检测并纠正偏差。

早期的驾驶员协助系统假设驾驶员可以监控车辆并在车辆出错时进行干预。但驾驶员监控车辆行驶过程的能力,关键取决于多年驾驶过程中积累起来的反应能力。这些反射依赖于汽车行为的一致性和可预测性:例如,如果你把眼睛从路上移开几秒钟,它将继续朝着同一个方向行驶。

一旦驾驶员辅助系统达到一定程度的复杂性,认为系统什么都不做是最安全的假设就不再有意义了。复杂的驾驶员辅助系统可能会让驾驶员感到惊讶和困惑,如果驾驶员的注意力只摇摆几秒钟就会导致致命的事故。与此同时,通过对大多数情况的恰当处理,这些系统可以使驾驶员产生一种错误的安全感,从而使他们对道路不那么注意。

因此,设计下一代自动驾驶系统的人将需要一个根本性的哲学转变。先进的驾驶员辅助系统不应将巡航控制、车道保持和紧急制动视为独立的系统,而应成为对汽车周围环境有深刻理解的综合系统。

大多数驾驶员辅助系统会在各种各样的情况下激活,但它们只会阻止某些类型的碰撞。下一代的驾驶员辅助系统需要采取相反的方法:它们的目标应该是避开每一个障碍,但应该只在系统有信心实现这一目标的地区使用。

阿布萨米德指出,凯迪拉克的超级巡航系统将在未来几年推广到通用汽车的其他车型上,作为其他汽车制造商效仿的榜样。超级巡航操作作为一个复杂的,综合的系统,而不是一个单独的司机辅助功能的集合。除了依靠车载摄像头和雷达,该系统还利用高精度地图来准确判断道路的走向。因此,超级巡航软件可以处理更大范围的潜在事故,比市场上大多数其他司机辅助技术。

与此同时,超级巡航并不是在每条高速公路上都有。通用汽车表示,它已经预先测绘了13万英里的高速公路,精度为5厘米,只有当你在其中一条高速公路上时,“超级巡航”才会启动。

像超级巡航这样的系统不太可能犯沃尔特·黄的特斯拉所犯的那种错误。即使路线标识很差,超级巡航软件也会从地图上知道戈尔地区不是一条有效的旅行路线。在没有地图的地方,超级巡航根本不会发动攻击,迫使驾驶员全神贯注。

据我们所知,还没有其他汽车制造商采用通用汽车的方法来帮助司机。但我们希望这种情况能尽快改变。

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