自動(dòng)制動(dòng)誤操作造成追尾,凸顯駕駛員與系統(tǒng)協(xié)調(diào)尚存課題
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(lái)的卡車追尾的事故。乘用車突然減速的原因是“自動(dòng)制動(dòng)功能”的誤操作。這項(xiàng)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(dòng)制動(dòng)功能。PCS是皇冠提供的選配功能“Advanced Package”中的一項(xiàng)安全功能,作用是在車輛可能撞上前方車輛或障礙物時(shí),幫助駕駛員避免碰撞(圖1)。
圖1:豐田的“預(yù)防碰撞安全系統(tǒng)”(PCS )
工作分兩個(gè)階段,先通過報(bào)警蜂鳴器和顯示器顯示提醒駕駛員回避危險(xiǎn),然后是控制制動(dòng)器?!度战?jīng)制造》根據(jù)豐田資料制作。
時(shí)速突然減至10km以下
皇冠PCS的工作分兩個(gè)階段。首先,當(dāng)本車距離前方車輛或障礙物很近時(shí),或是本車行駛速度遠(yuǎn)高于前車、有可能發(fā)生沖撞時(shí),PCS的控制系統(tǒng)將通過蜂鳴器報(bào)警(聽覺)和顯示器顯示(視覺)兩種方式,提醒駕駛員采取行動(dòng)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(shí),控制系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)通過警報(bào)聲和顯示屏提示進(jìn)行提醒,同時(shí)開始控制制動(dòng)器,幫助駕駛員避免沖撞。此時(shí),如果駕駛員在操作制動(dòng)器(已踩下制動(dòng)踏板),則增強(qiáng)踏力進(jìn)行輔助(圖1的A),如果駕駛員未操作制動(dòng)器(沒有踩下制動(dòng)踏板),則實(shí)施自動(dòng)制動(dòng)(圖1的B和C)。
檢測(cè)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(lái)說(shuō),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(shí)間和頻率變化量等數(shù)據(jù),計(jì)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(duì)速度。
通過上述控制,在駕駛員操作制動(dòng)器時(shí),時(shí)速最大可降低60km左右,未操作制動(dòng)器時(shí)最大可降低30km左右,由此來(lái)避免沖撞或是減輕沖撞的危害。PCS啟動(dòng)的條件是本車的行駛速度達(dá)到時(shí)速15km以上,且本車與前車的相對(duì)速度在時(shí)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(xiǎn),PCS卻執(zhí)行了操作。因?yàn)椴僮魇д`,之前以大約30km的時(shí)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(bào)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(guó)土交通省提交了召回申請(qǐng)。召回?cái)?shù)量方面,皇冠約為1.9萬(wàn)輛,雷克薩斯3款車型共計(jì)約1000輛。
豐田將對(duì)根據(jù)毫米波雷達(dá)信息檢測(cè)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(shí)關(guān)閉PCS。
毫米波在油罐車上發(fā)生漫反射
PCS為什么會(huì)誤操作?對(duì)于這次事故,豐田向國(guó)土交通省報(bào)告了誤操作的原因。在事故發(fā)生后,該公司對(duì)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。
圖2:沖撞事故概要
PCS因接收到漫反射的毫米波而發(fā)生了誤操作。因此,突然減速的皇冠被后面的卡車追尾。
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(shí)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(cè)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(cè)精度更高的毫米波雷達(dá),“能夠檢測(cè)到老系統(tǒng)難以檢測(cè)出的物體”。
一般來(lái)說(shuō),如果為了防止漏檢而提高傳感器的檢測(cè)精度,那么,誤檢的概率也會(huì)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(zhǎng)的關(guān)系。也就是說(shuō),豐田認(rèn)為,之所以會(huì)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(lái)的毫米波發(fā)生誤檢,是因?yàn)樘岣吡撕撩撞ɡ走_(dá)的精度。
召回的改善方案是修正邏輯,最大限度防止誤檢。“而不是讓毫米波雷達(dá)的檢測(cè)精度降回到老系統(tǒng)的水平”(豐田)。
增加自動(dòng)制動(dòng)功能相關(guān)的安全評(píng)估項(xiàng)目
最近幾年,配備PCS等自動(dòng)制動(dòng)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(dòng)制動(dòng)功能的認(rèn)知度不斷提高,大多數(shù)消費(fèi)者都希望配備這項(xiàng)功能。各汽車企業(yè)紛紛向市場(chǎng)投放配備這一功能的汽車。
而且,不只是吸引消費(fèi)者,在符合安全標(biāo)準(zhǔn)這一點(diǎn)上,自動(dòng)制動(dòng)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(píng)估標(biāo)準(zhǔn)“Euro NCAP”將加入與自動(dòng)制動(dòng)功能相關(guān)的評(píng)估項(xiàng)目,而且,按照預(yù)定,從2016年開始,該功能的評(píng)估項(xiàng)目中還將加入行人檢測(cè)。日本也將從2014年11月開始,逐步實(shí)施要求巴士和卡車等商用車必須配備自動(dòng)制動(dòng)功能的政策。
以自動(dòng)制動(dòng)功能為代表的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)之所以不斷普及,是因?yàn)橛醒芯勘砻?,單純遵循以前那種“駕駛員主權(quán)”原則,很難減少?zèng)_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(yùn)送車輛法》等與汽車相關(guān)的法律在制定時(shí),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(zhǎng)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(shí)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(duì)于汽車沖撞事故的調(diào)查結(jié)果。這項(xiàng)調(diào)查向駕駛員詢問了在即將發(fā)生沖撞事故時(shí)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(dòng)方向盤等回避動(dòng)作(圖3)。
圖3:即將發(fā)生沖撞事故前駕駛員采取的回避行為
雖然危險(xiǎn)迫在眉睫,但近4成的駕駛員完全沒有做出踩剎車、轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤等操作。出處:《交通事故例調(diào)查與分析報(bào)告(2003年度)》(交通事故綜合分析中心)
由此可見,在現(xiàn)實(shí)中,即使危險(xiǎn)迫在眉睫也不做出回避動(dòng)作、或不能做出回避動(dòng)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(dòng)制動(dòng)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(huì)招致新的危險(xiǎn)
估計(jì)自動(dòng)制動(dòng)功能等駕駛輔助系統(tǒng)在將來(lái)會(huì)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?yàn)椋S著系統(tǒng)起到的作用越來(lái)越大,駕駛員把握系統(tǒng)做出的判斷和操作的難度就會(huì)加大,有時(shí)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?yàn)榛使诓⑽刺幵谛枰蝗粶p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(huì)突然減速。
表:自動(dòng)化等級(jí)分類
把人與系統(tǒng)的分工作為思考的基礎(chǔ)。原本為10個(gè)等級(jí),筑波大學(xué)的稻垣教授追加了“6.5”級(jí)。稻垣在研究過程中發(fā)現(xiàn),6級(jí)與7級(jí)之間“丟掉了在理論和應(yīng)用兩方面都非常重要的等級(jí)”。
出處:《人與機(jī)械共生的設(shè)計(jì)》
之所以會(huì)發(fā)生這種以前不可能想到的事故,是因?yàn)樽鳛轳{駛輔助系統(tǒng),PCS的干預(yù)完全與駕駛員的意志無(wú)關(guān)。此類系統(tǒng)倘若按照設(shè)計(jì)的本意正常工作,效果會(huì)十分出色,但一旦脫離設(shè)計(jì)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(cè)到前方車輛或障礙物的情況,即漏檢,雖然可以說(shuō)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(dòng)化非常危險(xiǎn)
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(dòng)剎車的情況。用來(lái)提高安全性的PCS反而引發(fā)了新的危險(xiǎn)。
那么,如何才能最大限度發(fā)揮駕駛輔助系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),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(lái)確認(rèn)二者職責(zé)的依據(jù),是上面表格中的“自動(dòng)化等級(jí)”的分類。
稻垣教授認(rèn)為,駕駛輔助系統(tǒng)的自動(dòng)化等級(jí)并非越高越好。理由是,自動(dòng)化等級(jí)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(wú)法做出合適的判斷和操作。而且,等級(jí)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(dòng)化等級(jí)較高的系統(tǒng)中,傳感器的檢測(cè)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(jiǎn)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(shí)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(shí)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(shí),汽車企業(yè)估計(jì)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(dòng)制動(dòng)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(cè)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(shí)做出合理應(yīng)對(duì)措施的可能性。稻垣教授認(rèn)為平視顯示器(HUD)是實(shí)現(xiàn)這種信息交換的有力候選。
評(píng)論