Waymo放的大招有何不同?自动驾驶安全报告解读|亿欧智库

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自动驾驶
亿欧
李星宏
2017-10-18 17:05
[ 亿欧导读 ] 跳出技术逻辑,Waymo发布的自动驾驶安全报告回答了社会对新技术最焦虑的问题。Waymo认为,自动驾驶技术的发展势必极大地改善出行体验和交通安全,而实现这一愿景的前提则是保证每一环节的安全的苛刻要求。
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尽管自动驾驶汽车还没有正式上路,但产业内部新老巨头和无数初创新贵的竞争已步入白热化阶段。近期,无人驾驶技术先驱Waymo跳出技术逻辑和商业逻辑,发布安全报告“On the Road to Fully Self-Driving - Waymo Safety Report”(通往全自动驾驶之路-Waymo安全报告),以更具人性化思考的角度阐述了公司八年完全自动驾驶技术(即无人驾驶)的开发历程,以及对技术发展的愿景。亿欧智库此次将对报告内容进行解读。

报告封面

安全是Waymo开发无人驾驶的核心

2013年,全世界有120万人丧生于交通事故。在美国,交通事故死亡数字仍在持续增加,其中,94%的交通事故源自人为错误,三分之二的人在一生中将至少卷入到一次酒驾事故中。此外,因交通造成的社会性损失更是难以估量。Waymo以此作为出发点,认为无人驾驶技术能够挽救成千上万的生命,以实现自由出行和交通安全作为技术开发的核心工作。

在以往的用户调研中,受访者大多对有着成熟生产资质的传统车厂的自动驾驶技术开发抱有信任,却对科技公司布局汽车产业的成功可能性持怀疑态度。相比空谈技术参数、靠激进观点“放卫星”、演示几遍Demo的宣传手段,Waymo此次向美国交通部提交安全报告的同时更希望向业界和消费者传达严格把控技术、关注社会的企业精神,因为无人车只有在安全的情况下才能获取公众认可。

报告观点提要

Waymo通过报告主要介绍了公司的四部分进展情况:安全设计项目、自动驾驶的运作机制、技术测试及验证方法、汽车与人类互动的机制。

  • Waymo启动名为“Safety By Design”(安全源于设计)的项目,仿照汽车、航空、国防产品的标准化检验过程,全流程严格测试系统及其组件的安全性。还对自动驾驶系统安全解决方案的类型分为:行为安全、功能安全、碰撞安全、操作安全、非碰撞安全。

  • Waymo通过“我在哪”、“我周围是什么”、“接下来会发生什么”、“我该做什么”这四个问题简要回答了完全自动驾驶汽车的工作原理,并详细介绍了Waymo的传感器系统、自动驾驶软件、冗余系统设计、事故后应对程序等内容,并总结了贯穿于汽车系统安全设计的六种方法:建立可验证的软件和系统;建立关键系统的冗余安全措施;及时提供软件更新;通信通道加密验证;限制关键系统之间的通信;对安全威胁建模并优先考虑。

  • Waymo的测试过程覆盖子系统测试(包括车辆本身、软硬件)、整车测试等各个环节。具体的的测试方法又有虚拟场景测试、封闭场景测试和公路测试。针对汽车部件的可靠性、耐久性也有专门的测试内容。

  • Waymo十分注重汽车的交互问题。此前他们了启动早期试驾者项目提升用户体验设计,并与社会组织合作展开公众教育。Waymo在测试过程中还与地方政府、公共部门展开合作,培训执法和医护人员与汽车的有效互动。

安全源于设计

Waymo成立之初便相当注重自动驾驶的系统安全,并因此形成项目“Safety By Design”。项目借鉴了汽车、航空航天和国防产品标准化检验的实践,从每一级别、每一开发阶段,全流程地注重安全性,从而帮助Waymo验证车辆是否达到上路标准,理解某一组件的变动和失效对整个自动驾驶系统的影响,使风险更加可控。

Waymo的自动驾驶系统安全解决方案分为五层。

  • 行为安全(Behavioral Safety):指汽车在路上的驾驶决策和行为。自动驾驶系统需要像人类驾驶员一样,遵守交通规则,安全地行驶在各种场景中。Waymo结合功能分析、模拟工具、公路实测等方法,发现需求和问题,并不断测试和验证系统的安全性。

  • 功能安全(Functional Safety):确保车辆在发生系统故障时依然保持安全运行。这意味着汽车需要构建备份、冗余系统来预防突发事件。

  • 碰撞安全(Crash Safety):指的是车辆通过各种措施保护车内乘客、减轻事故风险的能力。这包括汽车结构设计以及座椅安全带、安全气囊等车载功能。

  • 操作安全(Operational Safety):指车辆和乘客间互动的安全性,以确保消费者在车辆中拥有安全舒适的体验。通过危险分析、现有安全标准和其他行业的实践标准能够帮助实现操作的安全。

  • 非碰撞安全(Non-Collision Safety):电子系统和传感器损坏可能会对与汽车产生接触、互动的人员(如乘客、技术人员、急救人员、旁观者)造成伤害,Waymo为此做了必要的物理防护。

为提前发现并降低汽车的潜在风险,Waymo采用了一系列的识别、评估和处理方法(例如预先风险分析、故障树分析、设计失效模式及效果分析),并借鉴其他技术工程的检验模式,发现待解决的安全需求。研究团队之后利用针对性的测试数据以及国家已有的数据库和研究项目,综合比对,从而帮助他们更全面地分析理解自动驾驶的系统安全。

Waymo无人车是怎么工作的?

Waymo认为,L3级别的自动驾驶车辆在遇到超出解决范围的突发情况后,需要乘客在短时间内完成向司机身份的转换,而这个过程相当复杂和脆弱。为避免这个容易出现差错的交接过程,Waymo选择直接研发完全自动驾驶技术(即L4、L5级别),使汽车在发生故障时能够自行完成安全停车,无需乘客介入,“allow passengers to stay passengers”(让乘客保持乘客身份)。

Waymo以人类司机的思考方式解释了无人车的运作过程。

  • 我在哪:Waymo采集并制成高精度地图,地图包含了道路、人行道、车道标记、十字路口、信号灯、停车标志等信息。行驶车辆通过实时传感器数据与预制地图相互参照,能够精确地确定它们在道路上的位置。

  • 我周围是什么:车辆通过传感器能够扫描并识别周围车辆行人、道路标志、交通信号灯、临时障碍。传感器的识别范围达到方圆300米。

  • 接下来会发生什么:Waymo的软件可以依据周边车辆、行人的实时速度、移动方式和轨迹预测其未来可能采用的运动路径。此外,系统还能认知到道路状况的变化会影响其他道路车辆、行人的行为。

  • 我该做什么:Waymo的软件实时地采集和处理以上信息,选择精确的轨迹、速度沿着路线前进,快速并安全地对道路上的任何变化做出反应。

Waymo传感器

Waymo的传感器系统能够全方位地绘制周边道路信息,感知范围相当于3个橄榄球场大小。具体的传感器组件包括了激光雷达系统、视觉(摄像头)系统、雷达系统和其他传感器(如音频检测系统、GPS),满足了日常出行场景下正常运作的需求。

自动驾驶软件是汽车的“大脑”。它能从传感器中获取信息,并利用这些信息为每种情况做出最佳的驾驶决策。Waymo用了8年的时间,使用机器学习和其他先进的工程技术改进软件。其具体包括三部分内容:

  • 感知:对道路上的各种物体进行检测识别,并评估其速度、驾驶方向和加速度。 

  • 行为预测:软件的模型能够预测、理解道路运动物体的不同行为意图、运动特征。

  • 规划:利用来自感知和行为预测的信息,为车辆制定道路规划。Waymo认为,最好的司机应该有谨慎而细致的驾驶习惯(defensive driving behaviors),能够远离其他司机的盲点,给自行车和行人留下额外的行动空间。依据以往的路测经验,Waymo还完善了乘客的乘车体验,并使其他道路车辆也能够自然地预测自己的驾驶行为。

驾驶设计的适用范围

由于技术尚不完善,Waymo无人车的活动范围只能固定于有限的地理位置、道路类型、速度范围、天气、时间、国家和地方性交通法规,这些影响无人车安全运行的条件被称为驾驶设计的适用范围(operational design domain)。任何超出可驾驶范围的目的地不可被乘客选择。系统还能够检测到这些影响因素的变动(例如暴雨),一旦超出汽车的可驾驶范围将及时安全停车。

为保证系统能够安全应对各种场景,配备的诊断系统每秒能对汽车进行数千次检查,寻找故障,一些关键功能还配有冗余系统(如计算、制动、转向系统)。

Waymo有强大的数据系统,收集上路车辆产生的全部数据。一旦检测到车辆发生碰撞,Waymo的运营团队会立即启动事故后应对程序(Post-crash behavior),联系执法和医护人员,派团队成员前往事发地点,并通过车载音响系统与乘客及时沟通。事故数据将经过严格的评估过程,用以改进其他车辆。

Waymo也相当重视网络安全的保障。基于谷歌的网络安全程序,并参照和遵循NHTSA(美国高速公路安全管理局)和Auto-ISAC(汽车信息共享和分析中心)的指导,Waymo开发了具有足够鲁棒性的网络安全系统来识别、降低外来威胁。

Waymo总结了6种保证系统安全的方法:建立可验证的软件和系统;建立关键系统的冗余安全措施;及时提供软件更新;通信通道加密验证;限制关键系统之间的通信;对安全威胁建模并优先考虑。Waymo会对车辆内外部所有潜在的安全访问点进行全面审查,并采取措施限制这些访问点的数量和功能,减少漏洞。一旦Waymo发现有人试图破坏车辆安全,会立即触发公司级别的紧急事件响应程序,对风险进行评估、遏制和修复。

无人车的测试和验证方法

Waymo自动驾驶汽车主要有三个子系统,都需经过严格测试。

  • 车辆:Waymo当前的自动驾驶汽车是2017年菲亚特克莱斯勒(FCA)Pacifca混合动力车的改装版本,该车型已经过美国联邦汽车安全标准(FMVSS)的认证;

  • 自动驾驶硬件:Waymo与FCA会合作完成传感器等自动驾驶所需硬件的改装,整合完成后还进行了数千次测试,评估车辆的安全功能;

  • 自动驾驶软件:遵循“Safety By Design”的原则,Waymo会严格测试包括感知、行为预测和规划在内的完整软件,且每次软件的更新都要经历严格的验证和发布过程。软件的测试方法有三种:模拟测试、封闭环境测试和现实世界测试。其中,Waymo的模拟工具能将真实世界的场景复制过来,也可以构建全新的虚拟场景。模拟环境中的要素高度详尽,工程师通过更改或添加参数能创造数千种不同的复杂路况供模拟车辆驾驶测试,帮助软件完成验证迭代。Waymo宣称他们每天有多达2.5万辆虚拟无人车在模拟器中完成800万英里的驾驶路程。

自动驾驶软件能否搭载车辆上路,必须要证明自己能否在驾驶的适用范围内具备完成日常驾驶的行为能力,美国交通部研究认为L3以上自动驾驶汽车应该能够证明至少28种核心能力。Waymo在广度和深度上都扩展了28项内容,并有针对性的测试。

真实场景的模拟测试

以上子系统测试完成后,Waymo将对集成好的自动驾驶车辆进行测试,包括封闭环境的防撞测试、硬件的可靠性和耐久性测试以及公路测试。封闭环境的防撞测试指Waymo通过典型的预碰撞场景来测试汽车的反应能力。为研究汽车硬件的可靠性和耐用性,Waymo团队通过设置几种极端环境对汽车进行压力测试(如高温、冰冻、辐射、腐蚀、震动等等),根据硬件的健康度和失效情况,可以提前发现并解决风险。Waymo的公路测试项目需要有经过训练的司机乘车监控车辆的自动驾驶能力,并由工程师依据车辆的反馈对系统进行调整。Waymo的路测项目开展了8年时间,历经4个州、23个城市、350万英里的测试,覆盖了美国西海岸的不同气候和地貌特征,为技术的改善和创新提供了丰富经验。

Waymo路测成果

Waymo的用户思维

Waymo的用户体验有4个指导原则:给乘客提供他们需要的信息,完成无缝的出行体验;帮助乘客预测接下来发生什么;主动沟通车辆对道路事件的反应;帮助乘客安全地使用车辆。车辆通过提供视觉和音频信息,能告知和提醒乘客所需信息,通过车内按键或者手机APP,乘客还能与客服沟通交流。Waymo在今年4月发布了早期试驾者项目(Early Rider Program),从用户一方寻求反馈建议。Waymo还针对残疾人士提供了无障碍的服务功能,包括盲文按钮、语音引导“寻路”等。

Waymo相当注重与政府和公共部门的合作:在测试城市为政府当局提供简报;培训当地的执法人员和急救员与汽车进行有效互动;车辆通过音频也能够鉴别警车、救护车等,做出安全反应。

Waymo报告想传递什么信息?

产品发布会是自动驾驶企业角力的最好舞台,不过最近似乎发生了一些变化。英特尔与NBA合作,面向公众发布自动驾驶商业广告。Waymo联合多家社会组织,成立了名为“Let’s Talk Self-Driving”的科普推广项目,此外还以减少交通事故、杜绝醉驾、便利老年人出行等切中公众痛点的主题,陆续在亚利桑那州等地投放数字、户外广告,向公众介绍自动驾驶技术能带来的好处。11月,Waymo还计划在亚利桑那州上线自动驾驶打车服务。在此时间节点之下,Waymo率先响应此前美国联邦政府希望自动驾驶研发公司提交安全报告的建议,公开发布了此份报告。

除推动政府接受新技术之外,让公众接受自动驾驶被视为最大难点。报告详尽的细节展露是政府了解公司技术进展程度的需要,而生动平实的表达则有利于公众深入了解并接受Waymo为自动驾驶所做的努力。Waymo在报告中反复强调安全是公司技术开发的核心,安全至上已成为公司文化,加之以“交通安全”、“自由出行”等用户关注的话题进行启发,Waymo自信这一连套组合拳能率先在市场和政府两个环节打出效果。

当技术发展路径基本成型之后,为提高社会接受度,对自动驾驶系统安全的关注是否将成为自动驾驶市场下半场的竞争核心?为自动驾驶技术研发的先驱,Waymo及其背后的Alphabet在技术的社会普及上似乎再次站在引领的位置。

在亿欧智库发布的《2017年自动驾驶产业研究报告》中也有对Waymo及其前身Google的案例解读,欢迎点击关注:《2017年自动驾驶产业研究报告》

Waymo报告下载地址:On the Road to Fully Self-Driving - Waymo Safety Report

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更多详细内容请点击下载:2017年中国自动驾驶产业研究报告 点击下载

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