自動制動誤操作造成追尾，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(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）的自動制動功能。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)，然后是控制制動器。《日經(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)開始控制制動器，幫助駕駛員避免沖撞。此時(shí)，如果駕駛員在操作制動器（已踩下制動踏板），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器（沒有踩下制動踏板），則實(shí)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(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速度。

通過上述控制，在駕駛員操作制動器時(shí)，時(shí)速最大可降低60km左右，未操作制動器時(shí)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(shí)速15km以上，且本車與前車的相對速度在時(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日向日本國土交通省提交了召回申請。召回?cái)?shù)量方面，皇冠約為1.9萬輛，雷克薩斯3款車型共計(jì)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(shí)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(bào)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。

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?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?！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(xiàng)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(fèi)者都希望配備這項(xiàng)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(fèi)者，在符合安全標(biāo)準(zhǔn)這一點(diǎn)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(xiàng)目，而且，按照預(yù)定，從2016年開始，該功能的評估項(xiàng)目中還將加入行人檢測。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?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(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)動方向盤等回避動作（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(xiǎn)

估計(jì)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?yàn)?，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(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)判到皇冠會突然減速。

表：自動化等級分類
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，筑波大學(xué)的稻垣教授追加了“6.5”級。稻垣在研究過程中發(fā)現(xiàn)，6級與7級之間“丟掉了在理論和應(yīng)用兩方面都非常重要的等級”。
出處：《人與機(jī)械共生的設(shè)計(jì)》

之所以會發(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(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，汽車自動剎車的情況。用來提高安全性的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，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(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(shí)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(shí)現(xiàn)這種信息交換的有力候選。