自动驾驶的现状与未来:ITS世界大会采访

期待迅速提高;整车厂与零部件配套厂的意见

2013/11/07

概 要

 本报告总结了对国际性整车厂在2013年东京ITS世界大会上的专题讨论会以及自律型自动驾驶技术现状的采访。各方达成共识,将应用安全相关自动驾驶技术作为长期目标。MarkLines对此次大会的展会现场进行采访,针对自动驾驶技术的应用,摸索成本与安全配置的平衡点,通过提高图像处理能力提高对象识别率,研究并促进汽车与行人以外对象的识别技术等。搜索相关文献后,还从ITS大会以外的视角提出了几个今后的课题。


相关报告:
ITS:交通信息系统的普及和驾驶辅助系统的应用 2013.5.2
2013年东京ITS世界大会:丰田、本田、日产自动驾驶技术的展示采访 2013.11.6



自动驾驶技术开发的现状

 近来,围绕ITS的话题不断,其中包括“不会发生碰撞的车辆”的出现以及谷歌无人驾驶汽车等。恰逢ITS世界大会时隔9年在日本举行,因此本报告通过采访总结了自动驾驶技术的现状与相关课题。

 ITS,尤其是车辆自动驾驶的想法首先提出在城市交通问题突出的1970年代。统一管理的车辆无人驾驶从很久以前就开始考虑并实际应用于这类城市的通勤车和建机领域。但这与行驶于公路的车辆自动驾驶技术有着决定性的不同,后者必须在杂乱纷繁的交通中迅速决定自己的行动,使得人工智能成为必要条件。由于自律驾驶技术有望降低驾驶员负担、减少事故发生、提高能源效率等,因此从1980年代开始就开展大规模持续性的研发。碰撞安全技术也将辅助驾驶员、能动地避免事故作为目的,逐渐向ITS领域靠拢。直至20世纪末,通过各类道路行驶测试项目,已成功掌握了这两方面的“关键技术”。

 进入本世纪,使用减轻事故伤害、燃耗削减效果较大的大型车辆,持续进行车辆群的大规模试验。另一方面,乘用车方面的这类车辆间合作试验热潮逐渐消退,而是开始在不同车载配置上部分应用。功能从前方车辆尾随(自适应巡航控制)扩大至减速/停止控制,但由于配置水平的参差不齐,也出现了不适用的情况。例如,自动减速装置配套车误发动后减速时,造成未配套车的追尾等事故。虽然是引发事故的诱因,但如果追尾车辆也安装了自动减速装置,就可避免追尾事故。在安装与否的方面,两车如统一就可避免事故。

 标榜“不会发生碰撞的车辆”量产车型的加快出现以及谷歌汽车引发的热议使得实现自动驾驶的时机突然成熟起来。各整车厂采取的努力如下:

 

 



各整车厂在自动驾驶方面的努力

 日系整车厂的相关报告 No.1218 中刊登了详细内容。

企业 技术目标 自动驾驶技术的内容 时间
丰田 辅助驾驶 为量产车型搭载自动尾随、车道保持、自动停止等配置。“主体是驾驶员。系统辅助驾驶员的技能。” 2015年前后
日产 完全自动驾驶 在高速道路和普通道路上实现到达目的地的自动驾驶“通过人工智能实现完全自动驾驶。” 到2020年为止量产
自动驾驶车
本田 辅助驾驶 正在开发仅限于自动停止、狭窄路面自动行驶、自动泊车(注1)等低速情况的自动驾驶技术。重视与基础设施的协调。 未定
富士重工 辅助驾驶 进行预碰撞制动性能的提高。下一步是加强车道保持以及尾随功能。 2014年
通用 辅助驾驶 根据2012年公告,通用到2017年为止将发售在高速道路上自动驾驶的车辆。2013年还发布名为Super Cruise的半自动驾驶技术。拥有车道保持与自动巡航功能。 2010年代内(为凯迪拉克配套Super
Cruise)
福特 辅助驾驶 2012年发布汽车专用道路上的车道保持功能与堵车时的自动尾随/停止功能的Traffic Jam Assist技术,计划2017年实际应用。2013年发布用于自动泊车功能车辆测试以及用于回避障碍物的自动转向Obstacle Avoidance技术。 2017年
宝马 辅助驾驶 在量产车上应用Traffic Jam Assistance,该技术拥有堵车时自动尾随和车道保持功能。自动泊车功能(注1)将用于下一代量产车。 2013年 (Traffic
Jam Assistance)
沃尔沃卡车 列队行驶 在共同项目(SARTRE)中进行乘用车与卡车混合行驶的列队行驶试验。 2012年
(仅限道路试验)
沃尔沃汽车 辅助驾驶 2012年投入应用的ACC和车道保持功能进一步发展后,将发售配套堵车时尾随前方车辆功能的车辆。 2014年
梅赛德斯奔驰 辅助驾驶 已在量产车上应用带自动尾随、车道保持功能的Stop&Go Pilot+Distronic Plus with Steering Assist。作为未来技术,在2013年法兰克福车展上展出S-class INTELLIGENT DRIVE(针对量产车,成功实现传感器融合的加强与利用3D数字地图在市区乃至城市间的自动驾驶)。 2020年
(发售自动驾驶车)
大众 辅助驾驶 2013年发布的Vision Zero项目中,宣布将在量产车中应用对驾驶员高度信息支持、自动停止、自动泊车(注1)功能。(Zero取零事故之意) 数年后

 
(注1): 自动泊车是指不需要人来驾驶,车辆自动移动至车位的功能。

 



ITS世界大会:Special Feature的旁听

Topic 1: Automated and Connected Vehicle Technologies

 来自世界各地的ITS相关人士齐聚会场中庭的专用开放式会议厅,由主持人引导,与会嘉宾畅谈自动驾驶的未来发展方向。

 

―嘉宾名单―
通用 : Mr. John Capp
  Director, Electrical and Controls Systems Research Lab.
福特 : Mr. Peter Hardigan
  Director of Sustainability, Environment & Safety Engineering
沃尔沃卡车 : Mr. Jan Hellaker
  Vice President Transport Solutions & Service Advanced Technology & Research
宝马 : Mr. Klaus Kompass
  Vice President, Vehicle Safety
日产 : Mr. Kunio Nakaguro
  Corporate Vice President
丰田 : Mr. Moritaka Yoshida
  Managing Officer, Chief Safety Technology Officer
密歇根大学 : Dr. Peter Sweatman
  Director, Transportation Research Institute

 

ITS世界会議 ITS世界会議


 第一部分各公司分别利用5分钟时间介绍本公司的自主技术。第二部分以回答主持人问题的形式,分别利用30分钟阐述在ITS和自动驾驶方面的努力以及见解,共计1个小时。以下选取了具有代表性的部分发言:

 

第一部分 各公司自主技术的阐述

 阐述自主技术的同时,包括DOT在内,大多数嘉宾认为,依赖自动化来保证安全为时尚早。


通用: Super Cruise的终极功能包括传感器融合与基础信息,覆盖至恶劣天气的自动驾驶等综合性内容。2010年代末开始逐步投入应用。

福特: 引用福特创始人亨利·福特的名言“要一匹更快的马”,强调普及汽车的动机并非是自动驾驶,而是更自由地移动。福特也在推动自动驾驶技术的开发。

沃尔沃卡车:  展示以投放市场为目的道路试验SARTRE等项目。还谈到建筑车辆的自动化(着眼于提高安全性、减少故障时间),强调相关人士的广泛合作才能实现综合的成功。

宝马: Track Trainer系统只要提供跑道信息就能判断出理想路线和加减速。曾应用于一些赛道。Traffic Jam Assistant系统从本年度起应用至量产车,包括堵车时尾随其他自动行驶车的功能与保持车道的功能。接下来还将加强远程控制泊车系统的功能。安全功能将到2020年之后的数年投入应用。需要正确的周边信息与准确的应对策略。

日产: ITS功能中安全最为重要。强调了ITS的要求、规定以及社会接受度等技术以外条件的软件综合,与大学等超越行业的共同研究合作关系的重要性(唯一一家宣称到2020年发售自动驾驶车的整车厂)。

丰田: 与其他陆路交通不同,汽车具有移动的自由感与驾驶乐趣。但事故、老龄化以及堵车等问题要求在自动化、基础设施协调等方面取得革新。
 但自动化技术的作用仅定位为一名副驾驶员。V2I是对车辆获取信息的补充。

DOT :  无论有任何辅助与信息获得,驾驶员的责任都始终摆在第一位。高速、市区、住宅区等道路形态变化多端。有必要将研究、探讨、试验以及自动化分多个阶段进行。

 

第二部分 自动驾驶相关Q&A

 在问答的环节中,各嘉宾都吐露了些许心声。


Q.:谷歌技术在全球热议,对整车厂的冲击如何?

通用:社会的关注是最重要的,这也是促进汽车发展的动机。谷歌技术是对20年以来累积的车辆控制技术的应用。相关设备的发达促使时机成熟。

日产:谷歌技术是原先就有的东西。其引进的过程以及与信息技术连接的成熟增加了实际应用的可能性,因此成为了热议的话题。

Q.:那么到2020年能实现的是?

宝马:少数演示车实现行驶十分容易。随着参与演示的车辆增加,为了实现与基础设施的互动,双方面都还有多个待解决的课题。

福特:从现在开始采取的第一步措施扩大现有的V2I (Vehicle to Infrastructure)互动规模,并在实际应用中确认其优势。还要将利用DSRC的直接V2V通信与广域V2I通信的融合也与优势联系起来考虑。

Q.:社会对自动驾驶的接受度如何?

沃尔沃卡车:我们不期待SARTRE的成功马上就能获得社会的认可。杂乱道路环境远更复杂。首先应该会在限定区域内开始使用。

丰田:通过这样的会议开展热烈讨论固然好,但另一方面也应该冷静地在整个社会明确自动驾驶的定义、适用范围以及目的,单靠自律的自动驾驶无法取得符合社会期待的的成果。通过融合包括V2V、V2I交流在内的整体交通系统,将带来更大的效果。随着社会理解度的加深,其接受度也会进一步加深。

Q.:自动驾驶车辆的目标用户是?

福特:当然针对各种用户,其中也包括考虑到残障人士利用汽车的可能性。

通用:只要看看电动车窗以及AT的例子,就知道大家都期望实现自动化。

宝马:虽然都喊着“驾驶乐趣”的口号,但仍有让人想要避免驾驶的环境,比如堵车与泊车的时候。自动化应该首先具体体现在这些不会涉及到死伤的情况。高速、市区等有风险的自动驾驶情况应该在之后投入应用。

Q.:有必要与大学或其他行业(软件、计算机等)进行合作吗?

沃尔沃卡车:在取得相关人士协助的基础上确保自动化的发展速度十分重要。

日产:在开发可应用至车辆的人工智能技术等方面,只要是拥有独特见解的人,即使是汽车以外行业也有必要开展合作。


 在Special Feature上,各整车厂在自动驾驶的以下两方面达成基本共识:

    1.谷歌技术是已知的东西,作为整车厂也能实现相同的成果。

    2.要实现大量汽车的安全运行,还有更多课题有待解决。


 关于第2点,各整车厂的发言都较为消极,虽然全世界都在热议,但这并不表示近期将付诸现实,与之相反,各公司都明确表示,“当前尚不存在可能性”。

 

 



ITS世界大会:展会现场与技术交流会的采访

 专题讨论会结束后,MarkLines还对展会现场与技术研讨会进行了采访。驾驶辅助相关零部件配套厂在展会现场设置大规模展台,积极寻找商机。MarkLines在其中对自动驾驶与安全性的现状进行考察,介绍以下颇有意思的信息:

驾驶辅助系统的成本VS功能

 由于该技术正发展到一半,因此同时产生了追求高性能的高端产品与追求低成本的产品,但也有1家公司同时集中两方面的产品,并向整车厂提案分级应用。电装便是其中一例:


电装推出的3级安全辅助系统

デンソーが提案する3グレードの安全性支援システム

入门套件 标准套件 高端套件
*车道偏离警示
*夜视辅助
*标识识别辅助

*低速碰撞回避辅助
 (前方车辆)
*车道偏离警示
*夜视辅助
*标识识别辅助
*全车速ACC
*碰撞回避辅助
 (前方车辆、行人)
标准套件

*路外逸脱防止
*碰撞回避辅助
 (迎面碰撞)


 正因为是新颖性程度较高的产品,由于技术能力的差距,不同零部件配套厂在提案时多少会产生差异。但该例中,1家公司同时提出最佳的安全方案与性能相对较低的低成本方案,这一点让人关注。零部件行业在碰撞回避装置的配套竞争中,一下子就进入了成本竞争的阶段,而对于安全与成本两方面的取舍产生不同级别的安全性能。如果普通汽车用户不能准确把握自己车辆系统的性能,就有可能因过于轻信低成本系统而最终导致事故的发生。

 

人与事物识别功能的局限

 应该称为“系统之眼”的人与事物识别传感器根据雷达、摄像头、声纳等原理可分为多种类型。由于各有长处和短处,因此经常相互补充短处,形成传感器融合,但也有减少传感器个数,控制成本的系统。

 无论是哪一种,检测/识别的精度都是系统安全性能的关键,在扩大检测/识别范围方面有以下例子。爱信精机在其相关研究所IMRA Europe S.A.S内推进自行车识别的尝试:

IMRA Europe S.A.S开发自行车识别技术

标题  高性能车辆后方碰撞警告系统的实时自行车识别技术
开发概要  超广角鱼眼镜头立体摄像头识别倒车时可能出现的自行车
成果  尽管检测出异物的准确率超过99%,但截至目前能识别出是自行车的准确率仅在95%左右,目前还在进一步提高准确度
摄像头信息的处理
  实时图像处理对系统的负担较大,即使使用多个CPU,能够实时监视的也仅限通过图形处理的简略化对象。其识别流程如下:

*根据摄像头信息,将地面作为1个单一的平面,在系统内生成
*实时搜索(监测)该单一平面上突出的静止/运动物体
*本车前进的过程中,甄别存在风险的对象
*具体分析并判断甄别对象的速度以及"是什么"(识别)
 识别行为的流程如下图,是包含多重循环在内的高计算负荷流程图。 
認識行為のシークエンス
  为了更进一步提高识别精度,需要提高图像数据的处理能力。此外,根据系统性能还会产生不能识别以及来不及判断的概率。

资料:ITS世界大会 2013 Technical/Scientific sessions TS045-2093 上的演讲


 如上图,无法检测/识别出对象物体的情况存在一定概率。但同时,碰撞避免装置如普及后,行人会认为“自己一定会被检测到”,而驾驶员方面也认为“一定会检测到行人”,其结果就会造成互相忽视。或许应该在整个交通社会引入检测/识别率存在局限的观念。

 

识别对象的局限—二轮车;危险度超过现状

 安全驾驶辅助识别对象的开发重点逐渐从车辆转移至行人。成功开发后,有可能会间接造成驾驶员注意力的降低(注)。届时二轮车等不属于识别对象的事物有可能因为系统识别不出或者驾驶员过度依赖系统导致漏看而受到双重威胁。同时产销四轮车和二轮车的本田正在尝试二轮车的识别技术,MarkLines在技术研讨会上旁听了其开发现状:

  *开发MAI摩托车接近警告系统

      四轮车、二轮车也搭载V2V装置,根据相互通信提前预测会在路口相遇。在检测从直角和对面出现的二轮车时具有一定成果,但从小于直角的角度出现的二轮车需要进一步研究能充分回避的技术。
      (ITS世界大会 2013 Technical/Scientific sessions TS001-3257、TS012-2125)


 (注)自动化与事故率的关系请参看下一节 <自动驾驶的未来> 的第2例

 

 



自动驾驶的未来 - 需要探讨的课题事例

从铁路技术的视角来看完全自动化的可行性

 完成会场采访后,笔者又从其他途径截取了ITS的事例。从文献等资料中摘选针对自动驾驶的各类观点:

 同样是陆路交通,所谓纵向控制(加减速)的铁路车辆已实现部分自动驾驶。但快车等优先车辆的处理、缩短延迟等列车间隔处于严峻情况下的运行则无法自动化。也就是说,自动驾驶因故障时停止的情况下自动化,以外的驾驶情况下手动驾驶。该铁路现状包含以下启示:

技术上具现后也无法完全避免故障的风险。
(电脑与手机的死机以及故障时常会发生。将这样的系统安装在车辆上,是否能够完全托付乘员的人身安全,尚有待验证。)
上述情况属于情况相对单一的铁路控制。而现实中的道路交通更为复杂,因此风险远大于前者。在汽车交通方面的应用可以说还存在很大的障碍。

 

从人类行为科学视角来看,减轻驾驶员负担后是否为减少事故作出贡献

 我们时常能听到这样的论调,即使不是完全自动驾驶,减轻驾驶员的负担就能将事故防范于未然。但事实是否真的如此?我们来看看率先尝试自动化的自动变速器(下称AT)的现状。

 很遗憾,根据调查,变速器自动化后,事故发生率出现了绝对上升的趋势:

     *四轮车:鹫野等 汽车技术Vol.64, No1, 2010 ITS 近10年

     *二轮车:汽车安全驾驶中心 调查研究新闻 第18号(平成21年4月)

 无论以上哪个调查得出的结论都是AT车的接触性事故发生率是MT的1倍。这个事实说明,让驾驶员保持紧张感可降低注意力的分散。如果不能完全依赖车辆来保证安全,那么可想而知因人的大意导致事故增加的可能性。

 

从损害健康的视角来看毫米波辐射的容许度

 车载雷达向对象集中放射电磁波,包含放射和接收2方面的辐射。随着近年来通信技术的进步,人暴露在毫米波下的机会也越来越多,甚至大量汽车安装雷达后造成路面上的辐射值进一步增加。电力技术审议会意见书《电波防护指针》中规定人体的比吸收率(全身辐射量)为6分钟平均每公斤体重0.4 W,以标准体形的人体为例,相当于4mW/cm2。另外,手机对头部的电磁波辐射量相当于该数值的几分之一。毫米波雷达的输出功率在2~3mW左右,属于小功率(手机的1/100概率),因此不用担心全身辐射量超标。但也有人认为,需要考虑到局部辐射、尤其是对眼球的集中照射产生的影响等。二轮车驾驶员属于直接长时间辐射的对象,因此有必要研究其防护措施是否充分。


 对于自动化来说,需要探讨的课题很多,但随着自动驾驶逐渐进入社会,有必要对这些问题进行一一确认和克服。相对于人们的狂热(来自ITS大会Special Feature上使用的"Enthusiasm"一词),除了1家整车厂以外,多数整车厂都尽量避免提及完全自动驾驶技术的具体应用时间。

结束

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