丰田的自动驾驶 (上):开发ADAS升级版与完全自动驾驶2种系统

展示“TOYOTA Concept-爱i”,采用理解人的人工智能技术

2017/02/27

概要

2017 International CESに出展した「TOYOTA Concept-愛i」
2017年国际消费电子展上展出的“TOYOTA Concept-爱i”

 2017年Automotive World研讨会于2017年1月18~20日在东京有明国际展览中心举行。本系列报告将围绕丰田汽车株式会社先进安全先行开发部总负责人松尾芳明以《丰田描绘的自动驾驶存在方式以及今后课题~人车协调智能化、以及移动社会的实现》为题的演讲,介绍丰田在自动驾驶方面的相关研究。

 本报告《丰田的自动驾驶 (上)》将介绍丰田未来长期的自动驾驶技术发展方向。

 丰田将根据“MOBILITY TEAMMATE CONCEPT”的理念,努力实现人与汽车协调的自动驾驶技术。此外,多家企业跳过以系统主体和驾驶员主体同时存在的Level 3阶段,直接研发更高级别的自动驾驶。丰田计划通过升级的人工智能 (AI) 与人机界面 (Human Machine Interface: HMI) 实现Level 3,在此基础上在进一步升级人工智能技术,逐步实现Level 4~5的自动驾驶技术。

 研究人工智能的Toyota Research Institute目前正致力于“Level 4・Level 5的完全自动驾驶 (称为“Chauffeur・专职司机”) 和“升级驾驶辅助系统的自动驾驶 (称为“Guardian・守护者”) 这2个方面的研究。“驾驶辅助型 (守护者)”系统也具有下述“Concept-爱i”相同的人工智能技术,将变得越来越聪明。对这方面进行强化,培养聪明的人工智能将是接近完全自动驾驶的最佳道路。

 此外,2017年国际消费电子展上,丰田展出了具现丰田未来移动工具的“TOYOTA Concept-爱i”。该车型采用最新的人工智能技术,确立了感情识别、习惯记忆等理解人的综合技术。在安全、安心和驾驶乐趣方面,将向乘客提供全新的体验。人工智能还将帮助决定自动驾驶和手动驾驶之间的切换。是丰田针对未来长期的概念车,几年后试验车辆将行驶于日本的城市。


相关报告 丰田的自动驾驶:Autonomous Vehicle and ADAS Japan 2016 (1) (2016年8月)



对自动驾驶的期待和自律型系统的作用

 车辆方面有待解决的课题包括安全、老年人等对自由移动的需求、堵车和燃效等环境问题,丰田计划实现“所有人都可以安全、顺畅、自由移动的社会”。

 96%的死亡事故都是由于驾驶员失误引起的 (其余4%是由于行人等的原因),因此社会对自动驾驶的呼声越来越高。实现自动驾驶后,有望减少交通事故、提供老年人的驾驶辅助、解决卡客车驾驶员不足等问题。

 此外,原先都认为,自动驾驶需要结合车载技术的自律型系统和协调型系统的整合来实现。随着近年来传感器、计算机处理能力、软件这3方面技术的革新,自动驾驶开发方面,自律型系统的作用越来越大,因此丰田再次计划实现自律型自动驾驶。



近年来的技术进步

传感器性能 摄像头:高清晰度、高感应度、激光:2D→3D形象扫描
硬件处理能力 通过GPU、FPGA等提高性能
软件 通过自动驾驶基本算法、机械学习等提高识别逻辑性能
(注) GPU是Graphics Processing Unit的简称,即图形处理器。FPGA是现场可编程门阵列 (Field-programmable Gate Array) 的简称,生产后可由消费者和设计人员设定结构的集成电路。


丰田的自动驾驶理念:MOBILITY TEAMMATE CONCEPT

 “MOBILITY TEAMMATE CONCEPT”很好地体现了丰田的自动驾驶理念。计划实现人与汽车协调的自动驾驶。Logo也表现了驾驶员和自动驾驶系统在共同操作同一个方向盘。该理念包含的意思包括,该系统不会妨碍驾驶的乐趣,驾驶员想驾驶的时候就进行驾驶,不想驾驶或无法驾驶的时候就由系统驾驶。

 丰田的自动驾驶注重安全、环境、移动的自由、驾驶的乐趣这4个方面。

自動運転に対するトヨタの考え方(資料:トヨタ)
丰田对自动驾驶的思考方式 (资料:丰田)


自动驾驶技术开发规划:实现Level 3后将研发Level 4~5的完全自动驾驶

 丰田的上述方针也体现在了SAE 5个阶段标准中Level 3方面的研发。Level 3是指“自动驾驶系统在任何时间检测到车辆处于需要移交驾驶权利的状态时,驾驶员就必须恢复驾驶”的阶段。然而,一旦委托系统进行驾驶后,驾驶员很难在短时间内恢复驾驶,因此部分企业都跳过了Level 3,决定直接攻克Level 4~5。

 丰田计划构建人与车辆的协调和信赖关系,实现Level 3的自动驾驶,并在此基础上实现Level 4的完全自动驾驶。

 此外,Toyota Research Institute的CEO Gill Pratt表示,“在美国,Level 4~5的自动驾驶车至少在几十年后才能占据马路上行驶车辆的多数。在此期间,必须开发出能尽量拯救更多生命的自动驾驶技术。丰田将支持从一般驾驶到完全自动驾驶的顺畅过渡,制造更安全的汽车”。

自動運転技術開発のアプローチ(資料:トヨタ)
自动驾驶技术开发规划 (资料:丰田)


升级的驾驶辅助系统与开发完全自动驾驶方面所作的努力

 丰田在Toyota Research Institute (TRI) CEO Gill Pratt的指挥下,正致力于“名为Guardian (守护者) 的驾驶辅助系统”和“名为Chauffeur (专职司机) 的Level 4、5的完全自动驾驶”这2个方面的研究。以下整理了Pratt在2次演讲 (2017年1月举行的CES和2016年4月举行的GPU Technology Conference (GTC)) 中介绍的丰田自动驾驶技术开发方针。

<对SAE标准Level 5、4、3、2的评价>

 Pratt反复强调实现Level 5 (无条件完全自动驾驶) 的困难。“社会允许驾驶员 (人类) 犯更多的错误,但对自动驾驶 (机械) 在安全性能方面的要求非常高。有人甚至认为,人们不允许一切因机械缺陷造成的伤亡。为了实现Level 5所需的安全性,需要庞大的机械学习、模拟和道路行驶测试。”

 Level 4比Level 5更早实现的可能性较高。

 Level 3也与Level 4一样有可能更早实现,不过Pratt还列举了具体的数字进行说明。

 而Level 2因特斯拉车的死亡事故等,成为目前最具争议的技术。Pratt指出,一旦把驾驶权交给自动驾驶,就很难长时间持续不断的进行监视。TRI目前正在研究如何保持驾驶员的注意力,将应用于新的HMI及其他方面。



TRI CEO Gill Pratt对SAE标准Level 5、4、3、2的评价 

Level 5  要实现Level 5 (无条件的完全自动驾驶) 所必需的完全性,需要进行多年的机械学习和高达几万英里的模拟和实际行驶测试。任重而道远。
 然而,由于存在无法驾驶汽车的人群,因此Level 5技术将是必需的,丰田也正在推进研究。
Level 4  Level 4 (在限定的地区、车速、时间带和天气等情况下的自动驾驶) 将使实现实际应用的路程缩短。未来10年间,多家整车厂都将实现这一技术。对于提供拼车等出行服务的企业来说,这一技术将尤其具有吸引力。
Level 3  在Level 3的情况下,系统在任何时候检测到需要转交给驾驶员驾驶的情况时,驾驶员都必须接手进行驾驶。例如,过渡至驾驶员驾驶所需的时间为15秒,则时速在65英里 (104km) 下行驶的车辆在15秒内将行驶约1,500英尺 (约460m),因此系统必须能检测到前方460m的危险。实现Level 3的难度与实现Level 4的难度不分上下。
Level 2  已得到实现的Level 2的情况下,虽然实现了高速公路等道路上的自动驾驶,但驾驶员仍需始终监视驾驶情况,如果系统无法检测到前方的危险,就需要驾驶员参与驾驶。然而,驾驶员总是无法准确地对系统进行判断,不是将系统功能想得过于简单,就是过于信赖系统。自动驾驶越是升级,驾驶员对系统的信赖程度也许就会越高。
资料:丰田公告 (Gill Pratt的演讲) 2017.1.5/2016.4.7



<Guardian (守护者) 与Chauffeur (专职司机) 这2个方面的研究>

Hybrid Autonomy(Series AutonomyとParallel Autonomy)(図ではGuardian Angelとなっているが、本項の「ガーディアン」に同じ)(資料:GTC 2016でのGill Pratt氏講演のスライド資料)
Hybrid Autonomy (Series Autonomy与Parallel Autonomy) (图中是Guardian Angel,但与本项的“Guardian”相同) (资料:GTC 2016官网上刊登德国Gill Pratt演讲的PPT资料)

 Guardian是ABS、VSC、AEB (紧急自动制动系统) 等驾驶辅助系统的衍生。该系统整合了车辆与驾驶员的情况识别能力,该安全配置要求驾驶员始终对道路情况进行确认,系统只在需要的时候启动。Guardian搭载“Concept-爱i”配套的“Yui”这样的人工智能技术,从车辆与驾驶员收集数据,并通过云端共享信息和知识,从而变得越来越聪明。

 Gill Pratt把这称之为“Parallel autonomy”。就好像是父母在教孩子打高尔夫球,两个人的手同时握住高尔夫球杆,而当孩子变得熟练时,父母就会逐渐放手,让孩子自己打球。可以说与丰田的自动驾驶理念“MOBILITY TEAMMATE CONCEPT”相通。

 Chauffeur (专职司机) 是指Level4、5的完全自动驾驶系统。目前开发的周边识别和控制技术与Guardian基本上一致,不同之处为Guardian旨在必要的时候启动,而Chauffeur则在自动驾驶中始终启动。就如同司令官向下级发出命令,下级紧接着根据任务进行工作那样,称之为Series Autonomy。

 Pratt表示,这2种Autonomy如右图那样,都称之为Hybrid Autonomy,在丰田的自动驾驶技术开发中,追求这2种Autonomy。此外,Pratt强调,右图中的横轴 (Parallel轴) 强化了汽车行业普遍希望实现的Series autonomy (纵轴),有着不可估量的价值。



Guardian (守护者) 与Chauffeur (专职司机) 2个方面的研究

Autonomy 名称 概要 相关驾驶辅助系统
Parallel Autonomy Guardian
(守护者)
整合车辆与驾驶员的情况识别能力的驾驶辅助系统 ABS、VSC、AEB等
Series Autonomy Chauffeur
(专职司机)
Level 4、5的完全自动驾驶系统 Adaptive Cruise Control、Automatic Highway Passing等
资料:丰田公告 (Gill Pratt的演讲) 2017.1.5/2016.4.7 



在美国加强人工智能研究体系

人口知能を研究するToyota Research Institute (TRI)を設立
成立研究人工智能的Toyota Research Institute (TRI)

(图片:丰田)

 2016年1月,丰田成立为了研究人工智能的新公司Toyota Research Institute (CEO:Gill Pratt)。截至2017年1月,在成立后1年内雇佣约100名员工,日本研发部门的50名员工也加入其中。丰田计划未来1年内再增加100名员工。

    目前在美国拥有3个基地,各基地的主要职责如下:
  • 密歇根州Ann Arbor:主要致力于完全自动驾驶的研究;
  • 加利福尼亚州Palo Alto:主要对驾驶员担任主要角色,车辆在需要的时候进行辅助的Guardian技术开展研究
  • 马萨诸塞州Cambridge:主要致力于模拟和深度学习的领域。

 这些基地分别与就近的密歇根大学、斯坦福大学、马萨诸塞理工大学合作。

 此外,TRI还致力于大幅升级的大型模拟器,将于近期启动。

   

    


   

  

  

丰田:在美国加强人工智能研究体系

2015年9月  美国马萨诸塞理工大学 (MIT) 的计算机科学和人工智能研究所、以及斯坦福大学的人工智能研究所就合作推进人工智能相关研究达成一致意见,并分别成立了合作研究中心。丰田宣布,今后5年内将合计投资5,000万美元推进研究。
 丰田还宣布聘用Gill Pratt担任CEO。Pratt曾在美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 主办的灾害救助机器人的比赛大会上担任项目经理。与MIT和斯坦福2所大学的合作也是在Pratt的推动下得以实现。
2016年1月  人工智能研究新公司Toyota Research Institute (TRI) 落户密歇根州Ann Arbor。Gill Pratt博士就任CEO。5年内将投资约10亿美元,致力于开发利用人工智能研究和移动技术的室内机器人。
2016年8月  TRI宣布,将与密歇根大学合作研究人工智能。未来4年内计划投资2,200万美元。丰田的北美技术开发中心—Toyota Technical Center长期以来都与该大学共同开展安全技术等方面的研究。
资料:丰田公告 2015.9.4/2016.1.5/2016.8.11



2017年消费电子展上公布理解人的人工智能技术配套车“TOYOTA Concept-爱i”

 丰田在2017年1月5日~8日在美国内华达州拉斯维加斯举行的2017年国际消费电子展上展出了具现移动社会未来景象的概念车“丰田 Concept-爱i”,通过搭载人工智能技术,使人和车辆成为伙伴关系。

 通过人工智能理解人,人与车辆作为共同成长的合作伙伴,创造了新的关系形式。通过将识别情感和记忆习惯等“理解人”的技术与自动驾驶技术相结合,为驾驶员提供安全、安心、和享受移动乐趣的新体验。

 Concept-爱i拥有称之为“Yui”的人工智能技术。Yui与驾驶员一同成长,对驾驶员的理解能力会越来越深。该技术已经超越了设定路线等单一的阶段,还能预测驾驶员的期待,超越人与车辆“人机界面”的功能,将加深两者之间的“关系”。Yui是与驾驶员一同驾驶车辆的“队友”。

 Concept-爱i拥有完全自动驾驶模式与手动驾驶模式,Yui还能辅助决定自动驾驶与手动驾驶的切换。发布的图片全都配置方向盘和踏板类零部件。

 Concept-爱i正计划未来几年内实施公路行驶测试,搭载此次展示部分内容的试验车辆将行驶于日本的城市道路上。



rep1572Toyota Concept愛iの外観(1)(写真:トヨタ) Toyota Concept愛iの外観(2)(写真:トヨタ) Toyota Concept愛iの内装(写真:トヨタ)
丰田 Concept-爱i的外观 (1) (图片:丰田) 丰田 Concept-爱i的外观 (2) (图片:丰田) 丰田 Concept-爱i的内饰 (图片:丰田)



2017年消费电子展上展出“TOYOTA Concept-爱i”

 Concept-爱i体现了丰田认为汽车是带着“爱”的工业产品的理念,
从汽车为人类工作开始,提供新的体验。
“理解人”的技术 (Learn)  应用最新的人工智能技术,确立感情识别、习惯记忆等理解人的综合技术。通过将驾驶员的表情、动作和清醒程度等信息数据化、以及根据社交网络发言及行动、聊天记录,判断驾驶员的习惯。
“安全、安心” (Protect)  通过将“理解人”的技术与自动驾驶技术相结合,能使驾驶员实现安全和安心。根据驾驶员的感情、疲劳程度、清醒状态,刺激自律神经,使视觉和触觉等五官感觉运转起来,从而实现更安全的驾驶。例如,引导至清醒状态,通过蓝光提供视觉反馈、通过弹性座椅提供触觉反馈等,以此来刺激交感神经。反之,如果需要驾驶员进入放松状态,则通过暖色系的晃动光线、薰衣草的香味、令人放松的乐曲等,使副交感神经处于兴奋状态。
 此外,除了汽车周边情况以外,通过监测驾驶员感情和对自动驾驶的信赖程度,当驾驶员处于危险状态 (例如:车辆即将滑出车道等情况) 时,或切换至自动驾驶模式,使汽车自动引导至安全状态等,该车型“时而守护,时而互相帮助”,具现了丰田的自动驾驶理念“Mobility Teammate Concept”。
“新的驾驶乐趣” (Inspire)  通过将理解人的技术和对话技术相结合,可优先考虑驾驶员的心情,为驾驶员带来新的体验。
资料:丰田公告 2017.1.5

关键词

丰田、自动驾驶、专职司机、守护者

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