丰田的自动驾驶 (下):挑战“1兆英里的可靠度”

推进“驾驶”的智能化、“人与车辆的协调”的智能化、“网联”智能化

2017/03/06

概要

ドライビングシミュレーターによる人とクルマの協調の開発
利用驾驶模拟器开展人与车辆的协调开发 (资料:丰田)

 2017年Automotive World研讨会于2017年1月18~20日期间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。

 已刊登的上篇报告《丰田的自动驾驶 (上) 》介绍了丰田的自动驾驶的未来长期发展方向 (开发ADAS升级版与完全自动驾驶2种系统)。本报告《丰田的自动驾驶 (下)》将介绍实现自动驾驶所必需的3大智能化—“驾驶”的智能化、“人与车辆的协调”的智能化、“网联”的智能化的具体计划和正在研究的事宜。

 关于“驾驶”的智能化,负责核心技术开发的Toyota Research Institute (TRI) 在密歇根州Ann Arbor成立了美国的第3个基地。将充分利用密歇根大学的行驶试验设施Mcity开展研究。TRI正在开发大幅升级的模拟器。据TRI的CEO Pratt透露,丰田车每年在全世界行驶1兆英里 (假定1亿辆丰田车平均每年行驶1万英里),因此要实现完全自动驾驶车,需要进行1兆英里的行驶试验。但是,实际要实现这一目标存在困难,因此模拟试验将是有效手段之一。结合实际行驶测试与模拟最严格行驶条件的模拟器,挑战“相当于行驶1兆英里的可靠度” (Pratt表示,实际操作起来并不容易)。

 关于“人与车辆的协调”的智能化,在位于东富士研究所的驾驶模拟器验证的同时,还将推进自动驾驶车HMI的开发。

 关于“网联”的智能化,将构建自动驾驶车连接至云端服务器、交流各种道路交通信息的体系。此外,在预见性较差的路口等单靠车载系统较难实现自动驾驶的情况下,将充分发挥利用通信技术的协调型安全系统的作用。



相关报告:
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 (2017年2月)
丰田的自动驾驶:Autonomous Vehicle and ADAS Japan 2016 (1) (2016年8月)
丰田ITS:全球首度将路车间、车车间的无线通信配套于新款普锐斯等3款车型上 (2016年4月)



“驾驶”的智能化

 丰田正加强人工智能的研发。2016年1月成立Toyota Research Institute,并宣布5年内将投资10亿美元。还与马萨诸塞理工大学、斯坦福大学以及密歇根大学开展合作,推进研发。

 利用人工智能,能记忆车辆行驶时的知识与经验,与实时信息瞬时重叠后进行判断,制定安全的运行计划进行行驶。

 2016国际消费电子展上,丰田出资10亿日元的Preferred Networks与丰田演示了机器人车。数辆长43cm、宽20cm的机器人车在3m×3m的舞台上来回行驶进行演示,一开始由于碰撞完全跑不起来,但随着机器学习的深入,逐渐能够完全不发生碰撞,实现顺畅的行驶。

 2017年Automotive World上松尾芳明的演讲中,播放了通过环岛 (Roundabout,无信号灯,中间有圆形岛的路口) 的视频。一开始非常混乱,无法前进,后通过机器学习,得以顺畅通过。



TRI的第3基地落户密歇根州Ann Arbor

トヨタも出資しているミシガン大学の自動運転走行実験場”MCity”
丰田也有出资的密歇根大学自动驾驶行驶试验场”Mcity” (图片:密歇根大学)

 2016年6月,丰田在密歇根州Ann Arbor成立了Toyota Research Institute (TRI) 第3基地。主要负责“完全自动驾驶”的研究。新基地可步行至密歇根大学,TRI将加强与密歇根大学在自动驾驶研究方面的紧密合作。

 密歇根大学拥有美国唯一一个自动驾驶车和网联车的行驶试验设施Mcity,丰田向运营该设施的University of Michigan Mobility Transformation Center进行了出资。此外,日系厂商丰田、日产、本田及电装都成为了能优先使用该设施的会员。

 此外,作为在郊区补充Mcity的行驶试验设施,USDOT (美国交通部) 主导的新American Center for Mobility (注) 即将成立,美国其他地区还有9个相同设施。Ann Arbor将是TRI推进自动驾驶研究的绝佳基地。

 Ryan Eustice、Edwin Olson两位在兼任密歇根大学教授的同时加入到TRI。2位教授表示,“传感器和算法技术正取得的惊人的发展。TRI将在这一领域进一步开展研究。此外,TRI将与密歇根大学合作,在各种环境下、开展非正常情况下的测试”。

 TRI的CEO Pratt表示,“包括丰田在内,近几年汽车行业自动驾驶领域取得了巨大进展,但多数是在较为轻松的驾驶情况下开展研究,因此自动驾驶也变得简单。自动驾驶最能体现作用的应该是驾驶困难的情况下。而TRI将挑战这一难题。”

  (注) American Center for Mobility是密歇根州政府和密歇根大学等机构计划在Ann Arbor郊区Willow Run建设的与Mcity一样的行驶试验设施,将成为全球最大、最先进的行驶试验设施。美国交通部 (USDOT) 将其选为美国第一批10个国家级行驶试验设施之一。



密歇根大学的行驶试验设施“Mcity”

 2015年7月开设,由密歇根大学的Mobility Transformation Center等组织主导运营、整车厂等提供赞助,位于该大学校园内,自动驾驶车网联车可在模拟实际道路和周边建筑的环境下开展行驶试验。
 Mcity占地32英亩 (约13万平方米),再现了直线道路、街区、隧道、铁路道口等多样化行驶环境的同时,还可灵活地配置建筑物、路灯、道路标识等交通设施。还具备交通管制系统、车路间通信系统、高精度数字地图及交通模拟器等研究基础系统。
  密歇根州的气候特点还包括雨、雪和龙卷风等,因此还能对恶劣天气下的行驶进行试验。Mcity也再现了实际道路行驶时可能会遭遇的坑洼路面、被涂鸦得难以辨别的交通标志以及模糊不清的车道线等。在公路上测试行驶之前,能在严酷的条件下对新技术进行反复测试。
资料:丰田公告 2016.4.8、相关英文公告 2016.4.7、密歇根大学公告 2015.7.20



TRI正在开发全新大幅升级的模拟器

 TRI CEO Pratt在2016年4月的2016 GTC上的演讲中宣布,TRI正在开发全新大幅升级的模拟器。新模拟器的全貌未公开,不过据CEO Pratt称,该设施的面积相当于足球场那么大,在圆顶内设置采用英伟达 (NVIDIA) GPU的试验车辆,车辆左右前后移动,还再现了倾斜的情况,能模拟所有种类的动作。车辆周围不断出现美丽的风景 (图形显示器),就如同在体验真实的驾驶一样逼真。



挑战“1兆英里的可靠度”

 Pratt表示,丰田车每年在全世界行驶1兆英里 (假定全球1亿辆丰田车平均每年行驶1万英里)。如果行驶这么多路程,即使概率低,还是有可能发生非常危险的情况。例如,自动驾驶车遇到暴力驾驶的车辆 (很可能是人工驾驶) 时,即使是错在对方,自动驾驶车也还是得正确行驶。

 因此,要实现完全自动驾驶车,需要开展1兆英里的试验行驶,但实际操作非常困难,因此模拟器将是有效手段之一。结合实际行驶测试与模拟最严格行驶条件的模拟器 (发生碰撞的可能性较高,因此在实际行驶中有许多试验无法进行),挑战“相当于行驶1兆英里的可靠度” (虽然并非易事)。

 此外,CEO Pratt还强调,名为守护者 (Guardian) 的人与车辆协调驾驶辅助系统虽然不像完全自动驾驶系统那样完美,但模拟人与车辆如何进行合作,是非常重要的课题。



探明自动驾驶车事故的原因并预防再次发生

 Pratt表示,目前有待解决的课题是探明自动驾驶车引发事故的原因和预防再次发生。

 虽然会留下行驶记录,但要完全弄清原因还是有一定困难。机器学习、尤其是深度学习的效果显著,但无法说明如何得出结论。深度学习无法保证对所有的输入都能选择正确的行动。应该采取对策的范围很广泛,且很难判断是否足够。所以,将优先解决测试行驶和模拟行驶中确认的课题。



为实现“人与车辆的协调”的智能化

 丰田计划实现人与车辆协调的自动驾驶技术。在SAE 5个阶段中的Level 2和3方面,人与车辆将建立相互了解的关系,并进行学习,并凭借升级的人工智能进军Level 4和5的完全自动驾驶技术 (下左图)。

 Level 2的驾驶主体是驾驶员,即使是自动驾驶中也要求能随时切换至手动驾驶。Level 3则是系统主体和驾驶员主体同时存在,系统如果认为超过其能力范围,就会迅速要求驾驶员接手驾驶,而驾驶员也必须立刻恢复驾驶 (下中图)。

 无论是以上哪种情况,为了使自动和手动驾驶能顺利切换,系统就必须“持续向驾驶员提示系统的情况”以及“ (为了能顺利移交驾驶任务) 把握驾驶员的情况”。此外,Level 3中一旦将驾驶交于系统进行,恢复手动驾驶的时间将比Level 2更久 (下右图)。



「人とクルマの協調」知能化(資料:トヨタ) 自動運転レベルにおける人とシステムの役割と課題(資料:トヨタ) 取組むべきHMIの課題(資料:トヨタ)
“人与车辆协调”的智能化 (资料:丰田) 自动驾驶Level中人与系统的作用和课题 (资料:丰田) 有待解决的HMI的课题 (资料:丰田)



利用驾驶模拟器开发用于自动驾驶车的HMI

 基于上述原因,丰田计划从“确保安全性”和“从驾驶中解放出来”这2个方面,确认系统和驾驶员的平衡点,并为了保持这一平衡,计划开发系统能激发驾驶员进行驾驶的HMI。其程序如题见下中图,导入尖端技术,例如,如果通过传感器可判断行驶在周围的其他车辆较少,驾驶员就可进入“放松”模式。然而,随着道路的复杂化,系统负责驾驶变得复杂的话,驾驶员就必须进入“专注”模式,进行驾驶。需要保持在该图划分的“平衡线”上方或右方 (网格线的部分为可接受范围),如果偏离这一范围,就会给予驾驶员刺激,使其清醒。

 为此,将开展研发,利用驾驶模拟器,通过最佳驾驶员监控、对驾驶员的信息提示 (HUD、MID (Multi Information Display) 等)、光指示器、语音等提高驾驶员的认知程度等。

 驾驶模拟器是利用影像和加减速发生装置等设备模拟汽车行驶的装置,对驾驶意识水平低下 (瞌睡、发呆)、对危险的忽视 (走神、未确认安全等) 等状态下驾驶员的驾驶可能性进行分析,开发出可有效减少事故的预防安全技术。2007年,在东富士研究所设置了当时全球最高水平的驾驶模拟器。



トヨタが目指すHMI(資料:トヨタ) 先進技術を駆使してシステムとドライバーが互いに協調(資料:トヨタ) ドライビングシミュレーターによる人とクルマの協調の開発(資料:トヨタ)
丰田计划实现的HMI (资料:丰田) 利用先进技术使系统和驾驶员相互协调 (资料:丰田) 利用驾驶模拟器开发人与车辆的协调技术 (资料:丰田)



丰田开发中的HMI案例 (上右图)

HUD  上右图中的HUD除了车速,还能显示方向盘和双手的标志,用于要求驾驶员进行驾驶。
MID  Multi Information Display的简写。简洁明了地传达车辆信息。例如,向驾驶员传达周围车辆、设定的最高时速、当前时速、“接下来要变道”等信息。
提高认知水平  开发出用光提示器和语音敦促驾驶员进行驾驶的系统。
资料:丰田公告 2014.9.5/2017.1.5



“网联”的智能化

 2016年4月,丰田与微软公司共同在美国成立了新公司“Toyota Connected:TC公司”,新公司将集约和充分利用车辆收集的大数据。TC公司的作用涉及大数据商品开发的应用等广泛领域。还将与人工智能的研究机构—Toyota Research Institute紧密合作。

 在自动驾驶领域方面,所有车辆都将连接云服务器,进行各种道路交通信息的互通。今后,以动态地图基础企划株式会社为中心开展制作的高速和汽车专用道路的立体地图、以及丰田远程通讯车辆收集的“T探针交通信息”也将通过大容量通信系统发送至自动驾驶车。

 此外,在预见性较差的路口等单靠车载系统较难实现自动驾驶的情况下,还将充分利用丰田2015年秋季在日本国内启动的联网协调型安全系统 (车辆间 (V2V) 和车路间 (V2I) 通信)。截至2017年2月,已成为普锐斯、Majesta、Royal/Athlete、雷克萨斯RX的选配。

 此外,2016年4月,美国丰田宣布与密歇根大学共同在美国密歇根州东南部和Ann Arbor市区启动V2V/V2I的道路试验。将利用Dedicated Short Range Communication (DSRC)。原先V2V/V2I的道路试验存在配套通信设备的车辆不足的问题,后丰田要求其员工和家人也进行参与,计划达成5,000辆的试验车辆。据悉,这一计划符合美国交通部在全美开展V2V/V2I配套车的方针。

  (注) V2V:Vehicle-to-vehicle、V2I:Vehicle-to-infrastructure



Toyota Connectedの設立(写真:トヨタ) 「つながる」知能化のイメージ図(写真:トヨタ) 「つながる」知能化~交差点での車車間通信(写真:トヨタ)
Toyota Connected的成立 (图片:丰田) “网联”智能化的示意图 (图片:丰田) “网联”智能化~路口的车辆间通信 (图片:丰田)

关键词

丰田、自动驾驶、Toyota Research Institute、1兆英里的可靠度

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