丰田的自动驾驶:“Guardian”和“Chauffeur”两条路径

在CES 2018上发布移动出行工具“e-Palette”和自动驾驶实验车“Platform 3.0”

2018/03/19

概要

自动驾驶EV移动出行工具 “e-Palette”
 (参展CES 2018)

   本报告以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在2018年1月召开的第10届Automotive World研讨会上发表的题为《丰田描绘的自动驾驶存在方式以及今后课题》的演讲、2017年9月公布的《丰田自动驾驶白皮书》及在CES 2018上的发言为基础,介绍丰田自动驾驶开发方面的概要。

   丰田目前正通过名为“Guardian(高级安全驾驶辅助)”和“Chauffeur(自动驾驶)”的两条路径开发自动驾驶技术。“Guardian”是高级驾驶辅助系统,监控车内外环境,在紧急情况下可向驾驶员发出警告或介入驾驶。虽说是高级驾驶辅助系统,但是与高级自动驾驶“Chauffeur”一样,属于搭载了硬件及软件、高度AI的丰田自主构思。
  “Chauffeur”的原理是自动驾驶系统负责驾驶,目标是达到SAE标准的5级完全自动驾驶或者4级带条件的自动驾驶。
  相比Chauffeur,Guardian的应用时间更早、范围更广,能够在现在而非未来降低碰撞伤害、拯救更多的生命。早在2017年10月上市的新款Lexus LS上就搭载了自动驾驶相关高级驾驶辅助技术“Lexus Safety System + A”,Guardian将进一步开发高级安全技术,并依次为各车型配套。
   此外,Chauffeur还具备作为安全保障的Guardian功能。

  在CES 2018上,丰田发布了通过Chauffeur自动驾驶进行控制的移动出行服务专用下一代EV“e-Palette Concept”。计划在2020年东京奥运会上提供搭载了其部分功能的车辆。
   在CES 2018上,丰田还发布了全新自动驾驶实验车“Platform 3.0”。利用4个高分辨率LiDAR,可识别车辆周围360度200米以内的物体。性能提升的传感器收纳在紧凑车顶罩内。

  目前,丰田同时开发个人车主和移动服务自动驾驶。类似“e-Palette”的移动服务车辆将由Chauffeur进行控制。个人车主方面,目标是进化为2级、3级水平,未来达到完全自动驾驶。

  根据自动驾驶白皮书中的《丰田自动驾驶车开发路径》所述,丰田目前在自动驾驶技术开发方面处于业界顶级水平,但同时也非常慎重,除了“自动驾驶车的性能”,丰田还考虑到了“驾驶员的能力”和“驾驶的困难度”。在报告结尾部分,还刊登了丰田自动驾驶开发的特点。

自动驾驶技术的开发路线

水平 概要
(2017年)
Lexus CoDrive
Lv2 高级驾驶辅助系统。通过与驾驶员意图一致的转向辅助控制,在弯道较多的机动车道上连续提供驾驶辅助。
(2020年左右)
Highway Teammate
Lv2~ 机动车道上的自动驾驶。以单一的行驶方向、简单的道路形状为对象
(202X年)
Urban Teammate
Lv2~Lv4 机动车道上的完全自动驾驶。
一般道路上的自动驾驶。有很多岔路口、交通信号灯、交通标志、行人、摩托车。
(20XX年) Lv5 所有道路上的完全自动驾驶。

资料:丰田

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 (下):挑战“1兆英里的可靠度” (2017年3月)
2017年东京车展:丰田丰富多彩的展示 (2017年11月)



丰田的自动驾驶:“Guardian”和“Chauffeur”两条路径

  丰田的自动驾驶是基于丰田独特的思考方式——人与汽车组成团队展开协作、对“更好的汽车制造”做出贡献、提高安全性而开展的。计划2020年上市的丰田首款“自动驾驶车”也叫做“Highway Teammate”。丰田正通过“Guardian(高级安全驾驶辅助)”和“Chauffeur(自动驾驶)”两条路径开发自动驾驶技术。

<Guardian(高级安全驾驶辅助)>
  Guardian主要以个人车主为对象,虽然是人在手动驾驶,但是就好像还有一个驾驶员那样,Guardian(守护者)在旁边守护,仅在必要时提供辅助或介入驾驶。相比Chauffeur,Guardian的应用时间更早、范围更广,通过将各个阶段的新技术投入使用,对提高安全性做出贡献。也有人说“是系统在保护人?还是人在监视系统?”,但Guardian选择了第3个选项,追求两者的协同效果。也就是说,丰田通过这种方式正在开发前所未有的新技术。
  虽说是高级驾驶辅助系统,但是与完全自动驾驶“Chauffeur”一样,属于搭载了硬件及软件、高度AI的独特自主技术。两种模式的不同在于,Guardian只在必要情况下启动,而Chauffeur在驾驶过程中则一直处于运行状态。
  达到最高级别的Guardian的理念是,不论驾驶员有无错误操作,都要让人工驾驶的车辆绝不会发生碰撞,此外,为了避免大部分由于其他车辆及其他原因导致的碰撞,Guardian还可以启动车辆介入驾驶。
  丰田计划到2020年东京奥运会时,通过演示行驶介绍Guardian的功能。
  此外,丰田为了消除用户对于自动驾驶的恐惧心理,注重车辆与人的情感结合。其理念是融合技术与人,提高用户体验。在2020年东京奥运会举行之际,丰田还将介绍车辆如何“感受”人的情绪、身体姿势、视线等。

<Chauffeur(自动驾驶)>
  Chauffeur的意思是“专职司机”,就如同有专职司机进行驾驶一样,Chauffeur是自动驾驶系统进行驾驶,主要由系统承担驾驶职责,驾驶员可解放部分或全部驾驶责任。目标是实现SAE标准的5级完全自动驾驶或者4级带条件的自动驾驶。
  丰田在CES 2018上展出了利用Chauffeur进行控制的e-Palette。Chauffeur配套车型的需求就是类似现在e-Palette的移动出行服务(MaaS)。丰田将以e-Palette为中心推进开发Chauffeur的技术。

<Chauffeur具备Guardian功能>
  此外,虽然Guardian和Chauffeur是根据各自明确的概念推进开发的,但是两者都以相似的认知、预测、计划技术为基础。Guardian的硬件和软件还是Chauffeur的基石。例如,e-Palette通过Chauffeur进行控制,还具备作为安全保障的Guardian功能。
  另外,Guardian搭载的AI通过收集来自车辆及驾驶员的数据、利用云平台共享信息及知识,变得越来越聪明。通过这种方式构建的Guardian的能力成为实现Chauffeur的一大助力。

新款LS配套的安全技术“Lexus Safety System + A”

  Guardian通过吸收各个阶段的最新技术,对车辆的安全作出贡献。2017年10月发售的Lexus LS配套了名为“Lexus Safety System + A”的高级驾驶辅助技术。

・自动驾驶相关高级驾驶辅助技术Lexus CoDrive:具备雷达巡航控制、车道追踪辅助(LTA)、车道变更辅助(LCA)3项功能,在高速公路及机动车道上实现转向辅助和车道变更驾驶辅助,大幅降低驾驶员的驾驶负担。
<车道追踪辅助 (LTA)>
  除了通过摄像头检测车道,还利用前方车辆的行驶轨迹进行追踪,在发生交通堵塞时也可持续提供辅助。根据导航信息,在车辆行驶前方有弯道且进入速度较快等必要场合下,还将自动减速。
<车道变更辅助 (LCA)>
  以驾驶员的方向指示杆操作为信号,监控周围道路环境,在最恰当的时机进行转向、加速及减速,提供车道变更辅助。

・主动转向回避辅助系统:在预碰撞安全中,如果判断为有很大可能性碰撞到车道内的行人等,将发出警示、进行制动,并自动实施转向控制,辅助回避碰撞或降低损伤程度。

・驾驶员异常时停车辅助系统(LTA联动型):在车道追踪辅助操作过程中,如果驾驶员长时间处于无操作的状态,将通过警示灯及喇叭向车外通报异常情况,同时还将自动减速停车。停车后,将通过车门解锁和自动连接求救网站发出求救申请。

 

主动转向回避辅助系统的示意图
 (资料:丰田)
LTA和LCA的动作示意图 (Lexus CoDrive) 
(资料:丰田)
驾驶员异常时停车辅助系统(LTA联动型)
 (资料:丰田)

 



在CES 2018上发布移动出行服务专用EV“e-Palette”

  丰田在CES 2018上展出了移动出行服务(Mobility as a Service: MaaS)专用下一代纯电动车(EV)“e-Palette Concept”。e-Palette Concept活用了电动化、车联网、自动驾驶技术。可应对移动出行、物流、销售产品等各种服务,提供支撑人类生活的“全新移动出行方式”。
  e-Palette通过Chauffeur模式的自动驾驶进行控制。此外,还可根据各合作伙伴企业的希望搭载各公司特有的自动驾驶软件。不论在哪种情况下,e-Palette均具备作为安全保障的Guardian功能。
  e-Palette反映了丰田对“Autono-MaaS”业务的愿景,电动化技术、依靠丰田车联网的移动出行服务平台(MSPF)、依靠Toyota Research Institute(TRI)的自动驾驶技术都是丰田今后将要推进的移动服务中非常重要的构成要素。


<MaaS对自动驾驶发展做出贡献>
  为了提高自动驾驶核心技术,必须获得自动驾驶技术配套车型的大量行驶数据。但是,自动驾驶车的价格较高,销量不可能快速增加。此外,个人车主车辆的利用率较低,所以能提供的数据也比较少。
  但是MaaS的用户可负担初期产生的费用,而且使用率也较高,所以有可能收集到大量数据。通过推广MaaS,将能够把自动驾驶的优点及早向社会普及。

 

<支撑业务的移动出行服务平台 (MSPF)>
  为了推进构建可实现运用了e-Palette Concept的全新移动车型服务的MSPF,亚马逊(Amazon.com, Inc.)、滴滴出行(Didi Chuxing)、必胜客(Pizza Hut, LLC)、优步(Uber Technologies, Inc.)作为丰田的联盟合作伙伴参与该项目,滴滴出行、马自达、优步则是其技术合作伙伴。合作伙伴企业将从企划阶段开始参与项目,同时丰田还计划听取合作伙伴的需求推进示范项目。
  车载DCM(数据通信模块)收集到的车辆信息通过全球通信平台存储至TOYOTA Big Data Center(TBDC)。根据这些车辆信息,将同时提供车辆出租及保险等各种金融服务、与经销店合作的高级车辆维修等服务。此外,丰田还将在MSPF上公开用于车辆状态及动态管理等对服务业人员来说必不可少的API(Application Programming Interface),使其能够灵活运用于移动出行服务。
  今后,丰田计划在21世纪20年代初期在以美国为首的各个地区实施可行性测试,同时,还将在2020年将搭载了“ e-Palette”部分功能的车辆作为东京奥运会的移动出行工具,促进奥运会的圆满举行。

多种规格的e-Palette Concept,有长4m~7m的3种尺寸车型。
 (参展CES 2018)
车辆控制界面揭示自动驾驶原理
(资料:丰田)

 



在CES 2018上发布自动驾驶实验车“Platform 3.0”

  Toyota Research Institute(TRI)在CES 2018上展出了下一代自动驾驶实验车“Platform 3.0”。
  TRI在2017年3月至2018年1月期间发布了3款自动驾驶实验车,反映了研发的快速进展。TRI目前正在加速开发自动驾驶技术。

“Platform 2.0”:
  2017年3月发布。属于2013年发布的“Platform 1.0”的改良版,集成了截至目前的所有开发成果,还是首款完全由TRI开发的实验车辆。基于Lexus LS 600hL开发。目前由于还设想了在无高精度地图信息的地区实施自动驾驶的情况,所以为了能够构建不过度依赖高精度地图的系统,扩充了LiDAR、雷达、摄像头等的传感器能力。

“Platform 2.1”:
・2017年9月发布。反映了TRI的深度学习成果,能够更加准确地识别道路状况和障碍物,并预测自动驾驶车将要行驶的正确、安全线路。
・配套美国Luminar生产的LiDAR。可测定比此前更长的距离,还可调整视野,所以能够在最需要识别的方向获得高密度点群数据。
・驾驶席和副驾驶席均采用drive-by-wire(线控)转向和踏板类结构(名为双驾驶舱控制布局)。将研究在困难驾驶环境下,如何安全高效地切换依靠驾驶员的驾驶和依靠自动驾驶系统的驾驶。此外,还将对系统学习老司机驾驶技术或教经验较少的新手司机驾驶技术的机械学习算法的开发做出贡献。
・能够在1辆实验车上实施Chauffeur和Guardian两种模式的试验。两种模式计划配套相同的传感器、摄像头等。

“Platform 3.0”:
・参展2018年1月召开的CES。为了将自动驾驶实验车的能力提高至全新水平,灵活运用丰田的工程及设计能力,创造了可在功能和造型2个方面成为标杆的新实验车。基于Lexus LS600hL(上代车型)开发。
・Luminar生产的LiDAR可以检测200m处的物体。此前的TRI测试车的LiDAR仅能覆盖前方视野,但Platform 3.0配套的LiDAR可通过4个高分辨率LiDAR识别周围360度环境。并且,能够准确检测含暗色物体在内的不易用眼睛看到的物体。此外,还配备4个短距离LiDAR,可检测小孩及道路障碍物等较低、较小的对象物体。今后,如有新突破性技术,也将吸收采纳。
・获得CALTY Design Research(美国丰田的设计基地)的协助,将传感器及摄像头类产品进行集约、小型化,并收纳至车顶罩(参看图片)内。一直以来自动驾驶实验车必不可少的旋转型LiDAR的外形也替换为可收纳于该车顶罩内的设计。
・一直以来自动驾驶实验车用计算机和相关零部件都占据几乎所有后备箱空间,但是在该车型中收纳至小箱子内。
・2018年春季开始生产“Platform 3.0”车辆。由于今后还将在短期内进行更新,所以产量较少。
・将生产部分双驾驶舱控制布局的车型,用于Guardian模式的测试。Chauffeur模式的测试将通过一般的单驾驶室实验车进行。

下一代自动驾驶实验车 Platform 3.0
(参展CES 2018)
2017年9月发布的自动驾驶实验车 Platform 2.1
 (资料:丰田)
2017年3月发布的自动驾驶实验车 Platform 2.0
 (资料:丰田)

 

<丰田相比其他竞争公司具备的优势>
  对实现完全自动驾驶来说,数十亿km的行驶实验是必不可少的,但是从物理学角度来看这是不可能的。也有些企业称行驶了数百万km,但这不过是必需距离的一部分。
  与其他竞争企业相比,丰田的自动驾驶技术具有以下优势。
1)大量开发与其他公司相比覆盖范围更全面、距离更远的传感器和摄像头,提高了识别和预测能力。
2)实施模拟行驶以弥补实际行驶距离的不足。不仅是画面上的模拟,还将驾驶员的身体动作加入其中进行模拟。
3)未来的自动驾驶将由数据而非软件主导(AI从行驶数据中学习,会变得越来越聪明)。通过Toyota Connected,将把全球每年1,000万辆的产销规模替换为数据的规模,灵活运用数据可实现更优越的AI性能。





丰田自动驾驶车开发路径 (摘自2017年9月发布的《自动驾驶白皮书》)

  下面将介绍丰田自动驾驶开发路径的特点。

<automated和autonomous的定义>
  丰田认为automated和autonomous的区别在于:automated代表几乎不需要人进行控制的车辆的功能,autonomous是指可一直在该状态下进行驾驶的车辆。从这种区别来看,目前大多数自称“autonomous”的自动驾驶车,由于都是人在监控、负责,所以从真正的意义上来说不能称为“autonomous”。由于这关系到客户对自动驾驶车的期待及理解,所以谨慎使用这些专业用语很重要。

<自动驾驶技术的标准>
  SAE制定的0-5个阶段的级别在推进全球通用的讨论及制度时发挥着非常重要的作用。同时,丰田还提出了以下3点:
1)SAE标准给人的印象是:将能力与责任相关的多个侧面集约至0-5级的1个轴心上,自动驾驶技术在0-5阶段中不断升级、进化。事实上,整车厂和技术企业正在同时开发跨越多个级别的自动驾驶。
2)3级要求自动驾驶系统对驾驶状况的监控负全责,并且在紧急情况下能为驾驶员恢复手动操作提供充足的时间。这与驾驶员可以完全不负驾驶责任的4级同样属于困难课题。
3)SAE标准仅在4级和5级的区别中考虑到了交通状况、天气、偶遇工程现场等驾驶上的困难。但是事实上所有级别都应该考虑到这些条件。

<将驾驶员能力和驾驶环境的困难性纳入考虑范围>
  丰田在开发自动驾驶时非常慎重,同时将“自动驾驶车的性能”与“驾驶员的能力”、“驾驶的困难性”纳入考虑范围。驾驶员的驾驶能力并非固定的,经常会受疲劳、天气、交通状况影响。通常来说,驾驶员有能力预防碰撞,但当驾驶的困难度超出驾驶员的能力水平时,发生碰撞的危险性就会升高。

<什么程度的安全才算足够安全?>
  今后,伴随着技术的发展,Guardian的目标是成为就算驾驶员有疏忽等,也不会因自身原因发生碰撞的车辆。此外,Chauffeur的目标是成为即使没有驾驶员的管理和紧急应对也可以安全行驶的车辆。
  另一方面,驾驶环境很复杂,无论自动驾驶技术如何进步,完全不发生碰撞也是很困难的。因此,问题就变成了“什么程度的安全才能称为真正的安全?”,其答案与政府法规、责任风险、社会宽容度、技术可能性有关。Chauffeur的技术的安全度必须比社会允许的一般驾驶员更高。另一方面,Guardian的技术被社会接受的可能性更高,因为“它至少是无害的”。

 


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关键词
丰田、自动驾驶、Guardian、Chauffeur、e-Palette、Lexus Safety System + A

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