汽车安全技术及今后发展方向

2018年日本汽车工程学会春季大会论坛

2018/07/26

概要

 2018年日本汽车工程学会春季大会 (2018年5月23日) 举行了汽车安全技术及今后发展方向 (Future direction of automobile safety technology) 的论坛。该论坛的目的在于促进关于提高汽车安全性综合措施的研究和从被动安全到主动安全技术、以及向自动驾驶车辆的商业化过渡的各种问题的对话和认识。

 论坛的流程如下。本报告将介绍各演讲的内容概要。

致辞   高山 晋一 日本汽车研究所/
交通安全部门委员会委员长
演讲 政府在提高汽车安全方面做的努力 永岛 典明 日本国土交通省
汽车行业的安全技术发展情况 高桥 信彦 日本汽车工业协会
碰撞安全性能的现状与未来发展方向 上地 幸一 株式会社本田技术研究所
预防安全性能的现状与未来发展方向 高桥 浩幸 丰田汽车株式会社
自动驾驶安全方面的发展 北岛 创 日本汽车研究所
自动驾驶车的利用:soft mobility 小栗 幸夫 千叶商科大学
分组讨论 主持人 槙 彻雄 东京都市大学/
碰撞生物力学部门委员会委员长

 

相关报告:
WCX18: SAE World Congress Experience - 自动驾驶技术 (2018年5月)
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2018年消费电子展 (CES):自动驾驶与HMI的技术展示 (2018年2月)
自动驾驶技术:日美欧整车厂的开发情况 (2017年12月)
NCAP (新车评价规程) 的概要及趋势 (2017年12月)

 



政府在提高汽车安全方面做的努力 (日本国土交通省)

 日本国土交通省的永岛典明就国土交通省在车辆安全对策方面实施的举措进行演讲。他表示,2009年曾超过9,000人的交通事故死亡人数到2017年减少至3,694人,期间日本国土交通省推行的举措包括先进安全汽车(ASV)的开发、利用新车评价规程使安全性能市场化、随后通过扩大加强安全标准等普及车辆安全。(Fig.1)

日本国土交通省 车辆安全对策的推行体系 先进安全汽车(ASV)的开发
驾驶员异常情况应对系统

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

 ASV (Advanced Safety Vehicle) 的开发目前正处于第6阶段(2016~2020年)的“推进实现自动驾驶的ASV”,其核心是开发检测到驾驶员无法安全驾驶的情况下能自动安全停下车辆的系统。(Fig.2)

 新车评价规程近年来在预防安全性能中新增了对夜间可视性评价以及误踩油门踏板时控制加速功能的评价。在车辆安全标准的制定方面,根据交通政策审议会汽车分会报告书等逐步加强和扩大了车辆安全标准,目前正致力于自动驾驶的标准制定。由于死亡事故的97%由“驾驶员违反交通规则”引起,因此通过自动驾驶的实际应用,有望大幅减少因驾驶员的问题引起的事故。

 日本政府在开发自动驾驶车的目标方面提出,到2020年,新车的自动制动器配套率达到90%以上,同年实现高速公路带条件限制的自动驾驶(3级)与限定地区的无人自动驾驶移动服务(4级),还计划到2025年实现高速公路完全自动驾驶(4级)。

 为了应对自动驾驶,日本国土交通省内部成立了自动驾驶战略本部。(2016年12月)战略本部主要围绕以下3大方面开展部署。
1)完善实现自动驾驶的环境
2)开发、普及和促进自动驾驶技术
3)开展实现自动驾驶的路试和社会实践

 

完善实现自动驾驶的环境

 在完善实现自动驾驶的环境方面,永岛典明就车辆相关安全标准的制定、制度完善以及完善实现自动驾驶的制度和环境进行了说明。

 车辆安全标准方面,日本政府参与联合国等开展的国际标准研讨,推进乘用车自动制动系统标准和网络安全对策的研讨(Fig.3),计划在今年夏季总结出3级及以上自动驾驶车安全性指南。还将探讨针对自动驾驶技术的检测手法,在夏季以前进行中期总结。

自动驾驶相关国际车辆安全标准的制定 自动驾驶车导入运输业务的相关探讨

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

 自动驾驶的制度和环境方面,正探讨针对自动驾驶的伤害赔偿责任归属问题。还计划探讨自动驾驶车应用至运输业务时的安全性和便利性(计划今年夏季开展;Fig.4),总结从业人员需要对应事项的指南(2018年内)。还包括自动驾驶用高精度3D数字地图(动态地图)等的有效完善、针对其他领域应用的标准类的制定等(2018年探讨整合至基础地图信息的方法)。

 

开发、普及和促进自动驾驶技术

 在开发、普及和促进自动驾驶技术方面,介绍了具备自动制动系统等安全驾驶辅助功能的“安全驾驶辅助车(Safety Support Car S)”的普及启发和导入促进、自动制动系统性能评估和公开(2018年度起)等车辆技术、开发和实施具备驾驶控制和操作辅助功能的除雪车路试(2018年度)、以及利用高速公路的并道部分等信息提供自动驾驶辅助等道路与车辆的协作技术。

 

开展实现自动驾驶的路试和社会实践

 对移动服务的提升以及物流生产效率的提升相关内容进行了说明。移动服务的提升方面,目前正计划开展的项目包括:1名远程监控/操作人员负责多辆车的自动驾驶技术的验证(最后一公里自动驾驶)、以人口密度稀疏地区的“道之驿(类似于高速公路服务区)”等为基地构建自动驾驶服务商业模式的试验、新城区公共交通服务导入自动驾驶的路试、在机场内采用接驳巴士等在机场地面辅助业务中引进自动驾驶测的路试。

 



汽车行业的安全技术发展情况 (日本汽车工业协会)

 接下来是日本汽车工业协会安全环境委员会安全分会的高桥信彦介绍了汽车行业在安全技术方面的发展情况。

 日本汽车工业协会安全分会认为未来有待解决的问题主要是以下3个方面。
1)安全性能与环境性能的平衡
2)老龄驾驶员的安全
3)预防安全与碰撞安全的综合方案

 

安全与环境的平衡

 从全世界来看,日本的汽车保有量每1万辆的死亡人数非常低,在172个国家中排名第160名。CO2排放量也在发达国家中处于排放量较低的水平,可以说平衡做的非常好。但是,从日本国内来看,每年死于交通事故的人数达3,694人(2017年),政府提出到2020年减少至2,500人以下,还需要减少32%。

 从环境来看,所有CO2排放量中,运输相关占23%,其中汽车最多。2015年运输部门CO2排放量相比2001年减少17%,但相对于全球变暖对策计划的2030年目标—163百万吨,2015年达217百万吨,超过了25%。要减少CO2排放量,技术取得进步的同时,减重的效果更为显著。但是以欧洲为例,2001年起削减排放量,但汽车整备质量增加100kg以上。日本的汽车整备质量也与欧洲一样持续增加,2001年起的增长量接近100kg。

 今后要进一步提高燃效、削减CO2排放量,电动化与车辆的轻量化两者不可或缺。但同时,现实是改善汽车安全性能的对策抵消了相当一部分通过降低车身面板厚度、改良材料等实现的轻量化。

 

老龄化

 日本与其他发达国家相比,老龄化程度更严峻,因此无法借鉴其他国家的高龄人群事故对策的先例。今后10年,随着习惯于机动化的高龄人群增加,65岁以上人口占总人口的比重将比目前增加近10%。

 日本汽车工业协会正开展老年驾驶员的认知、判断力、操作力、发生事故时的反应能力等相关研究。截至目前的研究表明:高龄人群经常无法在紧急时刻及时踩下刹车;不同驾驶风格下忽略信号灯、逆行等违反交通规则的行为越来越多;人与人之间的差别较大,很难根据高龄人群特有的驾驶特征提供驾驶辅助技术,等。

 

预防安全与碰撞安全的综合方案

 近5年内大幅增加的预防安全技术是减轻碰撞伤害制动系统(AEBS),配套率从原先的1%扩大至66%。这得益于传感技术的进步,使其配套变得更容易。预防安全技术的发展有先后顺序,今后继AEBS之后,预计还会出现AEBS与行人的联动、甚至与自行车的联动、与红外线摄像头的联动以检测夜间行人等方案。

 目前的碰撞安全技术除了鲁莽驾驶以外,覆盖频率最高的碰撞速度范围,AEBS等预防安全配置未来有望覆盖几乎所有碰撞速度范围。

 

总结

  • 安全性能与环境性能的平衡要在今后达成各自的目标,需要思考合理的方案。
  • 日本的老龄化进程是全世界发展最快的,对于汽车行业来说,将面临没有先例可参考的挑战。
  • 对于“安全性能与环境性能的平衡”与“高龄人群的安全”两者而言,预防安全技术均有效。基于实现Vision Zero (交通事故零死伤的愿景) 的观点,希望能提出预防安全和碰撞安全的综合方案。

 



碰撞安全性能的现状与未来发展方向 (本田)

 本田技术研究所的上地幸一关于碰撞安全技术进行了演讲。

 上地幸一对日本的交通事故统计变化进行了说明。交通事故死亡自1993年起大幅减少,但2009年起其减少的速度有所放缓。他指出,尽管安全带的佩戴率已经超过90%,死亡人数中,未佩戴安全带的仍占据半数(Fig.5),因此需要进一步提高安全带的佩戴率。

交通事故死亡人数(左轴)与安全带佩戴率(右轴) Euro NCAP 路线图

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

 接着,上地幸一又分析了JNCAP增加的碰撞测试模式及相应的死亡人数变化。还对降低交通事故前、事故中、事故后的交通事故死亡人数的技术发展进行说明,并介绍Euro NCAP的下一轮实施计划(Road Map)以自动紧急制动系统(AEB)为主。(Fig.6)

 此外,作为主动安全与被动安全的协作,还通过数据分析道,如果针对行人的AEB能将碰撞速度降低20km/h,与车身的行人碰撞保护方案相结合,死伤人数将从目前的38,577人减少至12,232人,死亡人数能从1,382人大幅减少至230人。(Fig.7)

主动安全与被动安全的协作
推算针对行人的AEB将碰撞速度降低20km/h时产生的效果
美国乘用车交通事故分析
自动驾驶可预防的事故占49%

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

 根据自动驾驶的开发情况,预计自动驾驶正式投放市场要到2025年,传统车完全替换为自动驾驶车预计要到2055年,因此自动驾驶车与传统车还将长期共存。此外,上地幸一还提到,自动驾驶车可预防碰撞的碰撞模式并没有覆盖目前所有的死亡事故场景(Fig.8),他表示,自动驾驶车的普及有望减少重大事故,但只要与传统车继续共存,依然有发生重大事故的可能性。

 关于高龄人群的问题,他指出,在日本,交通事故死亡人数的近70%为高龄人群,尤其是行人死亡事故中,高龄人群的比重非常高。此外,高龄人群遭受撞击时,骨骼组织最脆弱,其他肌肉和内脏等的强度也在下降,因此迫切需要采取安全相关措施。

 此外,他还谈及大型车对小型车的碰撞问题,除了要提高小型车抵抗事故的保护性能以外,降低大型车伤害性也是非常重要的。

 

总结

  • 过去的碰撞安全对策效果显著,但减少死伤人数的速度逐年下降。
  • 自动驾驶技术有望减少碰撞事故的发生,但其进步以及普及需要一定时间。
  • 传统车与自动驾驶车共存的状态下,事故不会减少到零(即使是完全自动驾驶车)。
  • 死亡事故对策目前最需要的是高龄人群对策,分别对预防安全和碰撞安全提出更高的技术要求。

 



预防安全性能的现状与未来发展方向 (丰田)

 丰田汽车的高桥浩幸围绕预防安全技术进行了演讲。(Fig.9)

丰田 综合安全理念 丰田 预防安全系统的导入情况

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

预防安全的现状

 高桥浩幸首先针对预防安全的现状,对常见的事故形态进行了说明。从状态来看,数量较多的依次是行走时、乘坐汽车时、乘坐摩托车时;从类别来看,数量较多的依次是正面碰撞等、横穿马路时、车辆通过路口时迎头碰撞。死亡事故中,数量较多的是横穿马路的行人事故、偏离车道等正面碰撞等事故。分析其中的行人事故,会发现横穿马路的行人占70%、夜间行人事故占70%,占据大多数。

 基于此,丰田引进的预防安全系统能应对追尾及行人事故(毫米波雷达、立体摄像头)、偏离车道事故(车道偏离警示系统)。分别是预防碰撞安全系统(PCS)与车道偏离警示系统(LDA) (Fig.10)。关于预防安全系统,法规已要求必须配套电子车身稳定控制系统(ESC)。AEB与LDA要求必须为大型车等配套。

 新车评价规程目前以应对数量较多的追尾事故、行人事故、偏离车道事故的系统为主实施评价。AEB的性能在纳入评价规程后,躲避碰撞的速度骤然加快,2017年几乎所有车型都在试验的上限速度50km/h中达成了碰撞的躲避。(Fig.11)

从AEB评价结果可看出碰撞躲避性能的提升 PCS减少追尾事故的效果

出处:论坛资料Y5《汽车的安全技术与未来发展方向》

 

 接下来探讨的是PCS对正常驾驶的干渉,如果比一般的制动时机更早启动自动制动系统,就会干涉驾驶员的操作,因此对正常驾驶时驾驶员在接近前方车辆时踩下刹车的时机进行调查,根据其结果得出制动时机下限(3σ准则)在1.6秒左右的结论,并应用至系统中。

 关于LDA对正常驾驶的干渉,丰田对驾驶员一般在车道内哪个横向位置行驶进行调查,并将行驶横向位置分布的99%作为正常范围,反馈至系统。

 此外,丰田对PCS等安全辅助技术的预防追尾事故效果按配套和不配套系统进行比较,其结果显示,根据配套系统的不同,可减少50%至90%的追尾事故。(Fig.12)

 

预防安全未来发展方向

 截至目前的预防安全系统应对的是汽车追尾事故,尚未能应对的事故形态中,死亡人数较多的是正面碰撞、车辆通过路口时迎头碰撞和侧面碰撞,今后的预防安全系统预计将逐渐解决这些碰撞课题。

 此外,今后的新车评价规程除了2020年起的AEB以外,还计划对Automatic Emergency Steering等路口事故和正面碰撞预防系统进行评价,还考虑对V2X进行评价。凭借V2X,针对不易在路口注意到的危险,通过通信引起注意的功能如果得到普及,将有助于进一步减少事故的发生。

 正如刚才上地幸一先生在行人对策中所指出的那样,针对预防安全系统无法避让的碰撞,通过与碰撞安全系统协作,有助于进一步减轻伤害。

 目前正在发展的自动驾驶技术是考虑到潜在风险的自立驾驶系统,也就是希望未来能实现“防御型驾驶”。

 

总结

  • 以事故数据中较多的追尾事故、行人事故、偏离车道事故为主开发系统,并正在扩大配套和普及。新车评价规程也实施几乎相同的性能评价,并正在扩大评价的形式。
  • 预防安全系统在驾驶时接近危险状态时启动,因此不能干涉正常的驾驶(不能轻率地提前启动系统)。目前最多能减少90%的追尾事故。
  • 目前尚未能应对的正面碰撞、车辆通过路口时迎头碰撞今后有待解决新车评价规程也计划扩大相同的性能评价。
  • 作为自动驾驶系统避让困难事故的对策,未来系统或利用通信与碰撞安全系统协作,或进一步预测危险后进行驾驶。

 



自动驾驶安全方面的发展 (日本汽车研究所)

 以下介绍日本汽车研究所北岛创的演讲内容。各机构都计划在公路上实施自动驾驶车的路试,2016年日本警察厅发布了认可试验车辆在公路上安全行驶的指南,其中提到了用于确认路试资质的试验机构之一—日本汽车研究所(JARI)。

 但是,指南中没有刊登确认资质的具体内容,因此为了确认车辆是否能安全地在公路上行驶,需要制定具体的测试内容以及确认方法。作为确认车辆是否能安全行驶在公路上的预先测试服务内容,参考了公民取得驾照的过程。也就是说,试验车辆与测试驾驶员必须具备能在模拟驾校的试验设施通过技能考试评定的实力。

 预先测试的内容包括设想在驾校内单独行驶的基本等级、以及设想实际道路场景的应用等级。由此,确认系统在测试场安全行驶的性能、以及系统无法应对的情况以及紧急情况下驾驶员的应对能力。还具备特殊环境测试,用于确认雨天等恶劣天气下系统识别周围环境的性能。这些测试使用JARI的测试场与设备实施。

 进行预先测试的车辆条件是确保测试员紧急时刻的安全,因此必须具备解除自动驾驶的功能,且必须通过方向盘、刹车、油门、车门、自动驾驶结束按钮或危险警告灯中的任意一种操作进行解除。

 基本等级的试验课题的内容基于驾照考试实施标准,包括是否能以恰当的行驶轨迹和速度直行或转弯;是否能在临时停车线或红灯处停车;是否能遵守法律法规等。需要达到临时驾照合格等级。

 应用等级需要在实际道路的混合交通中,确认是否能在不妨碍其他车辆前进道路的情况下,安全顺畅地行驶。例如,在路口小转时,能否应对反向直行车辆和横穿马路的行人等。

 特殊环境测试用于确认是否能够在恶劣条件(下雨、夜间、雾天、逆光等)下正确识别白线、交通标志、信号灯、行人等。

 截至目前的测试中,既有系统能应对几乎所有场景的案例、系统无法应对的场景测试员成功适时介入的案例,也有系统无法应对的场景测试员也未能成功介入的案例等。系统与测试员均无法应对的场景需要在开展公路路试前提高安全性。

 最后,北岛创总结道,希望通过这些这些预先测试的结果,确认试验车辆在开展公路路试前能够安全地在测试场行驶。

 



凭借soft mobility实现的安全、舒适的交通与社区 (千叶商科大学)

 最后,千叶商科大学的小栗幸夫将原计划的演讲题目《自动驾驶车的应用:soft mobility》改为《凭借soft mobility实现的安全、舒适的交通与社区》进行了演讲。

 小栗幸夫首先介绍了在千叶商科大学的校区内开展的将车辆速度显示在外部的试验,介绍了在校区内这样一个低速行驶区域的良好反馈。他对soft mobility(多样化主体协调的适当速度行驶)这一理论进行了说明,并解释道,根据不同的地区(商业街、住宅区、公共设施用地等)采取适当的移动速度,并根据地区不同,移动工具也会发生变化。

 其次,小栗幸夫探讨了在特定地区或路线方面自动驾驶的应用潜力,并提出,适当的速度控制能大幅减少事故发生的可能性。

 他还强调,在日本无独立人行道的道路占多数的国情下(道路总长1,218,722km,其中无独立人行道的道路占据84.8%),包括近在眼前的老龄化社会等问题,soft mobility将是非常主要的应对措施。

 

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关键词
安全技术、碰撞安全、预防安全、安全、碰撞、安全支持汽车、ASV、自动驾驶、移动出行、新车评价、NCAP、主动安全、被动安全、丰田、本田

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