提升自動(dòng)駕駛汽車安全性任重道遠(yuǎn)

文／周青

在標(biāo)準(zhǔn)工況下讓自動(dòng)駕駛汽車跑起來，已經(jīng)很難了。如果要在不常見的碰撞工況下實(shí)現(xiàn)保護(hù)，那就更加任重道遠(yuǎn)。

自動(dòng)駕駛汽車技術(shù)發(fā)展如火如荼，其安全性備受關(guān)注。我們不僅要關(guān)注正常行駛工況下的安全性，也要關(guān)注非正常工況下的安全性，比如汽車碰撞等小概率事件。我們團(tuán)隊(duì)主要致力于研究汽車在危險(xiǎn)狀態(tài)下的安全性。

近年來，汽車安全性提高很快，但是否已經(jīng)滿足了我們的安全需求呢？我認(rèn)為，在很多情況下都是不滿足的。

現(xiàn)在的汽車還未完全實(shí)現(xiàn)針對(duì)真實(shí)道路事故工況的保護(hù)。汽車安全設(shè)計(jì)都是針對(duì)指定工況開展的，不可能涵蓋所有工況。如果實(shí)際的事故工況偏離實(shí)驗(yàn)室工況較大，那么，偏離得越多，可能保護(hù)效果越差。我們也沒有實(shí)現(xiàn)針對(duì)中國的事故工況和中國人體型的保護(hù)。在中國，汽車進(jìn)入家庭不到20年的時(shí)間，汽車行業(yè)的很多技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)基本都是直接沿用汽車發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)，并沒有針對(duì)中國人的體型、中國的實(shí)際工況來設(shè)計(jì)。而且，無論是國內(nèi)還是國外，也還沒有考慮未來可能發(fā)生什么風(fēng)險(xiǎn)場景、造成什么樣的事故。

圖1 交通參與者與事故工況的多樣性

我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際發(fā)生的交通和事故工況是非常復(fù)雜的。

首先，人員復(fù)雜。比如，目前所有的碰撞保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)都不是針對(duì)老年人的，而我們正在面臨社會(huì)人口的快速老齡化。20多年前我開始研究老年人的碰撞損傷容限，我們知道老年人損傷容限低，但是我們不知道低多少，我的研究給出了量化結(jié)果；再比如，最近二三十年里美國人體重增加很多，使得非標(biāo)準(zhǔn)體重人群比例增加，而汽車碰撞安全性是按照標(biāo)準(zhǔn)體重、標(biāo)準(zhǔn)身材設(shè)計(jì)的。

其次，工況復(fù)雜。過去十幾年中，我們做人車碰撞、汽車與自行車碰撞研究，但中國近年來又出現(xiàn)了很多電動(dòng)兩輪車，出現(xiàn)了很多不一樣的工況，更別說人車混行、老年代步車以及未來可能發(fā)生的新型事故工況了。

著眼未來，智能汽車時(shí)代如何考量自動(dòng)駕駛汽車的安全性？

根據(jù)世衛(wèi)組織的報(bào)告，全世界的交通事故要造成每年大約130萬人的死亡，其中90%以上的事故成因是由人造成的。我們對(duì)未來充滿期待，很多人認(rèn)為自動(dòng)駕駛普及后，由電腦開車，把人類司機(jī)從系統(tǒng)里去除，交通事故風(fēng)險(xiǎn)就能降低90%。但事實(shí)并不如此，自動(dòng)駕駛汽車無非是把犯錯(cuò)誤的主體從人變成電腦了。誰見過不犯錯(cuò)誤的電腦？誰見過沒有漏洞的軟件？微軟的操作系統(tǒng)，持續(xù)改進(jìn)升級(jí)二三十年了，還在不斷打補(bǔ)丁呢！

我們姑且先來看看未來智能交通環(huán)境下車輛動(dòng)力學(xué)響應(yīng)與控制的邊界，就知道這事兒有多難。如果出現(xiàn)緊急或危險(xiǎn)情況，自動(dòng)駕駛汽車對(duì)行車環(huán)境的感知、對(duì)信息的融合以及通訊都需要時(shí)間，作出預(yù)判和決策也需要時(shí)間，然后到執(zhí)行層面對(duì)車輛進(jìn)行控制以及車輛的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)還需要時(shí)間，而在緊急危險(xiǎn)情況下這個(gè)反應(yīng)時(shí)間只有幾秒鐘。再加上傳感器失誤、通信延遲、軟件漏洞、機(jī)械故障等，這些工況不常見，但在所難免，應(yīng)對(duì)不當(dāng)?shù)脑捑涂赡馨l(fā)生事故。事實(shí)上，目前每年約130萬人的交通事故死亡，相對(duì)巨大的出行里程，就是小概率事件。正是汽車的主動(dòng)安全和被動(dòng)安全技術(shù)水平，才保證了減少意外，并在意外發(fā)生時(shí)減少傷亡。

圖2 一體化智能安全體系下不同階段的預(yù)防和保護(hù)

所以，如果給未來自動(dòng)駕駛汽車設(shè)定一個(gè)最低的安全性目標(biāo)，就至少要達(dá)到人類司機(jī)的平均水平，確保發(fā)生交通事故的概率不高于目前的水平。

假設(shè)目前的自動(dòng)駕駛車輛的安全性是四五十分的水平，而我們傳統(tǒng)的汽車碰撞安全保護(hù)技術(shù)只能從95分提升至99分（還剩1分就是我們承受的交通事故傷亡）。這就要求我們兩條腿走路，給傳統(tǒng)的碰撞安全保護(hù)加大難度，讓它下沉到90分，能把90分的汽車安全性水平提高到99分，這就是所謂的智能碰撞保護(hù)，成為自動(dòng)駕駛車輛上路的最終安全保障，努力涵蓋所有危險(xiǎn)工況、不常見的工況。當(dāng)然，這也是很具挑戰(zhàn)性的研發(fā)課題。

因此，我們需要啟動(dòng)主被動(dòng)的碰撞協(xié)同保護(hù)，即預(yù)碰撞保護(hù)機(jī)制。所有的保護(hù)裝置可以在碰撞發(fā)生前預(yù)啟動(dòng)，這是因?yàn)橐呀?jīng)知道乘員的身高、體重等信息，對(duì)一兩秒后要發(fā)生的碰撞形態(tài)和強(qiáng)度大致也可以做出預(yù)判，從而提供有針對(duì)性的一體化的碰撞保護(hù)，比如調(diào)節(jié)約束系統(tǒng)安全帶的力、移動(dòng)座椅等。

預(yù)碰撞保護(hù)系統(tǒng)，也叫自適應(yīng)碰撞保護(hù)，我們已經(jīng)研究了10年。目前有一個(gè)科技部支持的、與歐洲19家單位合作的研究項(xiàng)目，兩年后結(jié)題。該課題的核心任務(wù)，首先是要根據(jù)現(xiàn)在的交通事故形態(tài)推演未來可能會(huì)具有什么樣的事故形態(tài)；然后，基于碰撞預(yù)判，在發(fā)生碰撞時(shí)要把載荷比較均衡地施加在乘員身上，而且約束載荷是針對(duì)預(yù)判的事故工況和乘員狀態(tài)配置過的，以此來降低事故損傷。這樣一個(gè)未來的智能碰撞保護(hù)體系可以兼顧人的駕乘舒適性和碰撞安全保護(hù)。

我們團(tuán)隊(duì)最近的一個(gè)研究成果表明，實(shí)際碰撞的固有風(fēng)險(xiǎn)包括碰撞強(qiáng)度、乘員坐姿等，還有乘員約束系統(tǒng)引起的非固有風(fēng)險(xiǎn)。未來自動(dòng)駕駛時(shí)代，我們爭取把非固有風(fēng)險(xiǎn)降到最低。如果未來的智能汽車有很多是單座車的話，座椅隨乘員意愿有更靈活多樣的調(diào)整空間，乘員約束系統(tǒng)也有很大的改善空間，我們把約束裝置搭載在座椅上，還可以針對(duì)中國人的體型特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。

總而言之，在標(biāo)準(zhǔn)工況下讓自動(dòng)駕駛汽車跑起來，已經(jīng)很難了。如果要在不常見的碰撞工況下實(shí)現(xiàn)保護(hù)，那就更加任重道遠(yuǎn)。