提升自動駕駛汽車安全性任重道遠

文／周青

在標準工況下讓自動駕駛汽車跑起來，已經很難了。如果要在不常見的碰撞工況下實現保護，那就更加任重道遠。

自動駕駛汽車技術發展如火如荼，其安全性備受關注。我們不僅要關注正常行駛工況下的安全性，也要關注非正常工況下的安全性，比如汽車碰撞等小概率事件。我們團隊主要致力于研究汽車在危險狀態下的安全性。

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

現在的汽車還未完全實現針對真實道路事故工況的保護。汽車安全設計都是針對指定工況開展的，不可能涵蓋所有工況。如果實際的事故工況偏離實驗室工況較大，那么，偏離得越多，可能保護效果越差。我們也沒有實現針對中國的事故工況和中國人體型的保護。在中國，汽車進入家庭不到20年的時間，汽車行業的很多技術規范和標準基本都是直接沿用汽車發達國家的標準，并沒有針對中國人的體型、中國的實際工況來設計。而且，無論是國內還是國外，也還沒有考慮未來可能發生什么風險場景、造成什么樣的事故。

圖1 交通參與者與事故工況的多樣性

我們發現，實際發生的交通和事故工況是非常復雜的。

首先，人員復雜。比如，目前所有的碰撞保護標準都不是針對老年人的，而我們正在面臨社會人口的快速老齡化。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果；再比如，最近二三十年里美國人體重增加很多，使得非標準體重人群比例增加，而汽車碰撞安全性是按照標準體重、標準身材設計的。

其次，工況復雜。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了很多電動兩輪車，出現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生的新型事故工況了。

著眼未來，智能汽車時代如何考量自動駕駛汽車的安全性？

根據世衛組織的報告，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。我們對未來充滿期待，很多人認為自動駕駛普及后，由電腦開車，把人類司機從系統里去除，交通事故風險就能降低90%。但事實并不如此，自動駕駛汽車無非是把犯錯誤的主體從人變成電腦了。誰見過不犯錯誤的電腦？誰見過沒有漏洞的軟件？微軟的操作系統，持續改進升級二三十年了，還在不斷打補丁呢！

我們姑且先來看看未來智能交通環境下車輛動力學響應與控制的邊界，就知道這事兒有多難。如果出現緊急或危險情況，自動駕駛汽車對行車環境的感知、對信息的融合以及通訊都需要時間，作出預判和決策也需要時間，然后到執行層面對車輛進行控制以及車輛的動力學響應還需要時間，而在緊急危險情況下這個反應時間只有幾秒鐘。再加上傳感器失誤、通信延遲、軟件漏洞、機械故障等，這些工況不常見，但在所難免，應對不當的話就可能發生事故。事實上，目前每年約130萬人的交通事故死亡，相對巨大的出行里程，就是小概率事件。正是汽車的主動安全和被動安全技術水平，才保證了減少意外，并在意外發生時減少傷亡。

圖2 一體化智能安全體系下不同階段的預防和保護

所以，如果給未來自動駕駛汽車設定一個最低的安全性目標，就至少要達到人類司機的平均水平，確保發生交通事故的概率不高于目前的水平。

假設目前的自動駕駛車輛的安全性是四五十分的水平，而我們傳統的汽車碰撞安全保護技術只能從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，給傳統的碰撞安全保護加大難度，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，成為自動駕駛車輛上路的最終安全保障，努力涵蓋所有危險工況、不常見的工況。當然，這也是很具挑戰性的研發課題。

因此，我們需要啟動主被動的碰撞協同保護，即預碰撞保護機制。所有的保護裝置可以在碰撞發生前預啟動，這是因為已經知道乘員的身高、體重等信息，對一兩秒后要發生的碰撞形態和強度大致也可以做出預判，從而提供有針對性的一體化的碰撞保護，比如調節約束系統安全帶的力、移動座椅等。

預碰撞保護系統，也叫自適應碰撞保護，我們已經研究了10年。目前有一個科技部支持的、與歐洲19家單位合作的研究項目，兩年后結題。該課題的核心任務，首先是要根據現在的交通事故形態推演未來可能會具有什么樣的事故形態；然后，基于碰撞預判，在發生碰撞時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預判的事故工況和乘員狀態配置過的，以此來降低事故損傷。這樣一個未來的智能碰撞保護體系可以兼顧人的駕乘舒適性和碰撞安全保護。

我們團隊最近的一個研究成果表明，實際碰撞的固有風險包括碰撞強度、乘員坐姿等，還有乘員約束系統引起的非固有風險。未來自動駕駛時代，我們爭取把非固有風險降到最低。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整空間，乘員約束系統也有很大的改善空間，我們把約束裝置搭載在座椅上，還可以針對中國人的體型特征進行設計。

總而言之，在標準工況下讓自動駕駛汽車跑起來，已經很難了。如果要在不常見的碰撞工況下實現保護，那就更加任重道遠。