當(dāng)對特斯拉自動(dòng)駕駛和大眾智能駕駛輔助的接管請求未作出響應(yīng)時(shí)的車輛行為評估

最近小明師兄在梳理智能駕駛系統(tǒng)L2及L3系統(tǒng)接管相關(guān)的技術(shù)，發(fā)現(xiàn)一份不錯(cuò)的論文，翻譯給大家，一起來學(xué)習(xí)一下，論文原作者 Maximilian Bauderab*, Daniel Paulaac, Tibor Kubjatkoc, Hans-Georg Schweigera 。

摘要：在這項(xiàng)工作中，使用特斯拉 Model 3 和大眾 ID.4 進(jìn)行了駕駛測試。在測試期間，車輛由 SAE L2級智能駕駛系統(tǒng)（特斯拉自動(dòng)駕駛儀和大眾旅行輔助）控制。該研究旨在調(diào)查當(dāng)車輛處于非關(guān)鍵駕駛情況時(shí)，駕駛員對接管請求未作出反應(yīng)時(shí)車輛的行為。

目的是從純粹的技術(shù)角度明確這是否會(huì)導(dǎo)致事故，以及是否仍有改進(jìn)的空間。結(jié)果表明，駕駛員對接管請求未作出反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)啟動(dòng)制動(dòng)減速，這可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)交通發(fā)生追尾碰撞。此外，如果駕駛員未能作為后備措施采取行動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生二次事故。通過改進(jìn)適用的聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) R79，為這種情況指定減速度值，可以減少這種情況。此外，通過更早地減速并向周圍環(huán)境發(fā)出警告，可以降低事故風(fēng)險(xiǎn)。為此，還建議使用駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)，以便系統(tǒng)做出情境決策。實(shí)施所提出的措施可以在使用這些系統(tǒng)時(shí)顯著提高道路安全。

1. 引言

為進(jìn)一步提高道路安全，歐盟法規(guī)（EU）2019/2144將從2022年7月起強(qiáng)制要求在歐洲新認(rèn)證的乘用車配備眾多與安全相關(guān)的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）[1,2]。除了這些標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)外，汽車制造商還提供“主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)”作為可選配置，旨在減輕駕駛員的駕駛?cè)蝿?wù)[3]。該系統(tǒng)是一個(gè)SAE二級ADAS[4]，特斯拉將其作為自動(dòng)駕駛儀進(jìn)行銷售[5]，大眾則將其稱為旅行輔助[6]。

當(dāng)駕駛員激活該系統(tǒng)時(shí)，在系統(tǒng)限制范圍內(nèi)，它可以在一定時(shí)間內(nèi)接管車輛的橫向和縱向控制。該系統(tǒng)通過連接多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)巡航控制（ACC）和車道居中輔助（LCA）系統(tǒng)。根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)法規(guī)第79號（R79）[7]，LCA系統(tǒng)是B1類自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能，可使車輛保持在車道中心。盡管SAE二級系統(tǒng)已激活且車輛暫時(shí)以自動(dòng)模式行駛，但它仍然只是一個(gè)駕駛輔助系統(tǒng)。這意味著駕駛員始終對車輛控制負(fù)責(zé)，并且必須能夠立即接管車輛控制，這是根據(jù)《維也納道路交通公約》第8條第1款、第5款和第13條第1款的修訂進(jìn)行的法規(guī)要求[8]。例如，如果ADAS出現(xiàn)故障或達(dá)到系統(tǒng)限制，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。在[9-13]中，開發(fā)了各種方法和途徑，以確定在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或過載時(shí)車輛應(yīng)如何表現(xiàn)，以確保乘員和環(huán)境的安全?？紤]到ISO 26262[14]和ISO 21448[15]的ADAS安全概念要求在出現(xiàn)危急情況時(shí)，車輛應(yīng)使自身進(jìn)入安全狀態(tài)[16,17]。通過將駕駛?cè)蝿?wù)交給駕駛員（作為ADAS的主要后備級別）或使車輛停車可以實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)[18]。直接處理市場上SAE二級系統(tǒng)在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)期間行為的研究很少。

文獻(xiàn)綜述發(fā)現(xiàn)了三項(xiàng)通常涉及ADAS限制的研究[19-21]。這些研究的共同點(diǎn)是它們都是理論研究，例如對手冊的分析[20]。在[22]中找到了對特斯拉自動(dòng)駕駛儀和大眾旅行輔助在鄉(xiāng)村道路上的調(diào)查。在此確定，由于R79規(guī)定的允許最大橫向加速度為3m/s2，在半徑≤370m的彎道中，由于達(dá)到系統(tǒng)限制，有可能離開行車道。除此之外，R79對SAE二級系統(tǒng)獲得型式認(rèn)證還有進(jìn)一步的要求。因此，如果系統(tǒng)在其限制范圍內(nèi)，駕駛員可以在長達(dá)15秒的時(shí)間內(nèi)將手從方向盤上移開，直到他必須通過視覺提示，通過短暫觸摸方向盤來確認(rèn)他立即接管的能力。如果駕駛員不遵守視覺要求以確認(rèn)在場，最多30秒后，他也應(yīng)通過聲音要求再次將手放在方向盤上。如果駕駛員仍然不觸摸方向盤，車輛應(yīng)在聲音警告信號發(fā)出后最遲30秒自動(dòng)停用該系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)應(yīng)使用至少持續(xù)五秒的聲音警報(bào)信號通知駕駛員系統(tǒng)已停用。該法規(guī)未描述系統(tǒng)停用后車輛應(yīng)如何繼續(xù)表現(xiàn)（例如，啟動(dòng)制動(dòng)減速、在車道內(nèi)對齊）。因此，R79允許SAE二級系統(tǒng)在長達(dá)1分鐘的時(shí)間內(nèi)對車輛進(jìn)行縱向和橫向控制，而無需駕駛員與車輛進(jìn)行交互。

文獻(xiàn)研究表明，尚未對當(dāng)前SAE二級系統(tǒng)在駕駛員對接管請求無反應(yīng)時(shí)車輛的行為進(jìn)行調(diào)查。因此，對于法醫(yī)事故分析而言，沒有可用于重建類似事故現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)。因此，本工作的目的是分析在非關(guān)鍵駕駛過程中，駕駛員對接管請求無反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)的行為。使用特斯拉自動(dòng)駕駛儀和大眾旅行輔助進(jìn)行了駕駛測試，以調(diào)查市場上SAE二級系統(tǒng)的系統(tǒng)行為。為此，分析和檢查了從SAE二級系統(tǒng)開始執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)到車輛停止期間車輛的行為。詳細(xì)地，將所調(diào)查車輛的不同警告概念相互比較，并討論可能導(dǎo)致的事故因果關(guān)系。此外，將車輛的警告概念與R79的要求進(jìn)行比較，并在事故分析和道路安全的背景下進(jìn)行討論，以確定進(jìn)一步的改進(jìn)需求。這種行為可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的駕駛情況并最終導(dǎo)致交通事故，德國阿沙芬堡的一起事故就是一個(gè)例子[23]。在這種情況下，一輛配備SAE二級系統(tǒng)的車輛在阿沙芬堡附近的一個(gè)城鎮(zhèn)高速駛?cè)?，并在城?zhèn)中心撞上一名婦女和她的小孩，導(dǎo)致他們死亡。車輛駕駛員事先中風(fēng)并失去行為能力。車輛保持其設(shè)定速度并自動(dòng)跟隨車道。

2. 測試設(shè)備與方法

測試設(shè)備與[22]中已詳細(xì)描述的研究類似地進(jìn)行測試，因此在此僅作簡要說明。使用與[22]中相同的車輛（特斯拉 Model 3 和大眾 ID.4）[24]對特斯拉自動(dòng)駕駛儀和大眾旅行輔助分別進(jìn)行了兩次測試運(yùn)行。車輛配備了多個(gè) GoPro Hero 8 以觀察車內(nèi)車輛的行為。此外，另一輛配備 GoPro Hero 8 的車輛跟在測試車輛后面，以確定與環(huán)境相關(guān)的行為。

與[22]中一樣，使用二維數(shù)據(jù)記錄儀確定速度和加速度。由于系統(tǒng)表現(xiàn)出確定性和可重復(fù)性的行為，因此無需進(jìn)行進(jìn)一步的測試。[22]的測試結(jié)果也被用于選擇合適的測試軌道。因此，測試在因戈?duì)柺┧馗浇囊粭l鄉(xiāng)村道路上進(jìn)行。道路路線中沒有半徑小于 370 米的彎道，以確保系統(tǒng)始終在其限制范圍內(nèi)運(yùn)行。每次測試運(yùn)行都在測試道路附近的停車場開始。在路線的起點(diǎn)和終點(diǎn)都安排了身穿高能見度背心的保安人員，通過無線電通知測試駕駛員在路線的相關(guān)路段可能有其他道路使用者。

3. 結(jié)果

表 1 描述了測試運(yùn)行期間車輛的行為。為每個(gè)動(dòng)作或系統(tǒng)行為的變化設(shè)置一個(gè)帶有數(shù)字的標(biāo)記，并在旁邊描述車輛的動(dòng)作。零代表相應(yīng)的 SAE L2 級系統(tǒng)的激活時(shí)間，因此標(biāo)志著系統(tǒng)接管駕駛?cè)蝿?wù)的時(shí)間。

表1：從系統(tǒng)啟動(dòng)到車輛停止，部分自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)的順序和動(dòng)作。

兩輛車的第一個(gè)動(dòng)作（1）都是通過車輛各自的顯示屏向駕駛員發(fā)出潛在的視覺警告。系統(tǒng)的第二個(gè)動(dòng)作（2）也類似，特斯拉 Model 3 發(fā)出單一的聲音警告，大眾 ID.4 向駕駛員發(fā)出重復(fù)的潛在警告音。此外，大眾 ID.4 通過在屏幕上顯示紅色方向盤符號來強(qiáng)化視覺警告。從第三個(gè)動(dòng)作（3）開始，兩輛車都開始減速，這還導(dǎo)致車輛剎車燈亮起。特斯拉 Model 3 還通過在顯示屏上顯示一個(gè)大的紅色方向盤來發(fā)出強(qiáng)烈的視覺警告。

此外，來自（2）的聲音警告開始作為重復(fù)的聲音響起。這是大眾 ID.4 的不同之處，它不再發(fā)出視覺警告，而是增加了聲音警告的強(qiáng)度。在第四步（4），兩輛車都啟動(dòng)危險(xiǎn)警示燈。此外，特斯拉的自動(dòng)駕駛功能大大增加了制動(dòng)減速。特斯拉在第五步中停下來。停車時(shí)，危險(xiǎn)警示燈以及對駕駛員的聲音和視覺警告都被關(guān)閉。此外，發(fā)出一個(gè)聲音表示FSD系統(tǒng)已退出。盡管停下來了，但車輛仍處于 D 檔。從第五步開始，大眾 ID.4 的行為有所不同，通過短暫地強(qiáng)烈減速并拉緊安全帶向駕駛員發(fā)出額外的觸覺警告。在第六步，車輛開始鳴笛，進(jìn)一步加強(qiáng)聲音警告。這一操作一直持續(xù)到車輛停下來（7）。停車后，車輛進(jìn)入 P 檔并停止聲音警告。危險(xiǎn)警示燈保持亮起。

圖1：大眾ID.4和特斯拉Model 3的加速度-時(shí)間和速度-時(shí)間歷程對比

*圖中的數(shù)字在表1中進(jìn)行了解釋

圖1和圖2展示了車輛動(dòng)作的時(shí)間和位置分配。用黑色描述了大眾ID.4測試行駛的時(shí)間和位置順序。用綠色表示特斯拉Model 3的情況。

圖1中的時(shí)間曲線顯示，兩輛車在13秒后都進(jìn)入第一階段。這意味著兩輛車都符合R79標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最多在15秒后給出視覺警告。第二步的時(shí)間不同。大眾ID.4在18秒后開始發(fā)出聲音警告，而特斯拉Model 3在25秒后才開始。根據(jù)R79，最遲應(yīng)在30秒后發(fā)出聲音警告，并發(fā)出紅色光學(xué)警告信號。兩輛車都及時(shí)實(shí)施了聲音警告。然而，關(guān)于特斯拉有兩個(gè)偏差。首先，在30秒后，沒有紅色光學(xué)警告，也沒有持續(xù)的聲音警告信號。特斯拉在35秒后才通過第三步實(shí)施這一措施。另一方面，大眾在29秒后進(jìn)行第三步。由于車輛只有在第三步之后才開始減速，所以到這一步為止的步驟可以總結(jié)為一個(gè)持續(xù)行駛階段，向駕駛員發(fā)出潛在的視覺和聲音警告信號。此外，駕駛員對車輛接管請求的無反應(yīng)尚未對環(huán)境可見。

從第三階段開始，剎車燈的激活向后面的道路使用者表明車輛正在減速，盡管他們不清楚減速的原因。圖1中的加速度曲線顯示了出現(xiàn)的減速度的強(qiáng)度。特斯拉一開始的減速度為1m/s2，并在第四階段急劇增加到最大6m/s2。此外，可以看到，在危險(xiǎn)警示燈激活后，僅過了2秒就達(dá)到了完全減速。大眾ID.4一開始的減速度比特斯拉略大，在第四步增加到大約2m/s2，并在車輛停止前再次略微下降。在大約37秒后，可以看到一個(gè)由于觸覺制動(dòng)脈沖而產(chǎn)生的短暫異常值。最后，兩輛車在剛剛超過45秒后都停下來，因此再次符合R79標(biāo)準(zhǔn)。除了持續(xù)行駛階段，測試序列的第二部分可以總結(jié)為減速階段。在這個(gè)階段，車輛向駕駛員發(fā)出更強(qiáng)的視覺、聲音以及觸覺警告信號。當(dāng)剎車燈亮起時(shí)，以及最遲在危險(xiǎn)警示燈激活時(shí)，環(huán)境也會(huì)被警告車輛處于不正常狀態(tài)。

然而，大眾ID.4在34秒后才出現(xiàn)這種情況，特斯拉Model 3在43秒后才出現(xiàn)。在這一點(diǎn)之前，環(huán)境很難看出是系統(tǒng)在控制車輛，并且在緊急情況下駕駛員可能無法監(jiān)控系統(tǒng)并接管駕駛?cè)蝿?wù)。

圖2：大眾ID.4和特斯拉Model 3的加速度-距離曲線和速度-距離曲線對比圖中的數(shù)字在表1中進(jìn)行了解釋考慮到圖2，所描述的時(shí)間順序可以對應(yīng)于車輛行駛的距離。然而，必須注意的是，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，速度以及因此行駛的距離可能與這種表示有所偏差。在德國鄉(xiāng)村道路上以100公里/小時(shí)的允許速度行駛時(shí)，對于ID.4來說，持續(xù)行駛階段持續(xù)790米。在900米后，通過使用危險(xiǎn)警示燈，環(huán)境也會(huì)意識到出現(xiàn)問題。對于特斯拉Model 3來說，持續(xù)行駛階段持續(xù)的時(shí)間甚至更長，行駛了960米。在大約1145米后激活危險(xiǎn)警示燈。車輛在再行駛32米后停止并達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)。因此，在沒有駕駛員干預(yù)的情況下，車輛行駛了1177米。由于較早開始減速，ID.4在達(dá)到靜止?fàn)顟B(tài)之前行駛了1045米。

4. 討論

基于這些結(jié)果，本研究旨在討論SAE L 2級系統(tǒng)行為的事故因果關(guān)系。為此，考慮了在本研究中確定的持續(xù)行駛階段和減速階段，并討論了對車輛乘員及其環(huán)境的影響。對于持續(xù)行駛階段，可以確定車輛在大約30秒及更長時(shí)間內(nèi)繼續(xù)以駕駛員先前設(shè)定的速度行駛。假設(shè)駕駛員作為后備級別失效，這會(huì)導(dǎo)致車輛在碰撞情況下出現(xiàn)一個(gè)沒有動(dòng)能消散的盲區(qū)階段。如[22]所示，當(dāng)系統(tǒng)過載或與弱勢道路使用者發(fā)生碰撞時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致事故。后者是關(guān)鍵的，因?yàn)樵谶@個(gè)階段，環(huán)境無法識別駕駛員在30秒內(nèi)沒有響應(yīng)接管請求。這只是由于對接管請求無反應(yīng)而導(dǎo)致事故的間接原因，因?yàn)閷?dǎo)致事故的不是無反應(yīng)，而是系統(tǒng)可能未受監(jiān)督的過載。由此產(chǎn)生的正面碰撞可能會(huì)因車輛離開車道而對車輛乘員及其環(huán)境造成嚴(yán)重后果。

另一方面，在第二階段，車輛已經(jīng)從系統(tǒng)中斷開動(dòng)能，這可以顯著降低碰撞的嚴(yán)重程度。由于這個(gè)階段較短且速度被消散，由于轉(zhuǎn)彎半徑過小而導(dǎo)致的車道偏離不太可能發(fā)生。此外，一旦危險(xiǎn)警示燈被激活，其他道路使用者或弱勢群體可以檢測到車輛的危險(xiǎn)，這也降低了事故的可能性。

然而，由ADAS啟動(dòng)的制動(dòng)過程強(qiáng)度，制動(dòng)減速度約為6m/s2，必須進(jìn)行批判性地看待。根據(jù)路面情況，緊急制動(dòng)時(shí)通常會(huì)達(dá)到8至10m/s2范圍內(nèi)的最大制動(dòng)減速度值[25]。因此，6m/s2對應(yīng)于系統(tǒng)啟動(dòng)的強(qiáng)制動(dòng)減速度，并且明顯高于適度的與交通相關(guān)的行車制動(dòng)，最大約為4m/s2[25]。由于在特斯拉Model 3的情況下，危險(xiǎn)警示燈僅在達(dá)到最大減速度前2秒被激活，所以可以合理地假設(shè)后面的車輛可能會(huì)對此感到驚訝，并且可能會(huì)發(fā)生追尾碰撞。對于這種類型的事故，如果對接管請求無反應(yīng)，系統(tǒng)反應(yīng)的設(shè)計(jì)將是事故的原因。應(yīng)該討論在R79中設(shè)置最大減速度是否有意義以避免這種情況。相反，也應(yīng)該討論設(shè)置最小減速度以盡快使車輛停止。

5. 結(jié)論

結(jié)果表明，兩個(gè)制造商使用不同的警告概念和減速度強(qiáng)度來實(shí)施聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)R79標(biāo)準(zhǔn)。特別是在第二減速階段，這被確定為在這種情況下車輛行為的兩個(gè)不同順序階段之一，可以觀察到這些差異。

由于在對接管請求無反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)的行為而導(dǎo)致的事故因果關(guān)系只能通過車輛可能的強(qiáng)力制動(dòng)來確定。如果駕駛員在系統(tǒng)達(dá)到限制時(shí)沒有反應(yīng)，其他可能的事故是次要影響。然而，這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故，就像在阿沙芬堡發(fā)生的那樣。因此，建議進(jìn)一步明確R79標(biāo)準(zhǔn)以在使用這些系統(tǒng)時(shí)提高道路安全。

作者普遍認(rèn)為在持續(xù)行駛階段有很大的改進(jìn)必要。例如，在15秒后沒有確認(rèn)駕駛員在場的情況下盡早開始減速將是可取的，以便在發(fā)生事故時(shí)從系統(tǒng)中取出動(dòng)能。較早的減速通常也會(huì)縮短在沒有駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)的情況下可能行駛的時(shí)間和距離。此外，從這一點(diǎn)開始，應(yīng)該讓環(huán)境清楚地知道沒有響應(yīng)接管請求，以避免與其他（弱勢）道路使用者發(fā)生事故。

此外，可靠的駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）可以檢測駕駛員對接管請求無反應(yīng)的原因，使車輛能夠采取適應(yīng)情況的行動(dòng)。這樣，可以確定駕駛員是主動(dòng)避免接管請求但仍可以作為后備級別行動(dòng)，還是由于各種原因不能作為后備級別行動(dòng)。在這種應(yīng)用中使用駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)可以對車輛的行為產(chǎn)生積極影響。為此，下一代系統(tǒng)應(yīng)與ADAS積極合作，正如德國全德汽車俱樂部所建議的那樣[26]。在向環(huán)境傳達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)方面也看到了進(jìn)一步的改進(jìn)需求。例如，在15秒后首次對接管請求無反應(yīng)后，也應(yīng)該向環(huán)境發(fā)出警告。在重建此類事件時(shí)，使用自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)（DSSAD）可以進(jìn)一步提供支持，它可以毫無疑問地澄清車輛引導(dǎo)的問題，就像在阿沙芬堡的案例中一樣。

最后，應(yīng)該再次指出，由于當(dāng)前的法律情況，從法律角度來看，所研究的系統(tǒng)不能成為事故的原因。本文中的實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)基于僅具有特定軟件狀態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)。因此，本研究的結(jié)果不能推廣到所有SAE二級系統(tǒng)，因?yàn)檐浖顟B(tài)以及因此系統(tǒng)的行為可以隨時(shí)改變。盡管如此，這些結(jié)果旨在鼓勵(lì)對系統(tǒng)和R79進(jìn)行改進(jìn)，以使系統(tǒng)在交通中的使用更加安全。

參考論文? [1] European Parliament and Council, Verordnung (EU) 2019/2144 des Europ?ischen Parlaments und des Rates vom 27. November 2019 über
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Einheiten für diese Fahrzeuge im Hinblick auf ihre allgemeine Sicherheit und den Schutz der Fahrzeuginsassen und von ungeschützten
Verkehrsteilnehmern, zur ?nderung der Verordnung (EU) 2018/858 des Europ?ischen Parlaments und des Rates und zur Aufhebung der
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