智能碰撞保护是自动驾驶车辆的最终安全保障

在标准工况下让自动驾驶汽车跑起来,已经很难了。如果要在不常见的碰撞工况下实现保护,那就更加任重道远。

自动驾驶汽车技术发展如火如荼,其安全性备受关注。我们不仅要关注正常行驶工况下的安全性,也要关注非正常工况下的安全性,比如汽车碰撞等小概率事件。我们团队主要致力于研究汽车在危险状态下的安全性。

近年来,汽车安全性提高很快,但是否已经满足了我们的安全需求呢?我认为,在很多情况下都是不满足的。未来我们应该在许可发生碰撞事故的情况下,让自动驾驶车辆能实现应用,使得大众能享受到自动驾驶的很多优点,同时由智能碰撞保护技术的提升来降低伤亡,补上其达不到目前人类司机平均安全水平的短板。

现在的汽车还未完全实现针对真实道路事故工况的保护。汽车安全设计都是针对指定工况开展的,不可能涵盖所有工况。如果实际的事故工况偏离实验室工况较大,那么,偏离得越多,可能保护效果越差。我们也没有实现针对中国的事故工况和中国人体型的保护。在中国,汽车进入家庭不到20年,汽车行业的很多技术规范和标准基本都是直接沿用汽车发达国家的标准,并没有针对中国人的体型、中国的实际工况来设计。而且,无论是国内还是国外,也还没有考虑未来可能发生什么风险场景、造成什么样的事故。

我们发现,实际发生的交通和事故工况是非常复杂的。

首先,人员复杂。比如,目前所有的碰撞保护标准都不是针对老年人的,而我们正在面临社会人口的快速老龄化。20多年前我开始研究老年人的碰撞损伤容限,我们知道老年人损伤容限低,但是我们不知道低多少,我的研究给出了量化结果;再比如,最近二三十年里美国人体重增加很多,使得非标准体重人群比例增加,而汽车碰撞安全性是按照标准体重、标准身材设计的。

其次,工况复杂。过去十几年中,我们做人车碰撞、汽车与自行车碰撞研究,但中国近年来又出现了很多电动两轮车,出现了很多不一样的工况,更别说人车混行、老年代步车以及未来可能发生的新型事故工况了。

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着眼未来,智能汽车时代如何考量自动驾驶汽车的安全性?

根据世卫组织的报告,全世界的交通事故要造成每年大约130万人的死亡,其中90%以上的事故成因是由人造成的。我们对未来充满期待,很多人认为自动驾驶普及后,由电脑开车,把人类司机从系统里去除,交通事故风险就能降低90%。但事实并不如此,自动驾驶汽车无非是把犯错误的主体从人变成电脑了。谁见过不犯错误的电脑?谁见过没有漏洞的软件?微软的操作系统,持续改进升级二三十年了,还在不断打补丁呢!

我们姑且先来看看未来智能交通环境下车辆动力学响应与控制的边界,就知道这事儿有多难。如果出现紧急或危险情况,自动驾驶汽车对行车环境的感知、对信息的融合以及通讯都需要时间,作出预判和决策也需要时间,然后到执行层面对车辆进行控制以及车辆的动力学响应还需要时间,而在紧急危险情况下这个反应时间只有几秒钟。再加上传感器失误、通信延迟、软件漏洞、机械故障等,这些工况不常见,但在所难免,一旦应对不当的话就可能发生事故。事实上,目前每年约130万人的交通事故死亡,相对巨大的出行里程,就是小概率事件。正是汽车的主动安全和被动安全技术水平,才保证了减少意外并在意外发生时减少伤亡。

所以,如果给未来自动驾驶汽车设定一个最低的安全性目标,就至少要达到人类司机的平均水平,确保发生交通事故的概率不高于目前的水平。

假设目前的自动驾驶车辆的安全性是四五十分的水平,经过大量研发投入后可达85—90分的水平,但还是达不到我们要求的95分的水平,怎么办?我们知道提升最后那几分通常很难,要等更长的时间。而我们传统的汽车碰撞安全保护技术只能从95分提升至99分(还剩1分就是我们承受的交通事故伤亡)。这就要求我们两条腿走路,给传统的碰撞安全保护加大难度,让它下沉到90分,能把90分的汽车安全性水平提高到99分,这就是所谓的智能碰撞保护,成为自动驾驶车辆上路的最终安全保障,努力涵盖所有危险工况、不常见的工况。当然,这也是很具挑战性的研发课题。

因此,我们需要启动主被动的碰撞协同保护,即预碰撞保护机制。所有的保护装置可以在碰撞发生前预启动,这是因为已经知道乘员的身高、体重等信息,对一两秒后要发生的碰撞形态和强度大致也可以作出预判,从而提供有针对性的一体化的碰撞保护,比如调节约束系统安全带的力、移动座椅等。

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预碰撞保护系统,也叫自适应碰撞保护,我们已经研究了10年。目前有一个科技部支持的、与欧洲19家单位合作的研究项目,两年后结题。该课题的核心任务,首先是要根据现在的交通事故形态推演未来可能会有什么样的事故形态;然后,基于碰撞预判,在发生碰撞时要把载荷比较均衡地施加在乘员身上,而且约束载荷是针对预判的事故工况和乘员状态配置过的,以此来降低事故损伤。这样一个未来的智能碰撞保护体系可以兼顾人的驾乘舒适性和碰撞安全保护。

我们团队最近的一个研究成果表明,实际碰撞的固有风险包括碰撞强度、乘员坐姿等,还有乘员约束系统引起的非固有风险。未来自动驾驶时代,我们争取把非固有风险降到最低。如果未来的智能汽车有很多是单座车的话,座椅随乘员意愿有更灵活多样的调整空间,乘员约束系统也有很大的改善空间,我们把约束装置搭载在座椅上,还可以针对中国人的体型特征进行设计。

总而言之,在标准工况下让自动驾驶汽车跑起来,已经很难了。如果要在不常见的碰撞工况下实现保护,那就更加任重道远。(作者:周青)

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