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安全,Waymo自动驾驶技术的底层逻辑

发布日期:2020-09-24

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[ 亿欧导读 ] 安全是Waymo的核心使命,将安全作为其自动驾驶的底层逻辑,才能构建出“经验*为丰富的的司机”。


作者:牛得汀EO,图片来自“特定授权”

Waymo从*开始就将安全作为其自动驾驶技术*重要的底层逻辑。

2020年美国拉斯维加斯举办CES国际电子消费展期间,Waymo宣布其自动驾驶车辆完成了两千万英里的行驶里程,在所有自动驾驶玩家中一骑绝尘。并且在已经行驶如此大量里程的情况下,仅发生的30多起交通事故中并没有重伤或死亡案例,且绝大部分都是由对方车辆导致的,Waymo的技术从未出现过任何失误。

Waymo在亚利桑那州的自动驾驶地区(2017)

上图为Waymo在2017年亚利桑那州的自动驾驶运营分布,其中深蓝色为已经运营的区域,浅蓝色为未来将拓展运营的区域。运营设计领域将确保车辆在特定条件下安全运行,包括地理位置、道路类型、速度范围、天气、一天中的时间,以及州和地方的交通法规等。

2018年11月,Waymo聘请黛比·赫斯曼(Deborah Hersman)担任**安全官,作为CSO,Deborah负责广泛的测试和开发计划中的现场和系统安全。她与Waymo的工程,产品和法律团队密切合作,监督Waymo的产品安全计划的设计和增强。

Deborah Hersman——Waymo**安全官

在加入Waymo之前,在2009年至2014年期间担任国家运输安全委员会主席,并在2014年至2019年期间担任美国国家安全委员会**执行官兼主席。

Waymo除了在管理者团队上体现出对安全的重视之外,*重要的则是Waymo的技术文化。

2017年,Waymo发布了一份自动驾驶安全报告,这也是Waymo官网至今仅有的一份官方报告。

Waymo安全报告

在这份长达43页的安全报告中,安全一词共出现了252次,阐述了其始终将安全作为其技术的底层逻辑。

系统安全计划

Waymo在早期就建立了其系统安全计划,从设计到测试,再到验证的每个环节都必须考虑安全问题。

因此Waymo自动驾驶汽车每一个单独的组成部分都经过了严格的测试,以确保所有的子系统在集成为一个完整的自动驾驶系统时能够安全运行。

Waymo的系统安全计划涉及五个不同的安全领域:行为安全、功能安全、碰撞安全、操作安全和非碰撞安全。每一方面都需要一系列测试方法的组合,综合起来,就能够对全自动驾驶汽车的安全性提供高度可靠的保证。

行为安全:行为安全是指车辆在道路上的驾驶决策和行为。Waymo将功能分析、仿真工具和道路驾驶结合起来,充分了解在运营设计领域面临的挑战,并制定满足安全要求的多管测试和验证过程。

功能安全:功能安全旨在确保车辆的安全运行,即使有系统故障或故障。这意味着必须构建备份系统和冗余来处理意外情况。例如,Waymo所有的自动驾驶车辆都配备了一台备用计算机,一旦主计算机出现故障,备用计算机就可以接管车辆,使车辆安全停止(即风险*小)。Waymo所有的自动驾驶车辆都有备用的转向系统和刹车系统,以及整个系统的多层冗余。

事故安全:碰撞安全性(crashability)指的是车辆通过各种措施保护车内乘客的能力,包括为车内人员提供保护的结构设计,以及座椅约束和安全气囊等减轻伤害或防止死亡的功能。

操作安全:这是指自动驾驶车辆和乘客之间的互动。在安全操作的前提下,确保消费者在自动驾驶汽车上有一个安全舒适的体验。

Non-Collision安全:为可能与车辆发生互动的人解决了人身安全问题。例如,电气系统或传感器系统可能会对乘员、车辆技术人员、测试驾驶员、急救人员或旁观者造成伤害,Waymo在这方面提供了相当可靠的保障。

为什么选择全自动驾驶方向?

目前国内外自动驾驶的一个争论点,就是L3自动驾驶技术,以此划分了目前自动驾驶的两条路线。如果回过头来看Waymo,就会发现Waymo也经历过两条路线的选择,*终确定了目前的全自动驾驶驾驶路线。

先进的驾驶员辅助技术是Waymo团队*先探索的技术之一。

早在2012年,Waymo的前身——谷歌无人驾驶项目团队开发并测试了一个L3自动驾驶系统,它可以在高速公路上的单车道上自动驾驶,但仍然需要司机在接到通知后立即接管。

是不是听着很耳熟?Waymo早在八年前就已经测试验证了自动驾驶L3技术,但目前能做到这一点的自动驾驶公司仍是****。

然而,Waymo的内部测试中,Waymo团队发现人类司机对该技术过于信任,没有足够仔细地监控道路,以便在需要时能够安全控制。随着驾驶员辅助功能变得越来越先进,驾驶员经常被要求在几秒钟内从乘客变成驾驶员,通常是在具有挑战性或复杂的情况下,车辆承担的任务越多,这个过渡阶段就越复杂和脆弱。

因此Waymo的全自动驾驶系统被设计成在无人驾驶的情况下运行,有能力使车辆在任何系统故障的情况下安全停车(即*低风险条件),不需要任何人类司机接管。

当然要实现这一点并不是一件容易的事,为了满足自动驾驶的复杂需求,Waymo开发了一组传感器综合系统,让自动驾驶汽车在白天和晚上都能看到360度,*远可以看到三个足球场远的地方。

Waymo传感器综合系统

这组传感器主要由激光雷达系统,视觉系统,雷达系统,附加传感器组成,其中*主要的是激光雷达系统。

这个多层传感器组件可以无缝地一起工作,绘制一个详细的三维世界图像,显示动态和静态对象,包括行人、骑自行车的人、其他车辆、交通灯、建筑物和其他道路特征。

通过这套传感器系统,Waymo的自动驾驶车辆可以实现感知,处理,预测,决策一个闭环的自动驾驶,实现真正意义上的全自动驾驶。

 后文将在技术层面对Waymo的安全继续展开讨论。

[ 亿欧导读 ] 在上篇基础上,本文将继续介绍Waymo自动驾驶车辆的冗余安全系统,网络安全及及“虚实结合的路测”。

作者:牛得汀EO,图片来自“特定授权”

冗余安全系统,实现安全的“*低风险条件”

对于L4级、L5级自动驾驶来说,车辆自动化程度已经高度发达,方向盘、制动踏板和加速踏板等设备都可能已取消,一旦车辆内部发生故障,完全没有人介入的可能性。那么在这种情况下该如何保证行驶安全和车内人员的安全?

首先,Waymo自动驾驶系统每秒钟可以进行数千次检查,以*大程度的降低故障发生率。其次,Waymo的每辆自动驾驶车辆都配备了一系列关键系统的冗余,如传感器、计算和制动。一旦自动驾驶车辆在行驶过程中遇到过于复杂的道路情况,技术无法处理,或者技术本身出现故障检查出故障,由于冗余安全关键系统的存在,Waymo自动驾驶车辆仍然能够安全停车。

 

Waymo的亢余安全关键系统

备用电源系统:每个关键驱动系统都有独立的电源。这些独立的电源确保车辆的关键驱动元件在单次电力故障或电路中断时保持在线。

备份制动:如果主制动系统失灵,将立即启动一个完整的辅助制动系统。任何一种制动系统都可以使车辆在另一种系统发生故障时安全停车。

备份碰撞检测和避免系统:多个备份系统(包括独立的避碰系统)不断地扫描车辆正前方和后方的道路,寻找行人、自行车和其他车辆等目标。这些冗余系统在主系统不检测或不响应车辆路径中的对象的情况下,会使车辆减速或停止。

备份转向:转向系统具有独立控制器和独立电源的冗余驱动电机系统。其中一个可以在另一个发生故障的情况下管理转向。

车辆定位冗余惯性测量系统:冗余惯性测量系统帮助车辆精确地跟踪其沿道路的运动。如果在任何一个系统中检测到故障,这两个系统就会互相交叉检查,并相互控制。

通过这套亢余安全关键系统,无论自动驾驶车辆内部发生何种故障,都能够实现*低风险条件,即在没有人干预的情况修下安全停车。

Waymo无人驾驶车辆的网络安全

Waymo在谷歌安全流程的基础上建立开发了一个强大的流程来识别、优化和减轻网络安全威胁。并通过NHTSA网络安全指南和汽车信息共享与分析中心(Auto-ISAC)汽车网络安全*佳实践等出版物获得信息。

为了协助开发未来的*佳安全实践计划,Waymo加入了Auto-ISAC,这是一个行业运作的倡议,旨在提高全球汽车行业的网络安全意识和合作。

此外,Waymo在汽车安全设计方面,例如:方向盘、刹车、控制器等都与外界隔绝。例如,决定车辆运动的安全关键计算和车上的3D地图都是屏蔽的,不受车辆的无线连接和系统的影响。

考虑到无线通信的安全性,Waymo的自动驾驶车辆并不依赖于固定的网络连接来安全运行。在已拓展的区域中,其他车辆和Waymo之间的所有通信(例如冗余蜂窝连接)都是加密的,包括Waymo的运营支持人员和乘客之间的通信。但可以通过车辆与Waymo运营中心进行沟通,以收集更多的路况信息。

从内到外的安全措施,充分保证了Waymo自动驾驶车辆的网络安全。

虚拟路测,塑造世界上*具有经验的司机

Waymo的自动驾驶是车辆除了在现实中进行路测之外,还在虚拟世界进行仿真测试,通过深度学习进一步掌握现实世界中的驾驶技能,正在成为*具有经验的司机。

在现实测试中,Waymo识别出在公共道路上遇到的*具挑战性的情况,并将它们转化为虚拟场景,供自动驾驶软件在模拟中进行实践。

Waymo的模拟器可以回放每个新软件版本中实际行驶的英里数,也可以构建全新的、真实的虚拟场景以供测试。

每天,多达2.5万辆虚拟的Waymo自动驾驶汽车在模拟环境中行驶多达800万英里(约合300万公里),改进旧的技术,测试新的操作方法,帮助它们在现实世界中安全驾驶。通过模拟仿真测试将一个现实世界的遭遇变成成千上万个练习和掌握技能的机会。

Waymo模拟仿真测试

Closed-Course(城堡)测试,进一步提高灵活应急能力

Waymo在加州建立了一个91英亩的私人封闭课程测试设施,专门为独特的测试需求而设计和建造。这座昵称为“城堡”的私人设施就像一座模拟城市,从高速公路到郊区车道,再到铁路道口,应有尽有。

Waymo通过这个和其他封闭课程的设施来验证新软件,然后将其发布到车队中,同时还可以设置具有挑战性或罕见的场景,以便在不寻常的情况下获得经验。在封闭课程中,能够进行成千上万的“结构化测试”,为学习和测试重建特定的场景。

“城堡”中突然窜出的好斗司机

为了给模拟器提供动力,Waymo在Castle开发了超过2万个模拟场景。每一个都模拟了一个想要模拟的驾驶场景,比如说一个好斗的司机冲出车道,或者一个行人突然从一辆停着的车里冒出来,而这往往可能需要花上几十万英里的车程才能在公共道路上遇到。

这种“结构化测试”是加速全自动驾驶技术进步的关键,并确保车辆在日常和具有挑战性的驾驶环境中的安全性。

结语

自动驾驶发展至今,已经历了洗牌期重归于冷静,反而是件好事。而2020年初始就已发生的一件接一件的“黑天鹅”,在这期间,正是潜心突破自动驾驶相关瓶颈技术的好时机,经历了寒冬之后,必然会迎来真正的春天。

但是对于自动驾驶而言,*重要的依然是安全。在这一点上,不妨将已经走过了十个年头的Waymo作为看清自身的一面镜子。

来源:亿欧 | 作者:牛得汀EO



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