康謀分享 | 特斯拉AD/ADAS緊急制動(dòng)安全分析案例

隨著自動(dòng)駕駛（AD）/高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）在車(chē)輛中的應(yīng)用日益廣泛，其引發(fā)的各類(lèi)事件分析成為關(guān)鍵問(wèn)題。本文聚焦特斯拉Autopilot的緊急制動(dòng)情況，借助IVEX打造的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)（Carvex）及安全分析平臺(tái)（Safety Analytics platform）展開(kāi)研究。

通過(guò)對(duì)超過(guò)15000公里行程、40TB數(shù)據(jù)中緊急制動(dòng)事件的剖析，發(fā)現(xiàn)Autopilot在面對(duì)超出操作設(shè)計(jì)域的場(chǎng)景時(shí)會(huì)解除自動(dòng)駕駛，導(dǎo)致駕駛員緊急制動(dòng)；同時(shí)還存在將正常情況誤判為風(fēng)險(xiǎn)而緊急制動(dòng)的現(xiàn)象，這些分析為深入了解AD/ADAS系統(tǒng)行為提供了參考。 

一、引言

在過(guò)去幾年里，AD/ ADAS組件在商用車(chē)和零售車(chē)輛中越來(lái)越受歡迎。這也帶來(lái)了一系列亟待解決的復(fù)雜問(wèn)題。比如一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題：如何從數(shù)千小時(shí)的駕駛數(shù)據(jù)（包括開(kāi)發(fā)階段和實(shí)際路測(cè)）中識(shí)別并理解由 AD/ADAS 行為觸發(fā)的各類(lèi)事件，如緊急制動(dòng)、急加速、低碰撞時(shí)間等。

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)Carvex集成了一套尖端傳感器陣列，搭載于特斯拉Model 3車(chē)型，主要用于采集駕駛數(shù)據(jù)以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。大部分?jǐn)?shù)據(jù)是在Autopilot（特斯拉的L2 ADAS系統(tǒng)）被激活時(shí)收集的。由于 Autopilot 是先進(jìn)的 ADAS 系統(tǒng)之一，我們特別關(guān)注其性能表現(xiàn)，尤其是誤觸發(fā)緊急制動(dòng)（false positive braking）這一ADAS領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的技術(shù)痛點(diǎn)。

起初，我們?cè)跈z查數(shù)據(jù)中的緊急制動(dòng)事件時(shí)也遇到了困難。Carvex 已經(jīng)收集了 15000 公里的駕駛數(shù)據(jù)。雖然與正常 ADAS 系統(tǒng)在部署前所需的測(cè)試?yán)锍滔啾龋@個(gè)數(shù)字還很小，但我們發(fā)現(xiàn)，如果沒(méi)有良好的輔助工具，識(shí)別和檢查緊急制動(dòng)事件并非易事。

本文將解析特斯拉的緊急制動(dòng)事件。

圖1：Carvex數(shù)據(jù)收集平臺(tái)

二、研究背景

Carvex以Model 3為載體，集成包含RTK GNSS、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多路相機(jī)的傳感器套件（其中艙內(nèi)相機(jī)用于監(jiān)測(cè)Autopilot狀態(tài)），所有數(shù)據(jù)由車(chē)載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄。系統(tǒng)采用全天候設(shè)計(jì)，確保惡劣天氣下的數(shù)據(jù)采集完整性。

在數(shù)據(jù)收集過(guò)程中，Autopilot 大部分時(shí)間處于開(kāi)啟狀態(tài)。Autopilot 主要由兩個(gè)部分組成：自適應(yīng)巡航控制和車(chē)道保持輔助。Autopilot 需要駕駛員主動(dòng)監(jiān)督，一旦遇到超出其操作設(shè)計(jì)域（ODD）的情況，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)并解除自動(dòng)駕駛。

目前Carvex累計(jì)行駛15,000公里，生成超過(guò)40TB數(shù)據(jù)，其中包含大量與Autopilot行為相關(guān)的關(guān)鍵事件。通過(guò)IVEX安全分析平臺(tái)，我們實(shí)現(xiàn)了：

（1）自動(dòng)識(shí)別駕駛?cè)罩局械?strong style="font-weight: bold !important;">異常事件

（2）關(guān)聯(lián)事件潛在誘因

（3）監(jiān)測(cè)Autopilot行為模式變化

本次研究聚焦減速度超過(guò)4.0 m/s2（13.12 ft/s2）的緊急制動(dòng)事件，包括Autopilot主動(dòng)觸發(fā)或系統(tǒng)退出后駕駛員介入兩種情況。這類(lèi)事件的研究?jī)r(jià)值在于：

（1）可能反映Autopilot超出ODD時(shí)的處置失效

（2）假陽(yáng)性緊急制動(dòng)可能導(dǎo)致追尾事故，存在安全隱患

三、Autopilot緊急制動(dòng)解析

Carvex 的傳感器數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)開(kāi)源自動(dòng)駕駛軟件阿波羅（Apollo）的感知模塊進(jìn)行離線處理。處理后的圖像等傳感器數(shù)據(jù)以及物體列表格式的感知輸出，隨后會(huì)被導(dǎo)入到IVEX安全分析平臺(tái)。

平臺(tái)能夠展示 AD/ADAS 車(chē)輛的所有相機(jī)視頻流。在這種情況下，我們選擇重點(diǎn)關(guān)注前置相機(jī)和艙內(nèi)相機(jī)的視頻流，以便能夠觀察到其他車(chē)輛與Autopilot的行為。

平臺(tái)支持多駕駛?cè)罩韭?lián)合檢索，并按參數(shù)分類(lèi)關(guān)鍵場(chǎng)景，可以通過(guò)"聚合視圖"功能篩選特定車(chē)速區(qū)間內(nèi)觸發(fā)的緊急制動(dòng)事件。

圖2：安全分析平臺(tái)緊緊急制動(dòng)聚合視圖

1、右側(cè)車(chē)輛引發(fā)的緊急制動(dòng)

圖3：右側(cè)車(chē)輛引發(fā)的緊急制動(dòng)

圖4：IVEX中的緊急制動(dòng)

從圖3和圖4中可以看出，盡管右側(cè)卡車(chē)未實(shí)際侵入車(chē)道，自車(chē)仍以28 m/s（100.8 km/h）時(shí)速突發(fā)制動(dòng)（右側(cè)卡車(chē)時(shí)速75.6 km/h）。同時(shí)數(shù)據(jù)分析顯示：當(dāng)卡車(chē)短暫壓線1秒時(shí)，Autopilot判定其可能低速切入（此時(shí)車(chē)距僅1.59米），遂觸發(fā)持續(xù)1秒的緊急制動(dòng)，導(dǎo)致車(chē)速驟降7 m/s（根據(jù)RTK GNSS估算），這對(duì)兩輛車(chē)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)危險(xiǎn)的情況。

圖5：儀表盤(pán)Autopilot行為記錄

我們可以看到，車(chē)輛的 Autopilot 將卡車(chē)標(biāo)記為可能駛?cè)氡拒?chē)車(chē)道的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，這就是車(chē)輛決定緊急制動(dòng)的原因。

2、交通信號(hào)燈前的緊急制動(dòng)

圖6：遇到交通信號(hào)時(shí)的緊急制動(dòng)

圖7：IVEX中的緊急制動(dòng)

從圖6和圖7，分析可得車(chē)輛以20 m/s（72 km/h）接近路口時(shí)，駕駛員在黃燈亮起1.8秒后接管并急剎，3.7秒內(nèi)完成靜止（減速度5.4 m/s2）。值得注意的是，該版本的Autopilot雖能識(shí)別信號(hào)燈（如下圖示），但無(wú)響應(yīng)功能，緊急制動(dòng)純屬駕駛員行為。

圖8：儀表盤(pán)Autopilot行為記錄

3、環(huán)島入口的緊急制動(dòng)

圖9：在進(jìn)入環(huán)形交叉路口之前進(jìn)行的緊急制動(dòng)

圖10：IVEX中的緊急制動(dòng)

在緊急制動(dòng)發(fā)生前約 3 秒，車(chē)輛以18 m/s（64.8 km/h）接近環(huán)島時(shí)突發(fā)制動(dòng)。實(shí)測(cè)表明，Autopilot因環(huán)島超出其ODD而靜默退出，駕駛員接管時(shí)剩余反應(yīng)時(shí)間不足，導(dǎo)致制動(dòng)過(guò)急。所幸后方無(wú)車(chē)，未造成風(fēng)險(xiǎn)。

四、技術(shù)結(jié)論

基于上述分析，我們對(duì)Autopilot 的行為得出一些結(jié)論：

（1）ODD邊界行為：當(dāng)場(chǎng)景超出Autopilot設(shè)計(jì)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)無(wú)預(yù)警退出，迫使駕駛員緊急干預(yù)；

（2）風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判機(jī)制：對(duì)潛在切入障礙物存在過(guò)度敏感現(xiàn)象，可能觸發(fā)非必要制動(dòng)。