自动驾驶汽车道路安全探究（上篇）

在科幻电影展现的未来世界当中，无人驾驶汽车在道路上自由穿梭，它们外形科幻、灵活智能、速度飞快，几乎满足了人们对于自动驾驶的一切想象。然而，当我们回到2021年的现实后，就会发现自动驾驶汽车的发展前景似乎并非像科幻电影中那般美好。


科幻电影中的自动驾驶汽车

一方面，自动驾驶汽车在缓解交通拥堵和显著减少道路交通事故方面的确具有巨大的潜力，全球各大车企和自动驾驶公司都在发力以占领技术制高点。另一方面，近几年频发的自动驾驶汽车事故，又暴露出当前一些具备一定自动驾驶能力的汽车在环境感知、自动控制等技术领域还不够成熟，这也使得公众开始关注自动驾驶技术及其备受争议的实际应用。

事故介绍：2018年3月19日晚，在美国亚利桑那州的公共道路上，发生了首例自动驾驶汽车致死案，Uber的自动驾驶汽车，在自动驾驶状态下，撞倒了一名正在过马路的女性，最终不治身亡。当时车速大约在65km/h，驾驶座上的操作员也并未及时作出反应。

因此，虽然大家基本相信自动驾驶汽车有望成为未来道路交通中的重要元素，但目前很多人还是会有一个挥之不去的问题，那就是：自动驾驶汽车真的会更安全吗？

实际上，对于完全自动驾驶是否能使道路交通更加安全，目前世界上并没有形成统一的解释标准。为了回答这个问题，本文综合国内外的相关资料，力求用两期的篇幅，从交通事故给世界带来的伤害，以及与自动驾驶安全范畴的定义、带来的实际安全效益、面临的伦理难题、政策法规现状等方面，探究自动驾驶与交通安全之间的关系。

01  交通事故给世界带来哪些伤害？

| 事故造成损失巨大 |

根据联合国最新的统计数据，全球每年约有125万人因道路交通事故丧生，受伤人数则高达5000万人，造成的经济损失约为1.85万亿美元。而我国，在2010-2019年的10年间，平均每年发生车祸20余万起，每年因道路交通事故死亡的平均人数约6万人。此外，道路交通事故还是造成15-29岁年轻人死亡的首要原因。

除了道路交通伤害导致的公共卫生影响外，还使其成为一个重要的经济发展问题：道路交通事故给各国造成的经济损失约达国内生产总值的 3%，而在低收入和中等收入国家造成的经济损失相当于国内生产总值的5%。

| 多数事故可以预防 |

根据公安部统计，在道路交通事故数量中有86%为机动车违法造成的交通事故。同时，在事故诱因分析中，94%的交通事故是由人为因素引发，人工驾驶员因注意力分散、未按道路规则行驶、错误路况判断、酒驾等因素导致交通事故，成为传统出行方式一大痛点。而一项经典的研究表明，如果提前1.9秒有效预警并采取措施，事故率可以下降90%，如果提前2.7秒有效预警并采取措施，事故死亡率可以下降95%。

【案例】 2006年广东韶关“8·26”特大交通事故

2006年8月26日凌晨，在京珠高速韶关段一辆满载铁矿石的大货车因故障在路边停车；随后的大客车司机因疲劳驾驶处于精神恍惚状态，误以为大货车是处于缓慢行驶状态，于是加大油门想超过大货车继续行驶，没想到由于车速较快，未能敏捷地“越位”，发生碰撞导致大客车半边车身都被铲掉，造成50余人死伤，其中丧生的17人中竟有3名是拿着大学录取通知书去报到的准大学生，在人生即将展开灿烂篇章的时刻殒命黄泉，可悲可叹！

因此，虽然道路交通事故多年来一直是全球死亡和伤害的主要原因，但大多数道路交通碰撞都是可以预测和预防的。有大量证据表明有效的干预措施可以使道路更加安全：实施这些干预措施的国家已经相应减少了道路交通死亡人数。在持续降低道路交通死亡人数和比率方面一些最成功的例子都采用了“安全系统方法”。

这种保证道路安全的方法认识到人体极易受到伤害，而且人类会犯错误。因此采取一系列互补性干预措施来建造更安全的道路和更安全的车辆，实行更安全的车速，并促使道路使用者采取更安全的行为。这些元素综合发挥作用可弥补驾驶者的错误。这个系统的所有部分都需要得到加强，这样如果系统的一个部分失灵，其他部分仍将能保护相关人员。采用安全系统方法需要交通运输、卫生、警察、工业和民间 社会等许多部门的参与和密切合作。

02  自动驾驶车辆安全涉及哪些范畴？

正所谓产业发展，标准先行。目前国际上为了从标准上明确自动驾驶安全的范畴，制定了一些与自动驾驶安全相关的标准，主要涉及功能安全、预期功能安全、信息安全等方面。

| 功能性安全（Functional Safety） |

2011年国际标准化组织道路车辆技术委员会（ISO/TC22）发布的ISO26262《Road Vehicles Functional Safety》道路车辆功能安全国际标准。该标准涵盖的范围广泛，几乎涉及到了所有与功能安全相关的汽车电子、电气产品，包括传统汽车和新能源汽车。

功能性安全标准目的在于提高汽车电子、电气产品的功能安全，在产品研发流程和管理流程中，预先分析和评估潜在的危害和风险，通过实施科学的安全技术措施、规范和方法来降低风险，利用软硬件系统化的测试验证和确认方法，使电子、电气产品的安全生命周期内满足汽车安全完整性等级的要求，提升系统或产品的可靠性，避免过当设计而增加成本，以及避免因系统失效、随机硬件失效、设计缺陷所带来的风险，使电子系统的安全功能在各种严酷条件下保持正常运作。

新能源汽车三电功能安全

功能性安全标准为应对电控系统失效导致的安全风险提供了系统化的解决方法。但对于自动驾驶车辆，除了需要避免因电控系统故障而引起的安全风险，还需考虑电控系统在没有发生故障的情况下的安全风险，例如那些基于传感器输入环境信号进行决策和控制的系统，如果传感器不能正确识别道路场景，处理算法针对所输入的信号采取一种危险的决策，从而引起安全风险。

| 预期功能性安全(Safety Of The Intended Functionality) |

多起因自动驾驶汽车引发的致命交通事故表明，依靠传统的以质量保障为中心的车辆安全体系已经不能满足自动驾驶车辆的安全保障需求，汽车工业领域亟需建立全新的自动驾驶安全评判准则体系。

为此，国际标准化组织于2018年正式启动全球首个自动驾驶安全国际标准ISO/PAS 21448《道路车辆预期功能安全》（Road Vehicles-Safety of The Intended Functionality）的制定工作，旨在为全球自动驾驶车辆的安全开发和测试评价提供技术指导。不同于ISO26262《道路车辆功能安全》（对应GB/T 34590）关注并解决的是电控系统故障导致的危害，ISO/PAS 21448《道路车辆预期功能安全》立足对自动驾驶安全影响更广泛的非故障安全领域，重点关注自动驾驶系统的行为安全，解决因自身设计不足或性能局限在遇到一定触发条件（如环境干扰或人员误用）时导致的危害。因此，功能安全和预期功能安全技术为确保自动驾驶车辆在故障、非故障情况下的安全运行提供了根本保障。

| 信息安全（Cybersecurity） |

有别于传统人工驾驶车辆，自动驾驶车辆的驾驶过程是机器不断收集驾驶信息并进行信息分析和自我学习从而达到自动驾驶的系统工程。每辆汽车将从过去的封闭转向开放，融入到联网的平台中进行实时的信息交互。黑客可以通过网络对车辆进行远程攻击，使车辆做出熄火、刹车、加减速、解锁等操作，也可以通过截获通讯信息、攻击云端服务器，达到窃取用户信息和车辆数据的目的，严重的还会威胁驾驶员和乘客的生命安全。同时，在自动驾驶产业链中，数据的采集、存储、 处理、传输、共享等生命周期各环节潜在的安全威胁都给自动驾驶数据防护带来了全新的挑战，要想实现自动驾驶汽车规模化、商业化落地，必须解决“数据安全”这一“拦路虎”。


与汽车相关联的网络信息设施

在自动驾驶场景下，相关安全防护技术需要结合自动驾驶的差异性特点进行改进，如自动驾驶车辆的车内数据安全要求车辆认证加密或密钥的管理具备轻量、易集成和延迟低的特点，车路协同自动驾驶的 V2X 安全传输要求海量证书管理能满足广播、小批量数据传输的安全要求。同时，按数据重要程度和面临的风险不同，所采用的数据安全防护技术也需要做出相应的完善与调整。

为此，国际标准化组织ISO与美国汽车工程学会SAE联合编制ISO/SAE 21434《汽车信息安全工程》（Road Vehicle - Cybersecurity Engineering）标准。该标准为确保网络信息安全预先设计到车辆中定义了一个结构化过程，为整个供应链提供了一种交流和管理网络安全风险的通用语言，量化了车辆中不同系统或功能的网络风险，从而使相关公司就降低风险所需的严格程度达成一致，避免“公说公有理，婆说婆有理”或“不知所云”的尴尬。

ISO/SAE 21434为汽车公司建立了一个网络安全框架，旨在加强行业在网络安全方面的合作，从而开发更好地解决当今和未来网络安全问题的技术和解决方案；将有助于工程师在开发过程的每个阶段和现场考虑网络安全问题，创建一个涵盖扫描漏洞、增强车辆自身网络安全防御能力的检查表，并对每个组件的潜在漏洞进行风险分析。新的国际标准还将借鉴SAE的指导方针，构建一个全面的网络安全工具，在全球范围内解决行业的所有需求和挑战。同时也将有助于解决道路车辆电气和电子系统工程中的网络安全问题，帮助制造商跟上不断变化的技术和网络攻击方法。

03  自动驾驶车辆将带来哪些安全效益？

| 高级辅助驾驶系统（ADAS） |

目前，经过统计验证的专家评估已经证明了未来提升安全性的车辆和驾驶员辅助系统的潜在效益。在传统驾驶方式中，驾驶员注意力会受各种因素影响而分散，而运用高级辅助驾驶系统（ADAS）的车辆，可以通过车路协同技术在人类视觉盲区接收道路信息，或通过激光雷达在光线不佳的情况下看到人眼分辨不清的障碍物，提前规划行为决策，避免交通事故。


汽车ADAS功能之一：防碰撞系统

通过高精度3D关键点的追踪及动作捕捉技术，能够准确识别打电话、吸烟、分神、疲劳驾驶等不安全的驾驶行为，并及时发出预警提示。而致密脸部跟踪、致密眼球跟踪、静默式活体检测等技术的运用也让人脸识别能力更为精进。全球最大的汽车再保险公司瑞士再保险公司（Swiss Re）和地图开发商HERE预测，ADAS可能导致汽车事故频率减少25%，相信智能驾驶将成为降低交通事故率、提高交通效率的重要途径。

| 自动驾驶与“零死亡愿景” |

虽然到目前为止，还没有经验证明完全自动驾驶功能的整体安全性。但由于人为错误是道路交通事故的主要原因，并且道路事故分析的结果可以肯定的地表明，驾驶任务的自动化从“仅驾驶员”、“辅助”、上升到“部分自动化”的驾驶类别，是有助于最小化人为错误后果的关键技术。


不同自动驾驶等级下驾驶者与车辆所扮演的角色

基于2010年数据的碰撞事故总数下降趋势（2030-2070年）

根据对自动驾驶功能发展的预估，仅就单车安全性而言，基于2010年可预防的碰撞事故数据，到2030年将可以实现事故总数下降19%左右，2040年将减少23%，2050年减少50%，到2060年减少71%，到2070年几乎可以完全预防事故的发生。这样的预测表明，2070年的汽车几乎不会发生事故，但车辆仍然能够承受严重的碰撞。从技术角度看，今天的自动驾驶车辆已经可以在有利条件下的移动交通中接管许多驾驶任务，其中高度自动驾驶，特别是完全自动驾驶旨在使车辆尽可能无事故、高效率地行驶，有望在未来接近实现“零死亡愿景”。


一辆运行中的自动驾驶汽车

04  结语

安全是汽车工业发展的永恒主题，也是汽车工业发展的最高优先级。对自动驾驶汽车而言，虽然能带来可以预见的安全效益，但Uber等企业的前车之鉴又证明社会对技术造成的事故容忍度极低。各国政府普遍遵循以安全为中心的准则，制定了自动驾驶管理及测试政策,规划自动驾驶汽车发展路线,但这样做可能导致将安全标准设置过高而减慢自动驾驶技术发展速度。


进行道路测试的Tesla自动驾驶汽车

不过，即使无人驾驶汽车的技术还未达到完美，并且出现了一些尚未知的事故情况，还受到交通伦理、公众接受度不高的约束，但当技术成熟的无人驾驶车辆在道路交通中广泛投入使用后，预期将产生较大的社会、经济和安全效益。因此，有关自动驾驶的跨科学研究活动仍然得到了促进和加强。