Waymo的系統(tǒng)安全解決方案

　　我們的系統(tǒng)安全計(jì)劃涉及5個(gè)不同的安全領(lǐng)域：行為安全、功能安全、碰撞安全、操作安全和非碰撞安全。每一個(gè)領(lǐng)域都需要各種測試方法的組合，這些測試方法可以讓我們驗(yàn)證全自動(dòng)駕駛汽車的安全性。

行為安全

　　行為安全是指車輛在道路上的行駛決策和行為。正如人類駕駛員，自動(dòng)駕駛車輛也要遵守交通規(guī)則，必須在各種情況下安全地導(dǎo)航——無論是預(yù)料中的還是意外的。

　　Waymo運(yùn)用功能分析、仿真工具和道路駕駛，以充分了解在我們的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域提出的挑戰(zhàn)，并制定安全要求和多管齊下的測試和驗(yàn)證過程。

功能安全

　　功能安全旨在確保我們的車輛安全運(yùn)行，即使有系統(tǒng)缺陷或故障。這意味著要建立備份系統(tǒng)和冗余機(jī)制來處理意外情況。

　　例如，我們所有的自動(dòng)駕駛車輛都配備了第二臺(tái)計(jì)算機(jī)——在主計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可立刻接管車輛，使車輛安全停車（即最小風(fēng)險(xiǎn)條件）。我們的每一輛車都有備用轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)還有其他許多冗功能。

碰撞安全性

　　碰撞安全性，即耐撞性，是指車輛通過各種措施保護(hù)車內(nèi)乘客的能力，從保護(hù)車內(nèi)人員的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到具有座椅約束和安全氣囊的功能，以減輕傷害或防止死亡。

　　碰撞安全性是由美國聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）定義的，由美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）發(fā)布。汽車廠商必須證明他們的基礎(chǔ)車模型滿足FMVSS要求。

操作安全

　　操作安全是指我們的車輛和乘客之間的互動(dòng)。有了操作上的安全，我們可以確保消費(fèi)者在自動(dòng)駕駛車輛中擁有安全舒適的體驗(yàn)。

　　我們建立安全產(chǎn)品的方法是通過危險(xiǎn)分析、現(xiàn)有安全標(biāo)準(zhǔn)、廣泛測試和各種行業(yè)的最佳實(shí)踐而得知的。例如，通過我們?cè)缙诘某俗?xiàng)目（在4節(jié)中進(jìn)一步介紹），我們已經(jīng)開發(fā)和測試了一種能使乘客可以清楚地表明目的地，指揮車輛靠邊停車，并聯(lián)系Waymo的用戶界面。

非碰撞安全

　　我們針對(duì)可能與車輛相互作用的人群進(jìn)行物理上的安全處理。例如，電子系統(tǒng)或傳感器的危害，可能會(huì)對(duì)乘員、車輛技術(shù)人員、駕駛員、急救人員或旁觀者造成傷害。

安全流程

　　為了減少潛在的內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)，必須在設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)安全性，然后進(jìn)行驗(yàn)證以證明安全風(fēng)險(xiǎn)已降低到可以確定的水平。

　　我們的方法從識(shí)別危險(xiǎn)場景和潛在風(fēng)險(xiǎn)的緩解措施開始。這些措施可以采取多種形式，如軟件或硬件的要求、設(shè)計(jì)建議、程序控制或額外的分析建議。

　　我們使用各種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，如預(yù)先危險(xiǎn)性分析、故障樹，設(shè)計(jì)失效模式及后果分析（DFMEA）。這個(gè)連續(xù)過程與正在進(jìn)行的工程和測試活動(dòng)以及安全工程分析密切相關(guān)。

　　風(fēng)險(xiǎn)分析過程有助于我們識(shí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)和組件的需求。這些安全要求是從一系列子系統(tǒng)和系統(tǒng)分析技術(shù)、各種系統(tǒng)工程過程以及聯(lián)邦和州的法律法規(guī)中發(fā)展起來的。分析還支持Waymo的行為安全測試需求發(fā)展，以及系統(tǒng)如何檢測和處理故障。

　　Waymo在公共道路、閉合環(huán)、以及模擬駕駛環(huán)境上都進(jìn)行了廣泛的測試。我們使用從這次測試中收集到的信息，以及對(duì)國家碰撞數(shù)據(jù)和自然駕駛的研究，為潛在危險(xiǎn)提供更多的分析。

　　來自這些工具的組合在Waymo對(duì)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒的理解中起著重要作用。基于這一認(rèn)識(shí)，我們能夠全面分析和評(píng)估系統(tǒng)安全性，然后才可以在公共道路上進(jìn)行全自動(dòng)駕駛操作。

二、Waymo自動(dòng)駕駛汽車是如何工作的？

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

　　與現(xiàn)在汽車采用的技術(shù)不同，如自適應(yīng)巡航控制或者車道保持系統(tǒng)，需要駕駛員不斷監(jiān)控。Waymo自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開發(fā)則基于無人參與。Waymo的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)包含軟硬件，當(dāng)集成到汽車中，就能執(zhí)行所有的駕駛功能。

　　用自動(dòng)駕駛的行話來說，Waymo的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在特定地理區(qū)域和特定條件下，可以完成整個(gè)動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)，人類駕駛員不需要提供操作。

　　這種技術(shù)在國際汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE International）的定義上來看，屬于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的Level 4級(jí)別，即在任何系統(tǒng)故障事件中，我們的技術(shù)可以為車輛提供安全制停的能力，實(shí)現(xiàn)最小的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　與Level 1、Level 2、Level 3這些較低級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不同，Level 4級(jí)別可在任何系統(tǒng)故障的情況下，給車輛安全制停的能力，而無需人類駕駛員接管。

全自動(dòng)駕駛：讓人類一直保持“乘客”身份

　　高級(jí)駕駛員輔助技術(shù)是Waymo團(tuán)隊(duì)探索的首批技術(shù)。2012年，我們開發(fā)并測試了Level 3自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讓車輛在單車道的高速公路上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，但過程仍然需要人類司機(jī)的接管。在內(nèi)部測試中，我們還發(fā)現(xiàn)人類過于依賴這項(xiàng)技術(shù)，而沒有仔細(xì)監(jiān)控路況。

　　當(dāng)駕駛員輔助技術(shù)變得更加先進(jìn)時(shí)，人類經(jīng)常被要求在幾秒鐘內(nèi)由「乘客」轉(zhuǎn)向「司機(jī)」，但在更具挑戰(zhàn)性或更復(fù)雜的情況下，這些場景用得很少。車輛承擔(dān)的任務(wù)越多，這一過渡階段就越來越復(fù)雜。

　　避免這個(gè)轉(zhuǎn)接過程帶來的問題，也是Waymo正在開發(fā)全自動(dòng)駕駛汽車的部分原因。我們的技術(shù)將關(guān)注所有駕駛，讓人類在車內(nèi)保持「乘客」身份。

目標(biāo)和事件檢測響應(yīng)：車輛傳感器

　　為了滿足自動(dòng)駕駛的復(fù)雜需求，Waymo開發(fā)了一系列傳感器，讓自動(dòng)駕駛汽車無論是在白天還是夜晚，都能實(shí)行360°監(jiān)控，且視野面積可達(dá)3個(gè)足球場那么大。

　　這種多層傳感器套件可以無縫協(xié)同工作，繪制出整個(gè)視野的3D圖像，并顯示動(dòng)態(tài)和靜態(tài)物體，包括行人、自行車、來往車輛、交通指示燈、建筑物和其他道路特征。

LiDAR（激光雷達(dá)）系統(tǒng)

　　LiDAR（光檢測和測距）的日夜工作，可在每秒內(nèi)輸出數(shù)百萬個(gè)360°的激光脈沖，測量反射到表面并返回車輛所需的時(shí)間。

　　Waymo的系統(tǒng)包括內(nèi)部開發(fā)的三種類型激光雷達(dá)：短程激光雷達(dá)可以讓車輛持續(xù)不斷地觀察和監(jiān)控；高分辨率的中程激光雷達(dá)；新一代功能強(qiáng)大的長距離激光雷達(dá)，視線面積可達(dá)三個(gè)足球場。

視覺（照相機(jī)）系統(tǒng)

　　我們的視覺系統(tǒng)包括，用于觀察世界的照相機(jī)，該相機(jī)可像人類一樣觀察世界，同時(shí)具有360°視野，而人類只有120°視野。由于Waymo的高分辨率視覺系統(tǒng)能檢測到色彩，它可以幫助系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)交通指示燈、施工區(qū)、校車和應(yīng)急車輛的灰燈。Waymo的視覺系統(tǒng)由多套高分辨率相機(jī)組成，以便在長距離、日光和低亮度的情況下也能很好的工作。

雷達(dá)系統(tǒng)

　　一般而言，雷達(dá)使用波長來感知物體和運(yùn)動(dòng)。這些波長能夠在諸如雨滴等物體的周圍進(jìn)行傳播，從而可以讓雷達(dá)在雨、霧、雪天氣中都發(fā)揮效果。Waymo的雷達(dá)系統(tǒng)具有連續(xù)的360°視野，可以跟蹤車輛的前后方和兩側(cè)過路車輛的行駛速度。

補(bǔ)充傳感器

　　Waymo還有一些額外的傳感器，包括音頻檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以聽到數(shù)百英尺遠(yuǎn)的警車和緊急車輛發(fā)出的警報(bào)聲，以及GPS，它可以補(bǔ)充車輛對(duì)其地理位置的了解。

Waymo自動(dòng)駕駛軟件

　　自動(dòng)駕駛軟件就是車輛的「大腦」。它讓來自傳感器的信息變得有意義，這個(gè)「大腦」還能利用這些信息幫助車輛做出最佳駕駛決策。

　　Waymo已經(jīng)花了八年的時(shí)間來打造和完善這些軟件，并在其中使用了機(jī)器學(xué)習(xí)和其他先進(jìn)工程技術(shù)。經(jīng)過多年的精心設(shè)計(jì)和測試，Waymo已經(jīng)收獲了數(shù)十億英里的模擬駕駛，以及超過350萬英里的道路駕駛經(jīng)驗(yàn)。

　　同時(shí)，我們的系統(tǒng)還對(duì)這個(gè)世界擁有很深的語境理解，這也是區(qū)分Level 4自動(dòng)駕駛技術(shù)的關(guān)鍵部分。

　　Waymo的自動(dòng)駕駛軟件，不只是檢測其他物體的存在，還要真正理解這個(gè)物體是什么，它可能做出哪些舉止，以及如何影響我們的車輛在路上的行為。這就是Waymo的車輛如何在全自動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)安全駕駛。

　　鑒于我們的軟件由不同部分組成，在這里Waymo將細(xì)介紹三個(gè)重要組件：感知、行為預(yù)測和規(guī)劃。

感知

　　感知是Waymo軟件用于檢測和分類道路對(duì)象的一部分，同時(shí)還可用于估算速度、航向和加速度。我們的自動(dòng)駕駛軟件可以從Waymo的傳感器獲取無數(shù)細(xì)節(jié)，并將它們變成一個(gè)實(shí)時(shí)視圖。

　　感知有助于車輛區(qū)分行人、騎自行車者、摩托車手、車輛和其他物體等等。它也能區(qū)分諸如傳輸信號(hào)之類的靜態(tài)物體的顏色。對(duì)于這些物體，感知能讓我們的系統(tǒng)在語義上了解周圍車輛的情況——無論交通燈是綠色的，車輛是否亮起，車道是否被阻擋，都能知曉。

行為預(yù)測

　　通過行為預(yù)測，我們的軟件可以對(duì)道路的每個(gè)對(duì)象的意圖進(jìn)行建模、預(yù)測和理解。由于Waymo已經(jīng)擁有數(shù)百萬英里的駕駛里程經(jīng)驗(yàn)，在面對(duì)不同的道路對(duì)象可能做出的行為時(shí)，我們的車輛已經(jīng)構(gòu)建了高精準(zhǔn)度的模型。

　　例如，我們的軟件了解到，行人、騎自行車者、摩托車手可能看起來相似，但在行為上則有很大差異。行人可能比騎自行車者、摩托車手速度都要慢，但都有可能突然轉(zhuǎn)向。