毫⽶波汽车防撞雷达误判案例分析
⾃动制动误操作造成追尾，凸显驾驶员与系统协调尚存课题
2013年5⽉，⼀辆在⽇本⾸都⾼速公路上⾏驶的乘⽤车突然减速，被正后⽅驶来的卡车追尾，酿成了事故。乘⽤车突然减速的原因是“⾃动制动功能”的误操作。这项原本应该提⾼安全性的功能却引发了意想不到的事故。
伽太科技提供完整的毫⽶波器件，⽽且E波段⽐较常⽤于通信和汽车防撞雷达（76/77GHz），以下是76/77GHz 防撞雷达的典型指标。了解更多联系******************
Transmit-Frequency 76 to 77 GHz
Bandwidth, Modulation < 490 MHz, FMCW
Transmit-Power 8 mW typical
Distance measurement 1 to 50 meter
Distance-measurement accuracy < 0.5 m or 5% of distance
Velocity-measurement accuracy < 1 km/h
Antenna-Beamwidth (3dB) 10 x 10 degrees
Beam-Positions 0°, +10°, -10°
Update-rate < 100 msec
Mechanical dimensions 98,5 mm x 92,5 mm x 34 mm
Weight < 500 g
Power Supply typ.12 V , min. 9 V, max. 15V
Current at 12 V < 750 mA
Power consumption max. 9 Watt
Interface RS232, CAN (optional)
在这起事故中，突然减速的乘⽤车是2012年12⽉上市的丰⽥“皇冠”。该车配备了名为“预防碰撞安全系
统”（PCS）的⾃动制动功能。PCS是皇冠提供的选配功能“Advanced Package”中的⼀项安全功能，作⽤是在车辆可能撞上前⽅车辆或障碍物时，帮助驾驶员避免碰撞（图1）。
图1：丰⽥的“预防碰撞安全系统”（PCS ）
⼯作分两个阶段，先通过报警蜂鸣器和显⽰器显⽰
提醒驾驶员回避危险，然后是控制制动器。
时速突然减⾄10km以下
皇冠PCS的⼯作分两个阶段。⾸先，当本车距离前⽅车辆或障碍物很近时，或是本车⾏驶速度远⾼于前车、有可能发⽣冲撞时，PCS的控制系统将通过蜂鸣器报警（听觉）和显⽰器显⽰（视觉）两种⽅式，提醒驾驶员采取⾏动以避免冲撞。
图2：冲撞事故概要
PCS因接收到漫反射的毫⽶波⽽发⽣了误操作。因此，突然减速的皇冠被后⾯的卡车追尾。
当本车与前⽅车辆或障碍物的距离更近、冲撞的可能性较⾼时，控制系统会继续通过警报声和显⽰屏
提⽰进⾏提醒，同时开始控制制动器，帮助驾驶员避免冲撞。此时，如果驾驶员在操作制动器（已踩下制动踏板），则增强踏⼒进⾏辅助（图1的A），如果驾驶员未操作制动器（没有踩下制动踏板），则实施⾃动制动（图1的B和C）。
检测前⽅车辆及障碍物使⽤的是频率为76GHz频带的毫⽶波雷达。具体来说，就是向本车前⽅发射毫⽶波，接收接触前⽅车辆及障碍物后返回的毫⽶波。然后，根据毫⽶波往返的时间和频率变化量等数据，计算出本车与前⽅车辆或障碍物的距离，以及本车与前车之间的相对速度。
通过上述控制，在驾驶员操作制动器时，时速最⼤可降低60km左右，未操作制动器时最⼤可降低30km左右，由此来避免冲撞或是减轻冲撞的危害。PCS启动的条件是本车的⾏驶速度达到时速15km以上，且本车与前车的相对速度在时速15km以上。
在这次事故中，正在⾏驶的皇冠虽然没有与前⽅车辆或障碍物碰撞的风险，PCS却执⾏了操作。因为操作失误，之前以
⼤约30km的时速⾏驶的皇冠突然减速⾄时速10km以下，导致被后⾯的卡车追尾。
在这次事故前后，丰⽥共接到了5起类似故障的报告。感到事态严重的丰⽥决定召回配备PCS的皇冠与“雷克萨斯”品牌
的“IS300h”、“IS250”、“IS350”这四款车型，于2013年6⽉26⽇向⽇本国⼟交通省提交了召回申请。召回数量皇冠约为1.9万辆，雷克萨斯3款车型共计约1000辆。
丰⽥将对根据毫⽶波雷达信息检测前⽅车辆及障碍物的软件的逻辑进⾏修正。该公司呼吁上述四款车的驾驶员，在修正软件之前，暂时关闭PCS。
毫⽶波在油罐车上发⽣漫反射
PCS为什么会误操作？对于这次事故，丰⽥向国⼟交通省报告了误操作的原因。在事故发⽣后，该公司对这辆皇冠进⾏了调查，⾏车记录仪记录的影像成为了有⼒证据。在PCS发⽣误操作前，⼀辆油罐车从右侧车道超过了皇冠。
汽车防撞系统最后丰⽥得出的PCS发⽣误操作的原因是，被前⽅车辆反射散乱的毫⽶波在油罐车上发⽣了漫反射，系统接收到了漫反射后的毫⽶波，做出了“前⽅不远处有车辆在⾏驶，冲撞可能性很⾼”的判断（图2）。但实际上，前⽅不远处并没有车辆在⾏驶，油罐车⾏驶在右侧车道。
关于毫⽶波漫反射引发误操作的原因，丰⽥并未公布详情，但指出提⾼了毫⽶波雷达的检测精度是原因之⼀。在皇冠之前，该公司有多款车型采⽤了只配备毫⽶波雷达的PCS以及组合使⽤毫⽶波雷达与⽴体摄像头的PCS。新款皇冠等召回车型的PCS使⽤的是⽐⽼系统检测精度更⾼的毫⽶波雷达，“能够检测到⽼系统难以检测出的物体”。
⼀般来说，如果为了防⽌漏检⽽提⾼传感器的检测精度，那么，误检的概率也会随之上升，这并不只是发⽣在毫⽶波雷达上。漏检与误检是此消彼长的关系。也就是说，丰⽥认为，之所以会像这次事故⼀样，在前⽅没有车辆或障碍物的情况下因漫反射回来的毫⽶波发⽣误检，是因为提⾼了毫⽶波雷达的精度。
丰⽥表⽰，召回的改善⽅案是修正逻辑，最⼤限度防⽌误检，“⽽不是让毫⽶波雷达的检测精度降回到⽼系统的⽔平”。
增加⾃动制动功能相关的安全评估项⽬
最近⼏年，配备PCS等⾃动制动功能的汽车在快速增加。在⽇本，以富⼠重⼯业的“EyeSight”为开端，⾃动制动功能的认知度不断提⾼，⼤多数消费者都希望配备这项功能。各汽车企业纷纷向市场投放配备这⼀功能的汽车。
⽽且，不只是吸引消费者，在符合安全标准这⼀点上，⾃动制动功能的重要性也在提⾼。从2014年开始，欧洲的新车冲撞安全评估标准“Euro NCAP”将加⼊与⾃动制动功能相关的评估项⽬。⽽且，按照预定，从2016年开始，该功能的评估项⽬中还将加⼊⾏⼈检测。⽇本也将从2014年11⽉开始，逐步实施要求巴⼠和卡车等商⽤车必须配备⾃动制动功能的政策。
以⾃动制动功能为代表的⾼级驾驶辅助系统之所以不断普及，是因为有研究表明，单纯遵循以前那种“驾驶员主权”原则，很难减少冲撞事故。按照驾驶员主权原则，与汽车驾驶有关的判断、操作应该由驾驶员全权负责，这种思路已被汽车企业、驾驶员⼴泛接受。⽇本的《道路运送车辆法》等与汽车相关的法律在制定时，基本上也都遵循驾驶员主权原则。
但筑波⼤学研究⽣院系统信息⼯学研究科长稻垣敏之指出，想要仅凭借⼈的判断和操作防范所有的事故是不现实的。稻垣教授的依据之⼀是⽇本交通事故综合分析中⼼（ITARDA）对于汽车冲撞事故的调查结果。这项调查向驾驶员询问了在即将发⽣冲撞事故时采取的回避⾏为，结果显⽰，有近4成的⼈完全没有踩刹车、转动⽅向盘等回避动作（图3）。
图3：即将发⽣冲撞事故前驾驶员采取的回避⾏为
虽然危险迫在眉睫，但近4成的驾驶员完全没有做出
踩刹车、转动⽅向盘等操作。
由此可见，在现实中，即使危险迫在眉睫也不做出回避动作、或不能做出回避动作的驾驶员不在少数。因此，稻垣教授认为，暂且不论拥有“主权”的是驾驶员还是驾驶辅助系统，⾃动制动功能等驾驶辅助系统为防⽌事故做出贡献的余地还很⼤。稻垣教授在2012年发表的⼀篇论⽂中，使⽤基于概率论的模型，证明了把避免事故的权限赋予驾驶辅助系统⽐赋予驾驶员更加安全。
可能会招致新的危险
估计⾃动制动功能等驾驶辅助系统在将来会更加普及。但筑波⼤学的稻垣指出，如果把过去由驾驶员负责的判断和操作交给系统，那么，就必须在驾驶员与系统之间建⽴并⾏的交换信息的机制。这是因为，随着系统起到的作⽤越来越⼤，驾驶员把握系统做出的判断和操作的难度就会加⼤，有时可能发⽣驾驶员意想不到的情况。
在这次事故中，PCS在皇冠驾驶员未曾预料到的情况下发⽣误操作，最终导致了冲撞事故的发⽣。⽽且，因为皇冠并未处在需要突然减速的状况，所以追尾卡车的驾驶员⼏乎不可能预判到皇冠会突然减速。
表：⾃动化等级分类
把⼈与系统的分⼯作为思考的基础。原本为10个等
级，筑波⼤学的稻垣教授追加了“6.5”级。稻垣在研究过
程中发现，6级与7级之间“丢掉了在理论和应⽤两⽅⾯都
⾮常重要的等级”。
之所以会发⽣这种以前不可能想到的事故，是因为作为驾驶辅助系统，PCS的⼲预完全与驾驶员的意志⽆关。此类系统倘若按照设计的本意正常⼯作，效果会⼗分出⾊，但⼀旦脱离设计的本意发⽣误操作，就难免造成意想不到危害。
如果出现未能检测到前⽅车辆或障碍物的情况，即漏检，虽然可以说是PCS的故障，但并不是PCS发⽣了误操作。驾驶员只要不依赖于PCS，按照正常⽅式驾驶，仍有可能避免冲撞。
完全⾃动化⾮常危险
但在这次的事故中，前⽅并没有车辆或障碍物，PCS却做出了反应，也就是发⽣了误检，属于PCS的误操作，由此导致了在驾驶员没有感觉到减速的必要性的情况下，汽车⾃动刹车的情况。⽤来提⾼安全性的PCS反⽽引发了新的危险。
那么，如何才能最⼤限度发挥驾驶辅助系统的优势，杜绝出现意料之外的情况？稻垣教授表⽰，明确驾驶员与系统的职责⾄关重要。⽽⽤来确认⼆者职责的依据，是上⾯表格中的“⾃动化等级”的分类。
稻垣教授认为，驾驶辅助系统的⾃动化等级并⾮越⾼越好。理由是，⾃动化等级越⾼，意味着系统进⾏的判断和操作越多，驾驶员就越依赖于系统，⼀旦出现问题，驾驶员将⽆法做出合适的判断和操作。⽽且，等级越⾼，与系统的判断和操作有关的逻辑也就越复杂，驾驶员越难理解其中的原理。在
⾃动化等级较⾼的系统中，传感器的检测精度也需要达到较⾼⽔平，就有可能像此次事故⼀样出现误操作。
因此，稻垣教授建议，最好不要把判断和操作全部交给系统，⽽是要尽可能简化逻辑，根据情况，让驾驶员与系统协调做出判断和操作。开车时常常需要驾驶员在瞬间做出判断及操作。⽽在驾驶员与驾驶辅助系统之间，交换信息的时间和空间都存在相当⼤的制约。今后，在开发驾驶辅助系统的同时，汽车企业估计还要建⽴驾驶员与系统之间⾼效交换信息的系统。以⾃动制动功能为例，驾驶员与驾驶辅助系统之间要交换的信息包括“驾驶辅助系统是否检测到了前⽅车辆或障碍物”等。如果驾驶员能够掌握驾驶系统的⼯作情况，就可以提⾼驾驶员在发⽣误操作时做出合理应对措施的可能性。稻垣教授认为平视显⽰器（HUD）是实现这种信息交换的有⼒候选。（⽇经技术在线！供稿）