2021年01月19日 | NHTSA：将重新定义自动驾驶安全理念

翻译自——EETimes，Egil Juliussen

2020年11月19日，美国国家公路交通安全管理局NHTSA发布了自动驾驶汽车规则制定(ANPRM)的提前通知。这只是制定规则过程的开始，这些规则将决定自动驾驶汽车的表现。也是未来几年整个汽车行业最重要的指导方针之一。NHTSA想要的是什么?我们期望从这个过程中得到什么?

ANPRM——“自动驾驶系统安全框架”。这份60多页文件官方版本于2020年12月3日被列入《联邦纪事》。

在描述自动驾驶汽车的硬件和软件时，NHTSA使用了“自动驾驶系统(ADS)”这个术语。在本文也会用“ADS”来代替自动驾驶汽车。

NHTSA ADS 总结

以下是NHTSA对ADS ANPRM的总结。

NHTSA正在就ADS安全框架的开发征求意见。该框架将客观地界定、评估和管理自动驾驶表现的安全性，同时确保所需的灵活性，以促进进一步的创新。随着ADS的继续发展，该机构正在寻求利用现有的联邦和非联邦基金会的努力和工具来构建框架。NHTSA寻求对关键部件的具体反馈，这些部件既能满足机动车安全的需求，又能实现创新设计，方式与该机构有关部门一致。

背景介绍

当NHTSA通过ANPRM程序制定标准或更新法规时，会有大量统计数据。NHTSA在1966年通过了《安全法案》之后，制定了第一个联邦机动车安全标准(FMVSS)。即便如此，NHTSA也有大量的撞车统计数据，可以用来确定需要哪种FMVSS监管可降低撞车率。现在有了更多的撞车数据，但很少能帮助开发ADAS功能和其他安全系统。

由于多个问题，开发一个自动驾驶的美国《联邦机动车安全标准》FMVSS会更加困难:

NHTSA没有可以测试和学习的ADS车。

NHTSA没有可以为FMVSS安全框架分析ADS使用情况的操作数据。

ADS技术正在迅速发展，可能会在10年左右的时间里使安全法规过时。

NHTSA没有足够的专业技术来单独开发一个ADS安全框架。

国家公路交通安全管理局的挑战

俗话说，NHTSA本质上是“进退两难”。已经有人批评NHTSA的ANPRM对汽车行业太友好，没有足够的技术内容和安全规则。

从本质上讲，NHTSA必须与ADS行业合作，因为ADS行业拥有专业的技术，而且随着ADS技术在多个奇怪的用例中的快速发展，ADS行业将继续发展。因此，NHTSA通过与ADS行业合作，将会走上了开发ADS框架和未来FMVSS的正确道路。

NHTSA ADS框架方法

NHTSA一直在研究自动驾驶技术，并发布了多份与ads相关刊物。大多数ADS出版物都关注于现有FMVSS的哪些要求与配备ADS的车辆的安全性有关，而不需要人工驾驶。NHTSA也在调整和发展测试程序的要求，以便在不影响安全性的情况下适用于ADS车辆的设计。

NHTSA ADS的定义

ADS是能够持续执行整个动态驾驶任务的硬件和软件，不管它是否被限制在特定的操作设计领域(ODD)里。

通俗一点来说，ADS在系统设计运行的情况下维持控制和驱动功能。

ADS框架包括哪些内容?

NHTSA的ADS ANPRM是一份复杂的文件，包含了监管约束、技术细节、过去有效和无效的观点，以及大量关于如何影响ADS框架和未来FMVSS监管的讨论。NHTSA非常关注技术进步和未来创新的影响。

下一个图是NHTSA ADS安全框架所包含内容。NHTSA依靠ADS行业的研究和专业知识。图的左侧列出了NHTSA的主要活动(黑色)，右侧显示了ADS行业的贡献(蓝色)。中间的红色方块是未来ADS安全框架。

上图中的区块对应于NHTSA在ANPRM文件中的主要内容。基本上有两个主要部分:ADS框架的技术和ADS执行和监督的管理机制。这两个类别中有几个类别如上图所示:

NHTSA工程测量:先前的研究和报告

ADS行业工程测量:核心自主技术

ADS行业工程测量:建议ADS框架

ADS行业流程测量

行政机制:调节机制

管理机制:ADS行业自愿性机制

NHTSA希望获得ADS行业的意见，并提出了25个问题征求意见。

NHTSA工程措施

NHTSA为开发ADS安全框架做了大量的研究准备。该署已发表四份主要的自动驾驶指引报告:

自动驾驶 1.0:加速道路安全的下一场革命(2016年9月)

自动驾驶 2.0:安全愿景(2017年9月)。

自动驾驶 3.0:为未来交通运输做准备(2018年10月)。

自动驾驶 4.0:确保美国在自动驾驶汽车技术中的领导地位(2020年1月)。

NHTSA启动了自动车辆透明度与安全测试计划，提供有关ADS开发的信息。

NHTSA于2020年6月与各州、地方政府和私人ADS利益相关方启动了自动驾驶测试。该网站向公众提供来自各州的ADS信息，包括活动、立法、法规、当地参与ADS活动的情况，以及公司开发和测试ADS的信息。

NHTSA的研究重点是ADS的安全性能，并试图确定评估ADS车辆表现的方法、指标和工具。这样的评估包括系统性能和相对于系统的奇数和对象、事件检测和响应(OEDR)能力的行为，以及故障安全能力，如果/当它面临奇数之外的条件。

NHTSA已经开发了多种ADS安全性能模型和指标。瞬时安全度量(ISM)计算了车辆和周围交通中的其他道路用户在给定的一系列可能行动下可能采取的物理轨迹。模型预测瞬时安全度量(MPrISM)是建立在ISM概念上的一种更新的方法，并修改了其评估方法。

ADS行业工程测量:核心技术

ADS车辆必须履行驾驶功能——感知所有道路人员，感知或理解道路行人的意图，规划行驶路径，控制行驶方向、速度和停车。许多ADS研究都专注于寻找这些核心ADS功能的正确解决方案。

ADS行业工程测量:建议的ADS框架

NHTSA讨论了ADS行业提出的三种框架。Mobileye提出了一个名为“责任敏感安全”的框架。其中RSS是一种多智能体安全的数学模型，它结合了常识性驾驶规则，同时与其他道路使用者互动，以最大限度地降低引发交通事故的可能性，同时在正常的行为预期范围内运行。

英伟达提出了另一个名为“安全力场（Safety Force Field）”的框架，该框架使用一种计算方法，通过模拟来评估ADS是否成功监测周围环境，并决定是否采取了行动。

Rand公司在2018年发布了一份报告，提出了一个安全框架，考虑了如何定义和衡量ADS的安全性。

ADS行业流程测量标准

ISO 26262描述了功能安全性评估的过程，以帮助开发安全相关的或电子系统。它是ADAS功能和未来ADS系统的核心标准。

ISO 21448或预期功能安全性(SOTIF)旨在应用于适当的态势感知对安全至关重要的功能，且态势感知来源于复杂的传感器和处理算法;特别是紧急干预系统。SOTIF不适用于ISO 26262所涵盖的故障。

自动驾驶产品安全评估标准UL 4600是一个以流程为重点的标准，旨在供制造商在开发ADS时使用。UL 4600主要是为ADS开发的。

管理机制:ADS行业自愿性机制

NHTSA的自动驾驶 2.0引入了自愿性安全自我评估(VSSA)概念。该文件确定了ADS开发者在开发和测试技术时应该考虑的12个安全元素。截至2021年1月14日，已有26家公司提交了VSSA报告。参见:自愿安全自我评估| NHTSA

新车碰撞测试NCAP已经变得越来越重要，并被用于ADAS的功能设计之中。在未来的NCAP更新中将会添加ADS能力评估。这可能是一个FMVSS障碍赛道性能测试，它将是NCAP项目下有用的消费者信息。

目前，ADS技术的发展仍不确定，未来还会有很多进步和创新。因此，适当的监管性能指标和安全阈值仍然未知。所以，NHTSA寻求通过自愿指导而不是强制要求来提高安全性。。

NHTSA ADS安全框架的演变

下图是对NHTSA的ADS框架的一些预测。红色表示对未来的预测。红色方块和绿色方块中列出了一些问题。

最大的问题是，在关键的ADS用例(如自动卡车、机器人出租车、商品ADS和最终的消费者ADS)中是否需要ADS框架。以及这些用例的ADS框架是否会在FMVSS法规中演变。

综上所述，本人认为NHTSA在艰难的环境下，正在努力研究和提出ADS安全框架。不久我们将会看到成果。