Wednesday, September 15, 2021

HOW GOOD IS GODD ENOUGH? By H.P. Schoener (On quantitative evaluation of functionalities in self-driving vehicles)

最近在寫論文的前言與動機的部分,看了一篇有趣的文章。這邊簡單做個重點紀錄供日後閱讀。

1. “How Good is Good Enough?“ in Autonomous Driving? by H.P. Schoener
本文提出一個量化自駕車功能"是否夠好"的方法。

自動駕駛就是把人類開車時95%會做對的事情自動化,把剩下5%最小化。據統計,德國高速公路(Autobahn)平均每行駛750萬公里會有一次S0等級(S0是最輕微的)事故,也就是說自駕車測試至少要跑750萬公里且不能發生任何事故。
五大常見的意外起因:

a. 硬體或某零件故障
b. 感知能力不足(道路、交通、號誌、環境)
c. 控制能力不足(ex:演算法沒考慮到)
d. 與行為有關的事故(酒駕、闖紅燈、未保持安全距離)
e. 人車互動出錯

所以,目前測試自駕車不僅僅需要驗證足夠的里程數,還得系統化的特地去測試一些critical scenarios才行。

作者表示,人類之反應受限於感知,解讀,論斷,行動四步驟。所以自駕車之反應時間要至少跟這個一樣或比人類好。自駕車要絕對避免"endangering"(危害)他人,且盡量避免"bothering/hindering"影響到他人。 雖然我們無法針對所有情境進行測試,但是一些最基本的底線要守住,例如車子煞停的能力在每個實驗中都要被驗證,而其中worst-case就是當所以sensor都失去感知作用時(例如壞掉、極端天氣),車子也要能"自動盲煞"。其實,煞車應該是自駕車最重要的功能了,從SAE level3以上等級之車子的特性就是人類駕駛可以不用手握方向盤,但是(level3)當車子無法處理的時候,會有大概數秒的通知人類時間接手控制,這數秒的時間乘上時速,就是車子往前的距離,人類若來不及接手,至少車子也要能自動煞停。另外,自駕車應該要能自己"閱讀空氣",有防禦駕駛的觀念,才能避免危害(例如旁邊有一輛酒駕在蛇行,自駕車應該要能自己離它遠一點)。 其中,德國的PEGASUS計畫就是在研究"多好才算是好",以及"要如何驗證?"並推動相關規範標準化。

當然,100%避免事故是不可能的,因為交通發生在大自然,而可能的變數太多,重點就在於發生無法預測但可想像的危害前,自駕車是否能有一套評估level of danger的方法,為自己與他人爭取更多的反應時間。 HP Schoener之另一個作品 "Challenges and Approaches for Testing of Highly Automated Vehicles"裡面提到一個計算風險Risk之公式: R = E(1-C)S。 其中 R(風險)與E(Exposure,曝曬風險),C(Controllability,控制力)和S(Severity,嚴重性)有關。
目前SAE等級2與以下的功能,也就是大多數的ADAS,都是致力於提升車輛在"嚴重危害即將產生時"之控制力,例如緊急煞車系統(AEB),車道偏離警示系統(LDW,LKA)都是此類。 他們在大多數時間不啟動功能,也就是對於E指標沒有影響,而自駕車(主要指含level3以上功能)之主要任務則是降低E指標,達到"趨吉避凶"之目的。

p.s.這樣看來,自駕車設計真的不容易啊! design space太廣了,我們必須限縮自駕功能正常運作之情境。 另外,有些突發情況,例如突然的大風、土石流、暴雨、積雪濕滑的路面、從橋上掉下來的物品、前車掉落的貨物......這些都是自駕車要極力去避免的,才能使E降低。另外,在設計自駕車時,我們考慮其他人類駕駛的行為不能總往worst-case去想,這樣子訓練出來的車就會太過保守而變得沒有作用。所以我們得假設人類會遵守一定規範。

接著呢,就是本文重點,首先可以用法律規範,將他們進一步分解為關鍵字,例如:must-遵守、should遵守之類的,然後把這些人類讀的主觀文字(例如:前進時看前面"足夠遠"的地方、倒車時看向倒車方向),以及harming,endangering,hindering,bothering用更具體的數字去量化(例如:以反應時間長短來分類危害類型),使得依據此量化標準分類後的結果之機率分布符合文字敘述(有點像fuzzy control在做的事)。最後,作者提到一句話讓我印象深刻:他說自動駕駛從自動煞車開始。 :D

關鍵字:Responsibility-Sensitive Safety (RSS) model, Minimal Operational Design Domain (ODD)


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