01 | 预期功能安全-SOTIF: 自动驾驶安全困局

文摘   汽车   2023-04-13 12:18   德国  
本篇属于预期功能安全SOTIF专题系列第01篇内容,我们开篇首先聊聊自动驾驶的安全困局,以及预期功能安全(SOTIF)基本问题。

随着汽车电子电气系统不断复杂化,安全问题近些年越来越受到行业内的重视,尤其对于自动驾驶系统而言,虽然汽车行业内很多车企,供应商都为此投入大量的开发资源和庞大的资金支持,但自动驾驶,尤其是高级别自动驾驶系统和资本的预期相差甚远,SOP一推再推,久久不能落地,甚至目前行业内还有很多关于自动驾驶本身无解的悲观言论,毋容置疑,其中安全问题就是阻碍其最终落地的重要影响因素之一。

那自动驾驶系统安全问题到底有什么特殊性呢?存在哪些困局呢?

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自动驾驶的安全困局

那对于自动驾驶系统而言,其安全问题的特殊性在于技术,但又不仅仅局限于技术难题,个人理解: 
1.1 技术困局
总体而言,技术的困局存在于两个方面: 
  • 面对复杂及非白盒系统,安全标准执行性变差

和传统的电控系统(例如,传动,底盘,转向等)相比,自动驾驶系统本身以及和其它系统交互的复杂性不言而喻。为此,基于确定或者白盒化的模型(简单的说,就是能通过物理公式对其进行建模)的传统汽车开发思路和手段已经完全不再能够应对自动驾驶系统的复杂性带来的挑战,为此,大量的机器学习,人工智能等非白盒化模型应用于自动驾驶控制系统,以此代替现有驾驶员的职能。


虽然这些非白盒化算法有效帮助我们实现复杂的系统的功能,并且随着大量数据输入的迭代,算法本身也会进化,变得更加智能,但与此同时,我们也越来越难真正从物理规律的角度去理解这样开发出来的系统,甚至基于数以万计训练参数的机器算法模型,已经基本上超越了人类的理解范畴。

现有安全法规多基于安全分析,而安全分析多基于白盒思维,除对开发流程约束外,主要是对研究对象的结构和实现的功能进行逐层的安全分析,找出安全薄弱环节,然后实施相应的安全措施。

在这样的情况下,基于白盒化的安全分析活动的可实施性无疑受到了极大的限制和挑战,工作难度及工作量急剧上升,研发人员的可靠性决定了安全开发的可靠性,安全分析的作用被迫降低,只能通过大量的基于不同场景的仿真和长期的测试验证和确认尽可能保证自动驾驶系统的安全性,其最终效果如何,也不得而知!

  • 技术的局限,导致预期功能安全新问题

为了实现汽车自动驾驶的功能,尽管自动驾驶系统采用了大量的感知传感器,图像及视觉处理识别技术,规划算法等,但在复杂的驾驶环境中,这些技术仍然存在很多限制性。

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自动驾驶汽车需要处理各种复杂的场景和交通情况。

例如,识别车辆所处的运行环境,包括交通标识(可能不完整或被遮挡),交通规则,其他交通参与者,没有被机器学习算法覆盖的不明障碍物等。这些情况都需要自动驾驶系统快速准确地识别和判断,并做出正确的驾驶决策。

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自动驾驶汽车还需要应对各种恶劣天气和路况情况。

例如,雨雪天气,道路坑洼和泥泞,道路维修等。这些情况可能会影响传感器的性能和对其判断,进而导致自动驾驶系统无法准确地感知周围环境。

所以,人们发现自动驾驶车辆安全问题并非都源于功能安全问题(即由系统性失效和硬件随机失效带来的安全问题)。在复杂的运行场景中,自动驾驶系统即便没有功能安全相关的失效,但由于当前技术的制约,包括传感器,算法等本身性能的局限和不足,依然会产生很多的新非预期的安全问题。

当然,为了解决上述的技术困局,我们需要采用更先进的传感器技术和规划算法,同时加强系统的质量把控,但是技术制约的问题依旧存在,且短期不可能得到根本性解决,资本的压力增加,那这样的技术困局如何解决?

在这样的背景下,预期功能安全随之诞生,它主要用来解决自动驾驶系统由于预期性能的不足和合理的人为误用导致的安全问题。

当然,对于自动驾驶系统,功能安全(Functional Safety)和信息安全(Security)问题同样不容忽视,只是和预期功能安全相比,相对比较容易解决。
1.2 责任(法规)困局
当自动驾驶车辆出现交通事故时,应该如何进行责任认定,哪些属于自动驾驶应有的责任,例如发生交通事故或行人被撞时,谁应该为此负责?是车企、车主还是开发人员?如何进行赔偿

目前关于高级别自动驾驶系统事故责任划分法规基本空白,各车企自动驾驶产品能力层次不齐,大多数车企都不愿意,也没有足够的能力承担相应的责任。在众多利益的博弈下,往往最后受伤的都是最普通的用户,这些问题一方面需要等待自动驾驶技术进一步成熟,同时也需要从法律法规层面研究和探讨,制定完善的法律和法规应对这些问题

1.3 道德困局

除技术,责任的困局外,道德困局也不容轻视。

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道德问题

自动驾驶汽车在遇到紧急情况时,例如,行人突然跳出来,或者老人和年轻人同时处于危险之中,自动驾驶系统应该以什么样的道德标准采取措施?系统是否应该优先保护车上的乘客,还是采取最小伤害原则,不同的企业是否能够采用一套标准,这个标准由谁制定等,这是一个涉及道德和法律问题的复杂问题。

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隐私问题

自动驾驶系统需要采用大量的传感器和摄像头感知周围环境,但同时也会收集大量有关驾驶员,乘客以及其他交通参与者的个人信息。这些信息如何处理和保护,由谁监管,如何监管,以避免滥用和侵犯隐私权,这一定程度上也属于道德问题。


虽然目前国内有一些数据安全采集的法规,但多基于国家安全层面出发,也不能保证自动驾驶系统数据隐私安全性问题。


当然,除了以上主要的困局,还有大众对自动驾驶系统的接受度问题,本问题,人机交互问题等。例如,由于自动驾驶系统人机交互界面不够清晰、易懂,导致人类难以理解车辆的决策过程和风险提示,也可能会造成行车事故。这些都是制约自动驾驶技术落地的重要因素。

技术困局只能依靠技术解决,那么责任和道德困局有没有什么解决办法呢?这个问题很难回答,我只能简单回答如下

  • 健全法规及道德协议
业界应该广泛征求意见,专门针对自动驾驶系统事故责任及道德问题,制定相应的法规和道德协议,明确自动驾驶系统的责任划分,以及在特定情况下的行为准则,道德价值判断标准,将基本道德要求法规化,并将其考虑到自动驾驶系统算法之中这可以帮助减少自动驾驶系统上路的不确定性和道德问题的出现。例如,在紧急情况下,系统应该优先考虑人的生命安全,而非车辆或财产损失。
  • 设立监管机构
政府或第三方机构可以设立监管机构,监督和评估自动驾驶系统的安全和道德标准。这可以帮助确保自动驾驶系统不会对公众造成不良影响。
  • 统一标准

国际社会及行业可以制定统一的标准,规范自动驾驶系统的安全设计和操作接口,这样可以确保最基本的安全问题。

  • 教育和宣传
教育和宣传可以帮助提高公众对自动驾驶系统的理解和信任。人们需要了解自动驾驶系统的原理、工作方式以及安全性,以更好地理解自动驾驶技术,增加对其接受程度。
作为汽车技术从业人员,从技术的角度竭尽全力解决技术困局诚然极其重要,也是必经之路,但自动驾驶其它非技术困局也不能忽视,有时候很多问题都不是单靠技术就能解决的,作为一名汽车行业从业人员,精于技术,但却不能只专注于技术。

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预期功能安全

完了自动驾驶系统的安全困局,接下来我们回到我们预期功能安全专题系列内容的主题: 预期功能安全,即SOTIF(Safety Of The Intended Functionality)。

2.1 解决的问题

由上一节自动驾驶系统技术困局可知,预期功能安全旨在解决预期功能的不足,而这些功能不足是由系统本身(包括硬件和软件)性能的不足导致的。

此外,可合理预见的人员误用也会导致危害的产生。例如,驾驶员对自动驾驶系统能力和限制的理解误用了相应的系统,或者驾驶员没有正确理解和应对系统警告,都会直接导致自动驾驶系统的安全问题,这类问题本质是系统本身鲁棒性不够,或者说能力不够,因此也被归到预期功能安全内容。

2.2 预期功能安全标准

预期功能安全作为汽车安全的三大核心内容 (详情点我:【功能安全(ISO 26262)系列】番外篇 第一话 戏说汽车安全是个什么鬼) 之一,在行业内也有相应的标准。

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ISO 21448: 2022版,属于第二版

下载链接:  公众号回复 ISO 21448

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中文国标:  GB/T 道路车辆预期功能安全标准,属于ISO 214482022版中文版,英文不是太好的朋友可以看中文版,但目前我只有征求意见版

下载链接众号回复 ISO 21448


和ISO 26262相比,ISO 21448只有一个单独文件,内容相对较少,也属于方法论模型,具体内容我们在预期功能安全这个专题后面文章细聊。


写在最后:


总之,安全问题无止境,没有绝对完善的技术,也就没有绝对的安全。在不同的技术成熟阶段,如何权衡上述各方问题,给出符合当下环境的安全解决方法,我辈还需要不断尝试和努力,砥砺前行!


END




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