自动驾驶 技术、法规与社会

本书由戴姆勒-奔驰基金会出资，邀请布伦瑞克工业大学、斯坦福大学、德国宇航中心交通研究所和达姆施塔特工业大学四位专家领衔的专家团队，以高速公路、自动泊车、全自动驾驶及按需车辆四种应用场景为基础，从技术发展、自动驾驶对立法的要求及目前现状、机器伦理、社会对自动驾驶的接受度等角度，对自动驾驶现状及未来发展情况进行了全方位的研究。本书先以德文出版，是德国博世公司自动驾驶方向研发工程师的推荐阅读参考书。本书中文版由国家特聘专家、同济大学白杰教授领衔翻译。我国自动驾驶技术上发展很快，但要实现产业化，也必须要考虑立法、社会接受度等法律和社会问题，这些问题也必然会与技术研发互相作用。目前国内在立法和社会、伦理等方面研究较为薄弱，希望本书的出版能为行业研究带来借鉴。

本书是由戴姆勒-奔驰基金会赞助的知名的专家团队对自动驾驶进行研究的成果。本书主要包括简介、人类和机器、出行、交通、安全和保障、法律与责任、接受度等几部分。本书以科学作为依据，介绍了政治、科学、媒体、学术界和公众感兴趣点，提供了自动驾驶各种问题和情况的独立测试的必要基础。本书适合自动驾驶研究者、汽车专业师生及对自动驾驶感兴趣的人士阅读使用。

[德]马库斯?毛雷尔（Markus Maurer），布伦瑞克工业大学汽车电子方向责任教授，世界知名的汽车安全方向的专家。[美]J.克里斯琴?格迪斯（J.Christian Gerdes），美国斯坦福大学机械工程系教授，汽车研究所主任，世界知名自动驾驶汽车专家。[德]芭芭拉?伦茨（Barbara Lenz），德国宇航中心交通研究所所长，知名交通技术专家。[德]赫尔曼?温纳（Hermann Winner），达姆施塔特工业大学汽车工程研究所所长，教授，德国自动驾驶行业宗师级人物。

译者的话
前言
主编和编著者
第1章介绍1
1.1什么是自动驾驶1
1.2自动驾驶—研究背后的驱动力3
1.3本书的结构3
1.4项目工作4
参考文献6
第2章自动驾驶用例7
2.1考虑用例的动机7
2.2基本假设7
2.3应用案例的描述8
2.3.1州际行驶驾驶员的扩展可用性8
2.3.2自动代客泊车10
2.3.3实现扩展可用性的全自动化驾驶程序11
2.3.4按需车辆14
2.4描述用例的特征16
2.4.1特征A：乘员类型16
2.4.2特征B：优选允许总重16
2.4.3特征C：优选部署速度17
2.4.4特征D：场景17
2.4.5特征E：动态因素19
2.4.6特征F：驾驶机器人和其他实体之间的信息流20
2.4.7特征G：可用性概念22
2.4.8特征H：扩展概念22
2.4.9特征I：干预方案23
2.5一般定义25
参考文献27
第1部分人类和机器
第3章自动驾驶的社会、历史和文化背景31
3.1介绍31
3.2早期的航空和无线电技术奠定了基础31
3.3技术起点：无法自行转向的无人驾驶32
3.4怪异与奇妙之间的位置34
3.5只有无人驾驶的汽车是安全的汽车35
3.6导线成为乌托邦指导原则35
3.7通用汽车的未来世界展示的无人驾驶运输37
3.8导线原理的审视38
3.9在自动驾驶汽车中的一家人39
3.10州际体系和魔幻之路的梦想41
3.11导线视觉技术的实现及应用42
3.12科技乌托邦的副产品——巡航控制43
3.13奇怪地将机器带入生活44
3.14电影中的无人驾驶汽车45
3.15从友善的助手到杀人机器45
3.16微电子的崛起与导线概念的衰落47
3.17霹雳游侠和车载电子48
3.18科幻电影中的自动驾驶车49
3.19全自动无人驾驶的逃生汽车50
3.20通过语音或者按钮选择控制模式50
3.21为什么远程控制不那么可怕了？52
3.22展望52
参考文献54
第4章为什么关于自主汽车的伦理很重要57
4.1为什么伦理重要57
4.1.1避免碰撞的延伸58
4.1.2碰撞优化意味着目标化59
4.1.3危害之外的考虑60
4.2伦理道德的场景61
4.2.1鹿61
4.2.2自我牺牲62
4.2.3闪避伤害64
4.2.4电车难题65
4.3后续步骤66
4.3.1更广泛的伦理问题66
4.3.2总结67
参考文献69
第5章自动驾驶汽车可实现的伦理72
5.1控制系统和很优控制73
5.2成本函数和结果论74
5.3约束和义务论伦理学77
5.4交通法规——约束还是成本？80
5.5简单的道德规则应用81
5.6人的权威和“红色大按钮”83
参考文献84
第6章人与自主智能体的交互86
6.1引言86
6.2自动化车辆中的人为因素87
6.2.1自动化系统的设计87
6.2.2汽车中的自动化88
6.2.3什么是心智模型90
6.3自动化驾驶的心智模型91
6.3.1方法91
6.3.2结果93
6.3.3总结和结论98
参考文献100
第7章沟通以及自动驾驶汽车和人类驾驶员之间的沟通问题104
7.1介绍104
7.2问题105
7.3道路使用者如何沟通105
7.4交通方式对交通安全的意义107
7.5沟通能力是让其他道路使用者接受自动驾驶汽车的前提吗111
7.6当对自动驾驶汽车的驾驶失误做出反应时，其他的道路使用者会应用什么心理模型112
7.7文化差异113
7.8补偿的方法116
7.9新形式的交流：从心理和技术两方面有效地交换信息117
7.10结论119
参考文献120
第2部分出行
第8章自动驾驶——从政治、法律、社会与可持续发展的维度124
8.1简介124
8.2创新政策视角下的自主驾驶124
8.3欧洲自动驾驶愿景126
8.3.1欧洲战略文件127
8.3.2自动驾驶相关的研究（欧洲）129
8.3.3欧盟自动驾驶的参与者和舞台130
8.4国内和国际立法和政治发展131
8.4.1联合国道路交通公约（维也纳公约）的监管变化132
8.4.2美国132
8.4.3日本133
8.4.4英国134
8.4.5瑞典134
8.4.6德国135
8.5分析137
8.6结论139
参考文献139
第9章新的出行概念与自动驾驶：潜藏的变革143
9.1简介143
9.2共享汽车：新式交通概念的“核心应用”144
9.2.1基于车站的共享汽车144
9.2.2灵活（单向）的共享汽车145
9.2.3对等的共享汽车146
9.3使用者和新式交通概念的使用146
9.3.1用户和使用条件146
9.3.2共享汽车用户——共享经济里的“新公民”？147
9.4将日常世界数字化作为新的移动概念的基本前提148
9.5通过共享自动驾驶汽车可以进一步开发新的交通概念吗？149
9.5.1共享汽车自动代客泊车149
9.5.2共享汽车作为“自动驾驶用户的扩展应用”150
9.5.3按需共享汽车150
9.5.4中期总结151
9.6超出共享汽车的新的交通概念：公共交通融合？152
9.6.1重塑联运，使公共交通更加灵活152
9.6.2个性化公共交通153
9.6.3拓宽公共交通服务选项154
9.7用自动驾驶汽车实现新的交通理念154
9.8结论154
参考文献155
第10章高级自动化车辆的部署方案158
10.1背景介绍158
10.2定义和范围158
10.3自动驾驶发展趋势159
10.3.1驾驶员辅助系统的持续改进：演化方案159
10.3.2重新设计个人交通：革命性的方案161
10.3.3个人交通与公共交通的融合：转型的方案162
10.4方案的比较164
10.4.1系统性比较164
10.4.2技术比较166
10.4.3监管比较166
10.4.4企业策略比较167
10.5总结与展望168
参考文献169
第11章自动驾驶和城市结构173
11.1简介173
11.2情景预测——当自动驾驶成为“明日之城”的一部分174
11.2.1再生智能城市175
11.2.2超流动城市176
11.2.3无尽之城177
11.2.4讨论177
11.3自动驾驶及其对城市结构的影响179
11.3.1自动化私家车179
11.3.2自动化出租车作为公共交通的组成部分182
11.4拥有自动化车辆的城市交通系统发展的基本驱动力183
11.5总结与展望184
参考文献186
第12章从需求模型看自动驾驶与自动化车辆188
12.1动机和目标188
12.2是什么决定了我们的交通方式188
12.3运用交通模型对交通方式做出选择189
12.3.1交通需求建模简介189
12.3.2交通模型选择应用模型中的决策标准190
12.4自动驾驶汽车会对我们选择交通方式的行为造成什么影响192
12.4.1州际驾驶：应对特殊情况的汽车有特殊的东西吗？192
12.4.2代客泊车——再也不用找停车位？193
12.4.3在全自动车辆中舒适安全地到达目的地193
12.4.4按需车辆——快速发展的Zipcar193
12.4.5未来之车：汽车、出租车或是火车的竞争者？194
12.5用户对自动驾驶车辆的可能应用有何预期？初步调查结果195
12.5.1什么交通方式会被替代？195
12.5.2受访者认为自动驾驶汽车的具体优势是什么？197
12.5.3今天我们在路上做什么，以后做什么？198
12.6在需求建模中的自动驾驶车辆：其一体化的潜力和199
12.7总结与展望201
参考文献202
第13章自动驾驶对车辆概念的影响205
13.1介绍205
13.2以驾驶员增强可用性的州际驾驶207
13.2.1车身设计的影响207
13.2.2对驾驶概念的影响208
13.2.3对底盘设计的影响208
13.2.4对内饰和人机界面的影响209
13.3自动代客泊车210
13.4按需车辆210
13.4.1对车身设计的影响210
13.4.2对驾驶概念的影响212
13.4.3对底盘的影响212
13.4.4对内饰和人机界面的影响215
13.5用例总览216
13.6超出车辆的变化217
13.7后续概念218
13.8总结218
13.9自动驾驶将革新车辆概念吗？219
参考文献219
第14章一个基于需求的交通自动化系统的实现222
14.1介绍222
14.2定义和范围222
14.3AMOD系统的描述223
14.3.1技术设计223
14.3.2操控225
14.3.3商业模式227
14.4运输系统实施的成果227
14.4.1评估、测试与公共运行之间的区别227
14.4.2车辆概念的选择228
14.4.3风险评估和法律分类229
14.4.4合约结构230
14.4.5运行区域和运行场景的选择230
14.4.6建立运输系统和人员认证231
14.4.7系统启动和运行监控232
14.4.8用户和行人信息233
14.4.9公众响应233
14.5总结和展望234
参考文献236
第3部分交通
第15章含自动驾驶汽车的交通系统的交通控制与管理240
15.1动机240
15.2驾驶模型241
15.3人与机器244
15.4接近信号灯246
15.5自适应交通信号248
15.6含有自动驾驶汽车的绿波交通249
15.7仿真一座城市250
15.8结论251
参考文献252
第16章自动驾驶车辆对交通的影响254
16.1介绍254
16.2交通流量特征254
16.2.1交通流量参数254
16.2.2交通流量理论255
16.2.3固定交通条件模型——基本图256
16.2.4容量和稳定性256
16.3自动驾驶车辆对交通的影响260
16.3.1高速公路路段260
16.3.2交通灯交叉口263
16.3.3评估自动驾驶的效率增益265
16.4结论与展望265
16.4.1交通265
16.4.2基础设施266
16.4.3合作267
参考文献267
第17章自动驾驶车辆的安全效益：开发、验证和测试事故研究中的拓展发现269
17.1引言269
17.1.1动机269
17.1.2驾驶自动化水平的分类270
17.2事故数据收集体现潜在的安全效益271
17.2.1德国联邦道路交通事故统计271
17.2.2德国深入交通事故研究（GIDAS）271
17.2.3美国的道路交通事故统计272
17.2.4道路事故数据，以中国和印度为例272
17.2.5国际交通事故数据收集272
17.2.6汽车制造商的事故数据收集273
17.2.7德国保险协会的事故数据273
17.2.8消费者协会事故数据的收集（ADAC）274
17.3事故数据分析的基本原理274
17.3.1数据收集的水平与案件的数量274
17.3.2与效率领域相比行动领域的有效性274
17.3.3潜在安全效益取决于自动化等级和效率度275
17.4基于事故数据预测的意义276
17.4.1“仅驾驶员”/“无自动化”事故数据的后验分析276
17.4.2辅助和部分自动驾驶的先验预测277
17.4.3发展高度全面自动驾驶的潜在安全效益和评价场景280
17.5潜在的安全效益/风险和对测试的影响283
17.5.1人为错误和全自动驾驶中的技术错误283
17.5.2潜在的安全效益——人与机器的表现284
17.5.3全自动车辆在不可避免的事故中的潜在安全优势287
17.6结论和展望288
参考文献290
第18章在货物运输中的自动驾驶车辆以及自动驾驶294
18.1引言294
18.2无人及自动运输系统的发展历史295
18.2.1无人驾驶室内运输系统295
18.2.2私人财产户外自动导引车辆296
18.2.3用于工厂外部货物运输的自动驾驶车辆297
18.2.4其他交通方式中的自动驾驶及自动驾驶车辆的发展297
18.2.5暂时的结论298
18.3自主货运领域的应用案例299
18.3.1附记：自主货物运输的自动化程度299
18.3.2自主货物运输的使用案例300
18.3.3州际驾驶——需要驾驶员且能够自由行驶300
18.3.4按需车辆——不需要驾驶员且能够自由行驶301
18.3.5驾驶员可从事其他事项的全自动驾驶车辆——Follow-Me车辆302
18.3.6代客泊车——代客送货303
18.4在货运领域更高的自动化程度所引起的供应链的改变303
18.5对货物运输链中的自动系统的初步的微观经济方面的评价305
18.6对货物运输链中的自动系统的初步的宏观经济方面的评价306
18.7总结与展望307
参考文献309
第19章用于未来都市交通的自动按需出行系统311
19.1引言311
19.1.121世纪的个人城市交通311
19.1.2按需出行方案（MoD）的兴起312
19.1.3超越MoD：自动按需移动出行（AMoD）313
19.1.4本章贡献313
19.2建模和控制AMoD系统314
19.2.1AMoD系统空间排队模型314
19.2.2控制AMoD系统的方法315
19.2.3对比317
19.3评估AMoD系统317
19.3.1案例研究I：AMoD在纽约317
19.3.2案例研究II：AMoD在新加坡318
19.4未来研究方向321
19.4.1未来的建模与控制研究321
19.4.2AMoD评估的未来研究322
19.5总结322
参考文献323
第4部分安全和保障
第20章自动驾驶机器感知的预测327
20.1引言327
20.2机器感知328
20.2.1范围和特点328
20.2.2环境模型的特征330
20.3处理不确定的机器感知的方法331
20.3.1不确定的领域331
20.3.2状态的不确定性332
20.3.3存在不确定度333
20.3.4分类不确定335
20.3.5总结335
20.4对机器感知能力影响的预测336
20.5总结338
参考文献339
第21章自动驾驶汽车的发布341
21.1简介341
21.2汽车行业现行测试理念343
21.3测试概念要求346
21.3.1有效性标准346
21.3.2效率标准346
21.4自主驾驶的特色347
21.4.1道路车辆的自动化与全自动化对比347
21.4.2航空、铁路和道路交通规定对比348
21.5开放全自动车辆生产的挑战（“批准陷阱”）350
21.5.1现行自主驾驶测试概念的有效性350
21.5.2数百万公里的测试直到开放全自动车辆的生产351
21.6可能解决测试挑战的方法354
21.6.1重新使用已批准的功能354
21.6.2加快测试354
21.7结论357
参考文献358
第22章自主车辆会学习吗？360
22.1简介360
22.2车辆、环境和驾驶员（行为）学习360
22.3学习技术系统361
22.3.1各种机器学习过程的概述362
22.3.2示例364
22.4替代驾驶员（行为）学习的自动化364
22.4.1安全系统365
22.4.2系统生命周期各个阶段的挑战和解决方案366
22.4.3安全驾驶措施369
22.5自动化作为集体学习的一部分372
22.6结论373
参考文献374
第23章自动驾驶车辆中的安全方案377
23.1安全状态377
23.1.1在系列量产车中使用的驾驶辅助系统的安全状态378
23.1.2自动驾驶实验车辆的安全状态379
23.1.3总结382
23.2其他领域批量生产中使用的安全方案382
23.2.1轨道车辆382
23.2.2执行器的纯电气控制（X-by-Wire）383
23.2.3机器人383
23.2.4发电站技术384
23.3使用案例中的安全状态384
23.3.1使用案例1：驾驶员作为备用扩展选项的州际自动驾驶385
23.3.2使用案例2：自动代客泊车385
23.3.3使用案例3：驾驶员作为备用扩展选项的全自动驾驶386
23.3.4使用案例4：专车服务387
23.3.5总结387
23.4安全性相关事件388
23.5降低风险等级的措施388
23.6恶化场景的预期389
23.7困境389
23.8总结391
参考文献392
第24章与收集和制作可用的附加数据相关的机会和风险396
24.1介绍：车辆、自由和隐私396
24.2自主驾驶的附加数据的收集和处理397
24.2.1当今网联汽车的个人数据和潜在的传输397
24.2.2自主驾驶车辆上的个人信息的收集398
24.2.3数据控制和滥用储存的数据的后果400
24.2.4数据传输到第三方的结果400
24.3某些特殊的数据是否会造成特定的障碍402
24.4隐私角度的要求403
24.4.1原则403
24.4.2额外数据的“数据保护”使用额外监控措施405
24.4.3访问权限和加密405
24.5架构考虑406
24.6长期的考虑408
24.7结论408
参考文献409
第5部分法律与责任
第25章自动驾驶基本的和特殊的法律问题414
25.1介绍414
25.2以前的工作和初步注意事项415
25.3以当前交通状况为起点416
25.4评估自动驾驶417
25.4.1市场上现有的驾驶员辅助系统现状418
25.4.2自动驾驶419
25.5自动驾驶基本的法律问题419
25.5.1自动驾驶风险419
25.5.2困境状况421
25.5.3覆盖乘客的可能性424
25.5.4自动驾驶误差校准能力425
25.5.5道路交通通信426
25.5.6违规427
25.6与自主驾驶相关的特殊法律问题428
25.6.1无人驾驶车辆的法律评估429
25.6.2根据道路交通责任法对自主驾驶的评价429
25.6.3关于产品责任法方面的评估430
25.6.4国际背景下法律评估的可能差异432
25.6.5特殊提问：对自主车辆乘客的管理责任432
25.7结论433
参考文献434
第26章美国的产品责任问题及相关风险436
26.1介绍436
26.2为什么出现产品责任诉讼437
26.3更多近期高调的产品责任诉讼439
26.3.1“突然加速”诉讼439
26.3.2通用汽车点火开关问题和召回440
26.4产品责任案件的索赔和防范441
26.4.1严格的产品责任索赔441
26.4.2疏忽索赔442
26.4.3违反保固索赔442
26.4.4“消费者权益保护法”规定443
26.4.5自动驾驶车辆诉讼中出现的缺陷类型443
26.4.6产品责任案件防范445
26.5自动驾驶车辆产品责任风险管理445
26.6结论447
参考文献448
第27章法规和不作为导致的风险450
27.1引言450
27.1.1背景450
27.1.2风险是什么451
27.1.3法规是什么452
27.1.4监管挑战453
27.2确保赔偿453
27.2.1扩大公共保险453
27.2.2促进私人保险453
27.3强制信息共享454
27.3.1特权具体454
27.3.2授权安全案例455
27.4简化问题457
27.4.1风险持续时间457
27.4.2排除极限457
27.5提高竞争环境458
27.5.1拒绝现状458
27.5.2接受企业责任460
27.6结论461
参考文献462
第28章自动驾驶车辆的开发与批准：技术、法律和经济风险的考虑464
28.1引言464
28.1.1动机464
28.1.2提高自动化产品安全性的问题464
28.1.3辅助系统的技术持续发展——新机会和风险465
28.2关于复杂车辆技术安全的预期466
28.2.1消费者对汽车安全的期望上升466
28.2.2自动驾驶车辆的风险和效益466
28.3法律要求和影响467
28.3.1普遍接受的技术规则468
28.3.2产品安全法(ProdSG)468
28.3.3产品责任法(ProdHaftG)469
28.4基于责任和保修索赔的专家知识来提高自动化车辆的产品安全性470
28.4.1产品危机的经验470
28.4.2以前的产品责任案件的基本问题472
28.4.3开发阶段的潜在危险情况473
28.4.4开发过程中评估风险的方法474
28.4.5专业知识确定审批标准478
28.4.6在一般开发过程中增加自动驾驶车辆产品安全性的步骤478
28.4.7上市后的产品监控480
28.4.8国际公认的很好做法的步骤481
28.5总结与展望482
参考文献484
第6部分接受度
第29章社会和个人对自主驾驶的认可度489
29.1介绍489
29.2认可度490
29.3接受自主驾驶：研究的当前状态和重点493
29.4道路使用者观点494
29.4.1方法495
29.4.2结果495
29.5展望500
参考文献502
第30章自主驾驶的社会风险：分析、历史背景与评估505
30.1简介与概述505
30.2风险分析与伦理506
30.2.1风险——术语维度506
30.2.2风险相关事物分析507
30.3自主驾驶的社会风险508
30.3.1事故风险508
30.3.2运输系统风险509
30.3.3投资风险510
30.3.4劳动力市场风险511
30.3.5出行便利性风险512
30.3.6隐私风险512
30.3.7依赖风险513
30.3.8风险与引入场景之间的关系514
30.4与之前风险辩证的关系514
30.4.1主要风险辩论中的经验515
30.4.2自主驾驶结论516
30.5负责任的风险管理策略517
30.5.1风险评估517
30.5.2风险和接受518
30.5.3社会风险管理的要素519
参考文献521
第31章开车、搭车：自动驾驶与车辆使用523
31.1引言523
31.2我们开车……开车……和开车……524
31.2.1使用汽车的理由和动机是什么？524
31.2.2总结526
31.3基于汽车所有权和汽车驾驶背景下的自动驾驶的多重调查526
31.3.1基于具体用例的自主驾驶感知与评估527
31.3.2未来的自动驾驶：“我们真的想要那样生活吗？”531
31.3.3结果532
31.3.4总结534
31.4结论534
参考文献536
第32章自动驾驶技术的消费者认知：对使用案例和品牌战略的考察539
32.1简介539
32.2理论背景540
32.2.1科技中介服务、服务机器人和消费者意向540
32.2.2自动驾驶技术的消费者接受度研究541
32.3概念模型542
32.3.1品牌权益、自动化汽车的接受者和购买意向542
32.3.2自动驾驶汽车的品牌联盟与购买意向543
32.3.3自动驾驶的使用案例及其对采购意向的影响543
32.4样本说明543
32.5研究1544
32.5.1研究设计、数据采集和检测方法544
32.5.2研究结果545
32.6研究2547
32.6.1研究设计、数据采集和检测方法547
32.6.2研究结果547
32.7研究3548
32.7.1研究设计、数据采集和检测方法548
32.7.2研究结果549
32.8结果讨论与未来研究550
参考文献552