安全對(duì)于無(wú)人駕駛至關(guān)重要！碰撞是威脅汽車(chē)安全駕駛的最大原因之一，如果自動(dòng)駕駛能有效避免汽車(chē)之間以及汽車(chē)與其他交通參與者之間的碰撞，將會(huì)大大提升交通安全，減少更多的交通安全事故。

來(lái)自英偉達(dá)的研究人員提出了一種稱(chēng)為安全力場(chǎng)（Safty Force Field，SFF）的方法避免車(chē)輛碰撞，不僅從理論上證明了可以避免車(chē)輛碰撞，更在模擬和真實(shí)情況下驗(yàn)證了方法的有效性。SSF可以作為一種獨(dú)立的手段監(jiān)督車(chē)輛的路徑規(guī)劃和控制策略，如果發(fā)現(xiàn)威脅行車(chē)安全將會(huì)否決并糾正主系統(tǒng)的決策。

SFF的工作原理

SFF的主要任務(wù)是將周?chē)煌ōh(huán)境中感知到的所有物體進(jìn)行基于物理模型的前向模擬，基于這些計(jì)算SFF將執(zhí)行安全程序來(lái)獲得讓各個(gè)主體避免碰撞并停止的路徑，安全程序可以是剎車(chē)、也可以是轉(zhuǎn)向配合剎車(chē)的過(guò)程。

SFF主要由兩個(gè)交通主體當(dāng)前的狀態(tài)決定，它將描述其中一個(gè)主體在另一個(gè)主體出現(xiàn)時(shí)將如何行動(dòng)，如果主體服從約束將避免不安全的碰撞發(fā)生。它在基本的碰撞規(guī)避層上提出了一種可計(jì)算機(jī)制，可以有效地集成到其他控制軟件中。

上圖中黃色區(qū)域是行駛車(chē)的聲明區(qū)域，與對(duì)向車(chē)的聲明區(qū)域產(chǎn)生重疊，意味著將有碰撞的可能。這是SFF將干預(yù)控制系統(tǒng)剎車(chē)來(lái)避免碰撞。

SSF在運(yùn)行過(guò)程中每一個(gè)主體都會(huì)得到一條包含目標(biāo)時(shí)空占據(jù)情況的三維追蹤軌跡，研究人員將這一時(shí)空占據(jù)稱(chēng)為“聲明空間（Claimed set）”，如果兩個(gè)物體的聲明空間有重疊就意味著他們將在某個(gè)時(shí)空點(diǎn)上會(huì)占據(jù)相同的空間，有碰撞的危險(xiǎn)。所以當(dāng)重疊發(fā)生時(shí)，SSF將采取行動(dòng)以避免膨脹的發(fā)生，并為每一個(gè)物體計(jì)算最優(yōu)的實(shí)時(shí)控制策略。

開(kāi)啟SFF后車(chē)輛規(guī)避碰撞的模擬

為了針對(duì)每一個(gè)主體選擇最好的控制命令，SFF利用了“安全潛能（safety potential）”函數(shù)來(lái)描述在給定情況下每個(gè)控制命令的安全系數(shù)。SFF將在重疊的聲明空間中利用擾動(dòng)分析來(lái)計(jì)算那一個(gè)控制命令將最有效的避免碰撞的發(fā)生，同時(shí)與基準(zhǔn)控制安全程序進(jìn)行比較尋找出最優(yōu)的控制命令。

雖然有多種控制方案，但SFF選擇了轉(zhuǎn)向和剎車(chē)的控制組合來(lái)保障安全，這樣可以盡可能少地干擾汽車(chē)主控系統(tǒng)的控制。在轉(zhuǎn)向和剎車(chē)配合的安全程序下，SFF將學(xué)習(xí)人類(lèi)駕駛員的控制行為。如果急剎車(chē)不能避免碰撞的話，將會(huì)模擬人類(lèi)轉(zhuǎn)向，將車(chē)轉(zhuǎn)到可行駛的硬路肩上以避免碰撞。

SFF指導(dǎo)下的緊急剎車(chē)和轉(zhuǎn)向減速規(guī)避動(dòng)作

在模擬過(guò)程中，研究人員將汽車(chē)的橫向和縱向移動(dòng)進(jìn)行了聯(lián)合考慮，在完整的三維時(shí)空中進(jìn)行模擬，并利用了GPU進(jìn)行加速。這對(duì)于模擬真實(shí)情況下汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)十分重要，實(shí)際行駛中的汽車(chē)不僅包括了縱向上的加速減速過(guò)程，還包括橫向的變道和規(guī)避過(guò)程。此外有的路面還會(huì)出現(xiàn)車(chē)道線缺失和擁堵的情況，只有聯(lián)合橫向和縱向的控制才能盡可能多地覆蓋復(fù)雜的真實(shí)情況。

SFF在多種場(chǎng)景下都可以有效應(yīng)用，包括高速路行駛、普通道路駕駛甚至是停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)景都可以大幅度提升行駛安全。

不同車(chē)輛的聲明空間，如果有重疊就要進(jìn)行安全控制