美國未來的汽車、飛機和火車會是什麼樣子
系統思維推動智慧交通系統朝著「零願景」的目標前進。
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本文包括來自澳洲智慧交通技術總監 Scott Benjamin 的貢獻；Mara Bullock，加拿大 ITS 規劃實踐國家經理；Ian Patey，英國智慧交通專業負責人；紐西蘭交通部技術總監 Fergus Tate。
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全面考慮智慧交通系統，是現代交通系統交付的關鍵。這種觀點包含模式和使用者之間的介面和交互，這些交互通常是任何安全問題的核心 —— 而這些交互在很大程度上涉及機動車輛。
雖然車輛的實體設計，超出了智慧交通系統 (ITS) 的工作範圍，但有一些以車輛為中心的技術，無論是特定於車輛本身，還是作為更廣泛的數據主導的 ITS 全系統方法的一部分，對交通生態系統的整體安全產生影響。交通系統的整體視角，基於道路系統用戶和系統設計者分擔責任的安全系統原則1 ， 將根據零願景促進車輛安全改進，該願景目的在防止全球道路內的死亡和重傷交通系統。
ITS 整體方法將人員、流程、基礎設施、車輛和技術，以及相關數據整合在一起，為人員和貨物的流動形成安全高效的環境。
車輛安全背景
實用性、風格、舒適性和相關的顯著特徵，一直是並將繼續成為人們選擇交通方式的重要因素 —— 但交通行業的人們必須始終將安全放在首位，並繼續尋求安全方面的創新，即使最終使用者最初並不這樣做問他們。
車輛安全方面的進步，直接有助於減少道路死亡人數。這些進步包括與安全帶使用、防抱死制動系統、安全氣囊相關的努力和創新，以及最近的安全輔助系統，例如倒車/倒車攝影機、碰撞警告雷達系統，和車道偏離警告系統。美國交通部的國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 估計，從 1987 年到 2017 年，僅正面安全氣囊就在美國挽救了 50,457 人的生命。2 歐洲和澳洲的新車評估計劃 (NCAP) 和 NHTSA 等安全法規和認證體係，為不斷發展更安全的車輛，創造了必要性和環境，因此挽救了許多生命。
人為錯誤，仍然是多達 94% 的機動車碰撞事故的一個因素，3 這加劇了系統設計人員（包括道路車輛設計人員）面臨的持續挑戰。儘管全自動車輛被視為消除人為錯誤的機會，但要實現所有用例的完全自動駕駛，還有很長的路要走。這需要一種新的思維方式，來主動解決當今車輛，仍然存在的持續安全問題；這種想法將隨著道路車輛技術的進步而發展，最終實現完全自動化。
一種新的思維方式
全世界每年約有 135 萬人死於道路上；還有 2000 萬到 5000 萬人受重傷。4 「零願景」認為，世界道路上的生命損失是不可接受的；在一系列影響因素中，它考慮了車輛安全的進步，如何有助於實現全球零傷害的總體目標。這種系統思維視角，透過了解接口和相互關係來優化改進，而不是孤立地考慮車輛。例如，沃爾沃集團承諾在整體框架的指導下「努力」實現零願景。5 在 ITS 整體環境中，車輛安全是預防碰撞和降低發生碰撞時，嚴重傷害風險的重要因素。
車輛安全的下一個重大飛躍，是透過引入互聯和自動車輛 (CAV) 技術，來減少人為錯誤的影響。但是，如果汽車製造商單獨實現這一飛躍，該技術將無法充分發揮其潛力。
系統思維是世界許多地方的一種新方法，它反映了車輛安全設計的歷史轉變。其中一個轉變是優先考慮耐撞性，或車輛保護其乘員的能力 —— 具有諸如碰撞區之類的功能，目的在最大程度地減少對乘員的傷害，而不是盡量減少對車輛本身的損害。這些功能通常會增加前期成本，或碰撞後的維修成本，但這一費用被死亡人數和傷害嚴重程度的減少所抵消。
同樣，將 ITS 技術整合到車輛中，可能會帶來額外的成本，以及車輛製造商和基礎設施所有者和營運商 (IOO) 之間的額外協調和責任。但同樣，當與更安全的結果（減少道路死亡人數和嚴重傷害）明確相關時，這項投資將證明是值得的。
車輛製造商已經接受了這一前提，並與 IOO 展開了對話，這比 25 年前幾乎沒有關係的情況邁出了一大步。過去設計車輛，設計道路，但很少追求兩者的融合。今天，我們看到了涉及 IOO 和汽車製造商合作的大規模試點計劃 —— 我們還看到了致力於推進研究，和分享經驗教訓的會議 —— 這些成果反映了一種認識，即為了實現重大安全改進的目標，必須建立道路和車輛之間的伙伴關係。
道路與車輛的伙伴關係，將透過向普遍連接的發展來實現，以支持更高的自動化。連接性是最終使車輛感測器能夠「看到」拐角處，或提高其對遠處問題的「意識」的粘合劑。整體思維把我們帶到了這個關口。世界上最大的汽車製造商大眾汽車集團6 正在歐洲帶頭開發具有 Car2X 無線電連接功能的高度智慧系統，以「讓車輛直接與彼此及其周圍環境進行通信，從而更安全地運行」。7
圖 1 - 聯網駕駛：車輛直接相互通信並與周圍環境通信，以更安全地運行 - 圖片來源：WSP
在美國 (US)，車聯網 (V2X) 連接也被廣泛認為是實現「零願景」目標的關鍵推動因素 —— 全球道路交通系統中的零死亡和重傷 —— 前提是系統是整體考慮的。美國交通部 (US DOT) 公開表示，V2X 技術具有「顯著的安全性和行動性優勢，無論是單獨使用還是與車載感測器結合時作為補充技術」。8
例如，由於速度是導致碰撞發生或嚴重程度的主要因素之一，因此從基礎設施到車輛，傳達速度限製或建議 —— 以及可能基於當前天氣和道路建設的可變條件 —— 可以更直接地向駕駛員提供資訊，和自動駕駛系統目前推薦的安全運行速度是多少。此外，當存在不安全情況時，例如相鄰車輛之間的速度差異較大，或前方交通排隊時，可以在車輛之間傳輸資訊，以告知其他車輛及其駕駛員如何為接近做最好的準備條件。
在英國，A2M2 Connected Vehicle Corridor Trial 9 測試了將高速公路信號與測試車輛中的顯示器連接起來的系統，以展示直接向車載顯示器，提供可變限速和道路工程資訊的潛在好處。
今天的防撞系統通常是基於車輛的，並且相對獨立於基礎設施，但它們可以與碰撞通知系統相結合，一旦發生碰撞，就會與基礎設施進行通信。這與緊急車輛搶佔等應用，一起調整緊急車輛路線上的信號時間，以支持更安全、更快地穿越十字路口，可以在發生碰撞時縮短響應時間，從而有助於降低事故的嚴重性任何傷害。
透過同一個鏡頭看
並非所有車輛和技術公司，包括一些正在開發自動駕駛系統的公司，都將道路和車輛之間的這種夥伴關係視為關鍵步驟。一些技術專家認為他們不需要連接，他們可以設計他們的車輛軟體或硬體系統，來導航傳統道路，而不是就設計更好和更智慧的道路系統，如何支持和支持他們的車輛系統展開對話。
由於先進或自動駕駛系統的未來，分散在不同的利益相關者組織和公司群體中，有些人滿足於透過軟體簡單地「設計更好的驅動程序」，並假設它可以在任何設計領域或環境條件下運行。他們沒有看到連通性在擴大數據輸入，到駕駛決策過程中的價值。儘管這些努力在特定的地理圍欄條件下，將繼續取得有限的成功，但由於「超越車輛本身」的能力有限，它們最終將在有效性方面達到一個平台。
但即使每個人都將連通性視為主要問題，CAV 行業本身仍陷入技術驅動的衝突，因為依賴安全的系統的開發週期，比新技術的開發週期長得多。世界各地的許多專家花了十年時間研究、開發和測試，基於 Wi-Fi 的 V2X 通信協議，而在此期間，蜂窩技術的快速發展進入了討論，結果是缺乏對最佳方案的普遍看法連接設備的通信方法。預計第五代蜂窩 (5G) 的普及，將使本已不確定的技術格局進一步複雜化。
形成整體觀點的機會
雖然車輛通信和車輛安全的方法，在利益相關者中可能並不普遍，但持續的對話和對實現零願景的整體關注，可能會導致基礎設施增強，從而反映車輛製造商的投入，並對安全產生重大影響。
例如，在美國，全國統一交通控制設備委員會 (NCUTCD) 最近努力推薦更寬的路面標記，以支持未來的自動駕駛系統。NUTCCD 是一個組織，其目的是協助制定交通控制設備和實踐的標準、指南和保證，並向美國交通部提出建議，以供將來納入其統一交通控制設備手冊。
美國交通部和白宮科技政策辦公室還在2020 年初公佈了確保美國在自動駕駛汽車技術方面的領導地位：自動駕駛汽車 4.0 (AV 4.0) 。10 本文件以美國交通部先前的指導為基礎，並擴展了範圍包括 38 個相關的美國政府部門，這些部門在 CAV 技術的安全開發和整合方面，擁有直接或間接股權。AV 4.0是美國 DOT 本身的一個整體觀點，目的在確保政府對 AV 技術採取一致的方法，並指定當局、詳細研究並協調整個政府的投資。
加拿大交通部於 2019 年 1 月發布加拿大自動駕駛系統安全評估，11確定了具有 ADS 功能的車輛應該能夠執行的 13 項成果，確保在政策仍在制訂期間能夠繼續創新。2019 年 2 月，加拿大交通部發布了加拿大自動駕駛和聯網車輛安全框架 12，概述了加拿大的立法和監管制度和標準，並概述了使用非監管工具支持安全測試和部署的靈活方法。
另一個需要考慮的重要因素是人為因素。13這包括確定使用者將如何與任何系統交互，以確保在不引入其他不良行為和增加駕駛員工作量，和/或分心的情況下實現預期收益。這種需求還可能為 IOO 提供與汽車製造商和技術公司合作的機會，以確保車載技術的任何應用，都以安全為重中之重。
ITS，包括速度感測器和紅燈攝影機，也可用於執法目的並鼓勵安全使用道路。如前所述，雖然車輛的實體設計在發生碰撞時，對乘員和易受傷害的道路使用者的安全做出了重大貢獻，但不在 ITS 的範圍內，但可以在車輛上安裝各種 ITS 技術以解決問題區域在他們的物理設計中。
保持公平
汽車製造商必須保持警惕，以確保在最廣泛的車輛截面上，快速提供安全增強功能。傳統上，新功能首先在高端車輛上實施，然後隨著消費者的需求引入其他車型；雖然這種方法可能適用於豪華附加組件，但它對於基本安全功能的防禦性較差。
在某些情況下，這種進展可能需要監管力量來確保成功，類似於現在在美國、加拿大和其他國家銷售的所有新車，都必須配備倒車攝影機。這項授權花了很多年才制訂和生效，但現在，在授權兩年後，它已被廣泛接受。另一個例子是倫敦交通局的公共汽車安全標準，該標準準備要求所有新的全尺寸大客車配備駕駛員輔助技術，例如智慧速度輔助和間接視覺系統（例如即將發生的碰撞檢測/警告）。14
挑戰仍然存在，只有新車才能從新車的變化和要求中受益，而且許多人已經擁有或將購買二手車。因此，應酌情設計和實施售後技術，至少，汽車製造商應考慮允許在現有車輛上，安裝經過驗證的安全技術，而不會使保修失效，特別是如果這些技術，使車輛更有可能觀察到更安全的駕駛行為，並最終保護其乘員。此外，在只有部分車輛受益於某些安全功能的時間段內，必須為未配備的車輛提供替代選項。
除瞭解決單個車輛之間的公平挑戰之外，IOO 在對不同車輛增強功能進行試點測試時還需要考慮公平問題。這包括在不同類型的位置實施系統，例如有信號和無信號的十字路口、人行橫道、過境和貨運走廊，以及在城市和農村環境中。公平的另一個組成部分是確保跨模式的安全，不僅關注車輛中的人，還關注在車輛附近旅行的人，例如行人、騎自行車的人或其他易受傷害的道路使用者。透過盲點檢測和自動緊急制動等各種車輛功能，以及基於基礎設施的行人檢測系統、主動人行橫道和智慧照明，可以增強車輛附近易受傷害的道路使用者的安全。
Euro NCAP 增加了對車輛，設計如何保護弱勢道路使用者安全的評估。對 ITS 和其他新興技術進行此類評估，將有助於確保車輛技術目的在保護車輛乘員和其他道路使用者，特別是目前佔所有道路死亡人數一半以上的弱勢道路使用者。
自動車道保持等新的駕駛員輔助功能，可以幫助應對這一挑戰。這項措施依賴於機器可讀的線路，需要有針對性的支出才能產生廣泛、永續的安全影響。當這些增強功能還可以超越個人設備、可穿戴設備和微型行動模式（例如踏板車和自行車（電動和非電動））時，將實現真正的整體方法。
向前進
系統化的方法需要車主承擔額外的責任 —— 確保所有車輛安全功能/系統在與系統基礎設施相關的情況下正常運行，而不是簡單地確保車輛本身「適合上路」。還需要對系統進行全面審查，以便瞭解增量收益和相關影響；隨著越來越多的車輛包含附加的安全功能，本次審查可以讓我們瞭解持續改進如何影響整體系統安全。
圖 2 - 零願景方法中分擔安全責任。（改編自瑞典交通管理局）
安全機動車輛是安全道路系統的關鍵組成部分。一個整體的視角將有助於理解系統的相互依賴性，以及如何最好地支持協調變化，以創建和維護所有道路使用者和車輛之間的安全接口。
設計考慮整個系統並考慮人為錯誤的車輛，並鼓勵這些車輛安全運行，從而在個人道路使用者與基礎設施，和車輛系統設計師之間分擔交通安全責任，對於設計專注於以下方面的道路系統非常重要所有用戶的安全。實現零死亡和重傷 —— 零願景的目標 —— 需要多個利益相關者之間，共享這種包容各方的合作方法。
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1 系統設計者——根據零願景方法——包括政策制訂者、政治家/政府官員、基礎設施所有者和營運商、規劃者、工程師和道路設計師、車輛製造商、創傷和醫院護理提供者、執法者，以及其他提供道路運輸的人系統。
6 Mark Toljagic，wheels.ca，Mark Toljagic，wheels.ca，「這些是世界上最大的汽車製造商」，2019 年 8 月 20 日
9 科進為走廊設計了試驗和系統架構；實際試驗涉及 30 多家零部件製造商，例如車載顯示器和感測器。
10 AV 4.0，美國交通部
13 「有效的智慧交通系統整合人為因素」，wsp.com
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