安全對于無人駕駛至關重要！碰撞是威脅汽車安全駕駛的最大原因之一，如果自動駕駛能有效避免汽車之間以及汽車與其他交通參與者之間的碰撞，將會大大提升交通安全，減少更多的交通安全事故。

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

SFF的工作原理

SFF的主要任務是將周圍交通環(huán)境中感知到的所有物體進行基于物理模型的前向模擬，基于這些計算SFF將執(zhí)行安全程序來獲得讓各個主體避免碰撞并停止的路徑，安全程序可以是剎車、也可以是轉(zhuǎn)向配合剎車的過程。

SFF主要由兩個交通主體當前的狀態(tài)決定，它將描述其中一個主體在另一個主體出現(xiàn)時將如何行動，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算機制，可以有效地集成到其他控制軟件中。

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

SSF在運行過程中每一個主體都會得到一條包含目標時空占據(jù)情況的三維追蹤軌跡，研究人員將這一時空占據(jù)稱為“聲明空間（Claimed set）”，如果兩個物體的聲明空間有重疊就意味著他們將在某個時空點上會占據(jù)相同的空間，有碰撞的危險。所以當重疊發(fā)生時，SSF將采取行動以避免膨脹的發(fā)生，并為每一個物體計算最優(yōu)的實時控制策略。

開啟SFF后車輛規(guī)避碰撞的模擬

為了針對每一個主體選擇最好的控制命令，SFF利用了“安全潛能（safety potential）”函數(shù)來描述在給定情況下每個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分析來計算那一個控制命令將最有效的避免碰撞的發(fā)生，同時與基準控制安全程序進行比較尋找出最優(yōu)的控制命令。

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

SFF指導下的緊急剎車和轉(zhuǎn)向減速規(guī)避動作

在模擬過程中，研究人員將汽車的橫向和縱向移動進行了聯(lián)合考慮，在完整的三維時空中進行模擬，并利用了GPU進行加速。這對于模擬真實情況下汽車的運動十分重要，實際行駛中的汽車不僅包括了縱向上的加速減速過程，還包括橫向的變道和規(guī)避過程。此外有的路面還會出現(xiàn)車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雜的真實情況。

SFF在多種場景下都可以有效應用，包括高速路行駛、普通道路駕駛甚至是停車場等場景都可以大幅度提升行駛安全。

不同車輛的聲明空間，如果有重疊就要進行安全控制