手动驾驶将成违法?自动驾驶汽车能否颠覆汽车行业?

点击数:52 发布时间:2016-08-24
无人驾驶技术的开发历史可以追溯到 1939 年,而无人驾驶这个概念被炒热也就是近几年的事。从特斯拉、谷歌、苹果开始,再到各种初创企业,国内则是以百度为代表,连乐视都要在发布会上展示一辆无人电动概念车。
手动驾驶将成违法?自动驾驶汽车能否颠覆汽车行业?

无人驾驶技术的开发历史可以追溯到 1939 年,而无人驾驶这个概念被炒热也就是近几年的事。从特斯拉、谷歌、苹果开始,再到各种初创企业,国内则是以百度为代表,连乐视都要在发布会上展示一辆无人电动概念车。马斯克甚至宣称,在未来,人类开车将是一种违法行为。但现实在打无人驾驶概念的脸:中国黑客“催眠”一辆特斯拉。

360汽车信息安全团队负责人刘健皓,中国特斯拉破解第一人;浙江大学博士闫琛,智能系统安全实验室成员,著名的汽车黑客。他们带领团队全球首次用实车实现攻击特斯拉自动驾驶系统。

“催眠”特斯拉,这样疯狂的事情,也许只有在世界顶级黑客会议DEF CON上才能看到。而且,没错,又是中国黑客干的。先来说说特斯拉辅助驾驶(AutoPilot)。

讲真,辅助驾驶系统的可用性非常高。诸多特斯拉车主已经尝试过在早高峰把车开上北京的二环,打开辅助驾驶,闭目养身半小时之后再切换成手动模式驶离主路。然而,可用性和可靠性在某些特殊的时刻,并不那么协调。


辅助驾驶导致严重事故的特斯拉 

这辆特斯拉生前的最后一刻,正是开启了辅助驾驶模式,据说,系统把横在前方的纯白色卡车识别为了远方的大楼或广告牌。


特斯拉事故示意图 

而就在前两天,中国特斯拉自动驾驶的“首撞”也发生在北京北五环上。

频发的撞车事故至少说明一点,那就是辅助驾驶系统还有诸多设计缺陷。而来自中国的黑客们,用实际的攻击测试,证明了辅助驾驶系统远不是“偶尔失灵”这么简单。稍不留意,它就可能被人利用,有计划地发起各种“惨烈”的攻击。


闫琛(画左)&刘健皓(画右) 

汽车自动驾驶系统所用到的所有传感器,包括远距离雷达、超声波传感器、可见光传感器、激光雷达。其测量范围,精准度和有效距离各有优劣,一般组合使用。

特斯拉的眼睛:各类传感器

辅助驾驶实现的首要一点就是:认清周围的环境。

毫米波雷达:特斯拉装配的雷达,频率高达77GHz,这个超高频段的技术,曾经作为美国军方的保密技术,禁止对华出售。两颗雷达分别被安装在特斯拉的前后,用以探测前后方远距离的障碍物,可以识别最远达到150米的障碍物。


超声波传感器和在车上的位置 

超声波传感器:特斯拉周身布满12玫超声波传感器,用以感知车身周围大概五米范围的障碍物。


高清摄像头在特斯拉上的位置和显示效果 

高清摄像头:这是特斯拉的诸多“眼睛”中唯一可以识别可见光的。摄像头被放置在汽车前后,用以识别车道线和限速、禁行一类的道路标志。

他和闫琛的攻击思路非常清晰:只要黑掉这些传感器,让数据的错误进入系统,就一定会产生严重攻击效果。

特斯拉车身上所有传感器的位置(蓝色为毫米波雷达,灰色为摄像头,红色为超声波传感器)

干掉超声波传感器

由于超声波传感器主要分布在车身周围,而且主要用来判断近距离物体的信息。所以在实际应用中,它们的主要作用是感知附近有没有障碍物向自己靠拢,从而向相反方向进行规避。

闫琛经过逆向研究发现特斯拉使用的超声波传感器发射的波长为40Khz,而这种波长的超声波在现实世界里并不常见。例如摇动钥匙串或者大卡车制动的时候,都会发出这样的超声波。

但是由于现实世界中的40Khz超声波不会长时间持续,强度也没有那么大,所以看样子特斯拉并没有认真研究人造超声波对辅助驾驶系统的影响。

噪音攻击:他们于是尝试对特斯拉的超声波传感器实行一种噪音攻击(Jamming)。简单来说就是用更大的强度播放同样波长的噪音,这样就会使得超声波感应器无法回收自己发出的信号,从而没有办法测量周围物体的举例。

让人惊奇的是,在这种情况下,特斯拉并没有选择提示用户切换回手动模式,反而继续按照原速运动。此时如果有物体靠近特斯拉,即使发生碰撞,它都不会有任何反应动作。

欺骗攻击:通过信号分析仪进一步破解超声波信号,刘健皓和闫琛完全掌握了超声波的结构,于是他们尝试用信号发射装置欺骗传感器。

特斯拉果然上当,会向决策系统传递虚假的信号。于是在空无一车的地下车库,居然启动了自动跟车模式;而当刘健皓向特斯拉发出了前方近距离有障碍物的虚拟信号后,特斯拉猛然来了一个刹车。

传感器的数据最终会导致对汽车的刹车、方向盘、油门行为的控制。

“肉包子打狗”攻击

黑客们找来了超声波吸附材料。超声波信号碰到这种海绵状材料,可谓肉包子打狗——有去无回。在试验中,无论什么凶险的障碍物,只要笼罩超声波吸附材料,在特斯拉眼中一律是一马平川,不撞南墙死不回头。


毫米波攻击设备BCDE和特斯拉毫米波雷达的位置A 

对于毫米波雷达,同样可以实现噪音攻击和欺骗攻击。也就是说,可以让特斯拉在高速行驶中,完全忽略前面的障碍物,也可以凭空让特斯拉紧急制动。

理论上来说,这样的攻击可以在几十米开外进行。就像用手枪射击标靶。不过毫米波发射器的波束比较集中,在实际攻击中,要完美击中汽车的雷达,这需要非常好的精确度。

实验表明毫米波雷达被攻击后,前车从仪表盘上瞬间消失,如果处于自动驾驶状态,后果不堪设想

干掉光学传感器(高清摄像头)

也许对于摄像头的攻击你只需要一个大功率手电,猛烈照射摄像头,就会造成它的短暂致盲,这个特性和所有的摄像头,以及人眼的原理都是一致的。

读完后发现现在的辅助驾驶技术的不成熟,然而全自动无人驾驶在目前也是难以实现。如果有一天,世界上所有的汽车都是全自动无人驾驶,汽车之间互相交流,可以有效避免事故,但现在鲁莽的司机大有人在。即使无人驾驶汽车完全遵守交通规则,也不能够完全避免事故。此外,全自动无人车涉及人工智能,所以还面临一个道德困境:比如说,如果无人驾驶的汽车在路上遭遇在路中央的 5 个孩子,它是不是应该为了躲 5 个孩子而选择开到人行道上撞死一个行人?

即使是这样汽车公司也没人放弃,他们深信明天的全自动无人车汽车。谷歌汽车自动驾驶汽车项目的CEO克拉夫茨克对全自动无人车的信心一直很坚定。在他的个人简介有这样一段话:全球每年有 120 万人死于交通事故,95% 的事故是人为的失误。我们需要做得更好。而英国就正在致力于做的更好将于今年11月在Bruntingthorpe 试车场举办欧洲首届自动驾驶汽车竞赛日活动来掀起这场热潮。

英国和欧洲大陆计划举办一系列活动,使自动驾驶汽车的研发者、程序员、和爱好者可以在安全可控的场地试驾车辆,竞赛日拉开了这一系列活动的序幕。这一系列活动得到了官方组织“创新英国”的支持,未来3个月里将在欧洲不同场地举办。

其他已经确定的场地包括,法国Castellet驾驶中心、英国Longcross测试场和奥地利Zentrum Teesdorf测试场“随着英国新的交通法规的颁布,一些自动驾驶汽车开始在英国公路上进行试驾。

捷豹路虎、沃尔沃等欧洲主要汽车厂商都在研发自动驾驶技术。日产也在欧洲进行自动驾驶技术的研发,其在英国发布的2017款逍客将配备自动驾驶功能。

英国女皇在年初的演讲中呼吁英国成为自动驾驶技术研发的领军者,该产业拥有巨大的增长潜力。“创新英国”的移动部门-英国智慧出行公司预测,到2050年全球自动驾驶车辆市场份额将达到520亿英镑(约合人民币4532亿元)。