Vehiculele autonome ale prezentului. Funcții existente pe piață

Marius Crișan
Digital Technology Developer @ Accenture

PROGRAMARE

Industria automotive se concentrează din ce în ce mai mult asupra dezvoltării mașinilor inteligente. În ceea ce privește realizarea acestor mașini complexe, se remarcă introducerea unor funcționalități noi precum comunicarea V2X (vehicle-to-everything), actualizarea OTA (over-the-air) a software-ului și autonomous driving, bazate pe tehnologii ca LiDAR, RADAR, camere high-resolution și algoritmi de AI (Artificial Inteligence).

Pentru a avea o imagine completă asupra vehiculelor autonome, este important să aruncăm o privire asupra funcției autopilot și a caracteristicilor pe care le înglobează aceste mașini.

Autopilotul, numit și pilotul automat, este un termen generic care se referă la conducerea fără implicare umană, fiind folosit în mai multe industrii precum: aeronautică, marină și automotive. Autopilotul constituie un sistem prezent în cadrul unui vehicul care asigură conducerea acestuia preluând unele dintre sarcinile pilotului și asigurând menținerea stabilității pe un traseu predefinit.

În ceea ce privește autoturismele, în 2019, majoritatea producătorilor de automobile se concentrează asupra autonomiei de nivel 2. Nivelul 2 permite vehiculului să preia controlul simultan asupra funcțiilor de direcție, accelerație și frânare, dar necesită totuși ca șoferul să rămână pe deplin atent și să poată interveni în orice moment. Producătorii de automobile își vor îndrepta treptat atenția către următorul nivel de autonomie. În cazul nivelului 3, conducerea se realizează în mod automat în anumite condiții, șoferul fiind notificat doar atunci când trebuie să preia controlul, fără a fi necesar să monitorizeze în permanență sistemul.

Putem distinge o serie de funcții de bază ale sistemelor autopilot:

Funcția Adaptive cruise control with Stop-and-Go: Mașina se folosește de camerele și radarele din dotare, astfel încât să mențină o anumită distanță față de mașina din fața acesteia, accelerând și decelerând atunci când este cazul. Sistemele mai noi sunt capabile să încetinească viteza până la oprire și apoi în mod automat să pornească din nou la drum în situațiile de trafic aglomerat.
Funcția Lane centering (Auto Steer): Vehiculul trebuie să se mențină centrat pe banda pe care este poziționat în contextul unei autostrăzi.
Funcția Automated lane changes: Această caracteristică permite vehiculului să schimbe banda (pe autostradă) după ce șoferul a inițiat sau a aprobat o astfel de manevră. Mașina va schimba banda doar dacă siguranța este îndeplinită. Senzorii încorporați detectează autoturismele din apropiere.

Majoritatea sistemelor de autopilot sunt proiectate să funcționeze pe autostrăzi, deoarece există o arie de acțiune mai mare pentru efectuarea de manevre, iar accesul pietonilor, animalelor, bicicletelor sau a altor factori care pot perturba circulația este restricționat. Acestea permit vehiculului să urmeze un traseu de navigație și să se ocupe de schimbarea benzilor de circulație (în mod automat, fără a fi nevoie ca șoferul să activeze semnalul de direcție), după cum este necesar. Odată ce autovehiculul este în afara autostrăzii, conducătorul auto este solicitat să preia controlul.

Unele sisteme permit funcțiilor de pilot automat de nivel 2 să funcționeze pe orice șosea unde marcajele sunt clare. Cu toate acestea, șoferul trebuie să se supravegheze în permanență traficul, semnele de circulație și semafoarele.

Autoturismele, care dețin caracteristici autopilot, încorporează sisteme ADAS (Advance Driver Assistance System). Tehnologia ADAS poate detecta anumite obiecte, poate efectua clasificări de bază, poate avertiza șoferul asupra condițiilor de drum periculoase și, în unele cazuri, încetinește sau oprește vehiculul. Rolul principal al ADAS este acela de a asista șoferul în ceea ce privește aspectele legate de siguranță, atât pentru el însuși cât și pentru ceilalți participanți la trafic, incluzând o serie de funcții precum:

Toate aceste caracteristici sunt un "must have" pentru o mașină în ziua de azi. Și, pentru că am amintit de trendurile prezentului, iată câteva exemple de mașini cu sisteme de asistentă pentru șofer care înglobează caracteristici autopilot.

Google - Waymo [1]

Waymo reprezintă divizia de mașini autonome a Alphabet Inc. (Google), care și-a început activitatea în anul 2009. Waymo a lansat serviciul de self-driving taxi, WaymoOne în Phoenix, Arizona. Cu toate acestea, șoferul este prezent în continuare în toate mașinile.

Cum funcționează Waymo?

Putem descrie funcționarea unei mașini autonome în câțiva pași simpli, după cum urmează:

Pasul 1. Recepționează informațiile furnizate de un set de senzori precum:

LiDAR - trimite milioane de fascicule laser pe secundă pentru a construi o imagine detaliată a zonei imediat apropiate, 360° în jurul mașinii.
RADAR - detectează cât de departe sunt obiectele, viteza lor și tipul lor cu o anumită probabilitate.
Camere de înaltă rezoluție - detectează informații vizuale cum ar fi culoarea semafoarelor, indicatoarele, etc.

Pasul 2. Combină toate datele pentru a înțelege lumea din jurul mașinii.

Pasul 3. Identifică, prezice și planifică următoarea acțiune a mașinii.

Urmărește video-ul și preia controlul camerei pentru a vedea prin "ochii" mașinii celor de la Waymo într-o experiența 360°.

Transportul de marfă este o parte vitală a economiei, iar Waymo încearcă să folosească potențialul tehnologiei self-driving și în acest sector cu scopul de a-l face mai sigur. Principiile de dezvoltare de AV sunt aceleași fie că vorbim de autoturisme sau camioane, dar trebuie avut în vedere faptul că manevrele de frânare, întoarcere sunt diferite atunci când e ne raportam la o mașină de dimensiuni mari încărcată cu marfă. Waymo efectuează teste cu camioane care dețin funcția de self-driving în zone precum California, Arizona si Georgia, transportând mărfuri destinate data center-urilor Google. [1]

Apollo - Baidu [2]

Apollo este o platformă software open source utilizată pentru dezvoltarea sistemelor de conducere autonomă. Cea mai recentă versiune a platformei este Apollo 3.5.

Printre clienții care utilizează Apollo se numără Udelv, un start-up care colaborează cu Walmart pentru a testa livrările prin intermediul vehiculelor autonome. Se plănuiește ca în anul 2019 un număr de 100 de autovehicule bazate pe Apollo 3.5 să fie utilizate în zona San Francisco Bay și în alte regiuni din Statele Unite.

În China, Baidu intenționează să lanseze 100 robo-taxiuri care vor acoperi 130 de mile de drumuri în orașul Changsha, capitala provinciei Hunan. Robo-taxiurile vor folosi tehnologia Baidu V2X pentru a le permite să comunice cu infrastructura rutieră, cum ar fi semafoarele.

Numărul mare de camere, senzori si echipamente poate fi observat în imaginea următoare, care ilustrează o mașină care implementează sisteme de conducere autonoma folosind tehnologia Baidu.

Apollo 3.5 este capabil să navigheze prin scenarii complexe de conducere, cum ar fi zonele rezidențiale, dar și centrul orașului.

Mașina are acum o vizibilitate de 360°. De asemenea, algoritmii de percepție au fost îmbunătățiți pentru a face față condițiilor în schimbare ale drumurilor urbane. Mașina devine, astfel, mai sigură. Folosind planificarea scenariului poate naviga prin scenarii complexe, inclusiv intersecții nesemnalizate, străzi înguste (care se găsesc adesea în zonele rezidențiale) și pe drumurile cu semne de oprire.

Tesla AutoPilot [3]

Tesla utilizează cele opt camere cu care este dotat autovehiculul pentru o vizualizare totală de 360°, la care se adaugă un senzor radar frontal și senzori cu ultrasunete de rază lungă de acțiune. Dacă până nu demult în cadrul unei mașini se utiliza platforma hardware NVIDIA Drive, în prezent, modelele S, X și 3 folosesc FSD (Full Self-Driving) computer, un chip high-performance construit de cei de la Tesla pentru a atinge un nou nivel de autonomie și siguranță.

Figura 3: Mașină Tesla - Detectarea obiectelor [3]

Avantajul celor de la Tesla în fața altor producători de pe piață îl constituie flota de mașini pe care o deține compania și care operează zi de zi pe drumurile publice. Fiecare vehicul furnizează date de la senzorii cu care este echipat în vederea antrenării rețelei neuronale utilizată la detecția de obiecte. Un fapt esențial în ceea ce privește creșterea acurateței rețelelor neuronale este existența unui set de date numeros, variat și real care să poată fi folosit la faza de antrenare.

Transmiterea datelor de către mașini se declanșează în momentul în care este detectată intervenția șoferului în funcționarea modului Full Self-Driving sau în anumite condiții stabilite de către echipa tehnică. Toate aceste elemente contribuie enorm la creșterea autonomiei mașinii, preconizând-se că, la un moment dat, nu va mai fi nevoie de volan sau de pedale și vor fi eliminate din construcția mașinii.

Toate vehiculele actuale Tesla (modelul S, modelul X și modelul 3) suportă funcții precum Autopilot și Full Self-Driving.

Cei de la Tesla susțin că autopilotul proiectat de ei poate fi folosit pe majoritatea drumurilor, spre deosebire de alte sisteme existente. Cu toate acestea, șoferii trebuie să fie atenți în permanență astfel încât să poată prelua controlul imediat ce sesizează o funcționare inadecvată. În cadrul unei astfel de mașini există și sisteme care monitorizează atenția șoferului și îl avertizează dacă timpul în care mâinile nu sunt pe volan depășește 15 secunde.

Urmărește ghidul video al navigării cu ajutorul sistemului Tesla AutoPilot.

Elon Musk a anunțat că Tesla va lansa propria aplicație de ride-sharing în anul 2020, care va avea un model de business similar cu cel de la Uber sau Airbnb. Proprietarilor de mașini li se va permite să-și adauge mașinile Tesla în flota de robotaxi-uri. Tesla va primi între 25-30% din veniturile obținute. În zonele în care nu vor fi destui proprietari care să își adauge mașinile rețeaua de car-sharing, Tesla va furniza o flotă specială de robotaxi-uri.

Let's sum up!

Transformarea autovehiculelor prin creșterea autonomiei, a conectivității și a evoluției tehnologiei, va produce o schimbare puternică în percepția curentă a oamenilor asupra rolului pe care îl joacă autovehiculul în viața lor, influențând industria, economia, respectiv societatea prin redefinirea noțiunii de mobilitate și transport.