O masina cu conducere automata, cunoscuta si sub numele de vehicul autonom (AV sau auto), masina fara sofer sau masina automata, este un vehicul capabil sa-si sesizeze mediul si sa se deplaseze in siguranta cu putin sau fara aport uman.
Autovehiculele care se conduc singure combina o varietate de senzori pentru a-si percepe imprejurimile, cum ar fi radar, lidar, sonar, GPS, odometrie si unitati de masurare inertiale. Sistemele avansate de control interpreteaza informatiile senzoriale pentru a identifica caile de navigatie adecvate, precum si obstacolele si semnalizarea relevanta.
Implementarile posibile ale tehnologiei includ vehicule cu conducere automata personala, vehicule conectate de transport urban, camioane, etc. Mai multe proiecte de dezvoltare a unei masini comerciale cu conducere completa se afla in diferite etape de dezvoltare. Waymo a devenit primul furnizor de servicii care a oferit plimbari robotaxi publicului larg in Phoenix, Arizona in 2020, in timp ce Tesla a spus ca va oferi „abonament complet” proprietarilor de vehicule private in 2021, iar Nuro a primit permisiunea de a incepe operatiuni de livrare comerciala autonome in California in 2021.
Autonom versus automat
Autonom inseamna autoguvernare. Multe proiecte istorice legate de automatizarea vehiculelor au fost automatizate (facute automate) sub rezerva unei mari dependente de ajutoarele artificiale din mediul lor, cum ar fi benzile magnetice. Controlul autonom implica performante satisfacatoare in cadrul unor incertitudini semnificative in mediu si capacitatea de a compensa defectiunile sistemului fara interventie externa.
O abordare este implementarea retelelor de comunicatii atat in imediata vecinatate (pentru evitarea coliziunilor), cat si mai departe (pentru gestionarea congestiei). Astfel de influente externe in procesul decizional reduc autonomia unui vehicul individual, dar nu necesita interventia umana.
Termenul „autonom”a fost ales pentru ca este termenul care este utilizat in prezent pe scara mai larga (si, prin urmare, este mai familiar publicului larg). Cu toate acestea, ultimul termen este, fara indoiala, mai precis. „Automat” se refera la controlul sau functionarea unei masini, in timp ce „autonom” implica actiunea independenta. Majoritatea conceptelor de vehicul (despre care suntem constienti in prezent) au o persoana pe scaunul soferului, utilizeaza o conexiune de comunicatie prin Cloud cu alte vehicule si selecteaza destinatii sau rute, la care poate ajunge. Astfel, termenul „automat” ar descrie mai exact aceste concepte de vehicule.
Incepand din 2017, majoritatea proiectelor comerciale s-au concentrat pe vehicule automate care nu comunicau cu alte vehicule sau cu un regim de gestionare inconjurator. EuroNCAP defineste autonomia in „Franarea autonoma de urgenta” astfel: „sistemul actioneaza independent de sofer pentru a evita sau a atenua accidentul” ceea ce inseamna ca sistemul autonom nu este conducatorul auto.
In Europa, cuvintele automat si autonom ar putea fi, de asemenea, utilizate impreuna. De exemplu, Regulamentul (UE) 2019/2144 al Parlamentului European si al Consiliului Europei din 27 Noiembrie 2019 privind cerintele de omologare pentru autovehicule (…) defineste „vehicul automat” si „vehicul complet automatizat” pe baza autonomiei acestora:
- “vehicul automat” inseamna un autovehicul proiectat si construit pentru a se deplasa in mod autonom pentru anumite perioade de timp fara supravegherea continua a conducatorului auto, dar pentru care este inca asteptata sau necesara interventia conducatorului auto
- „vehicul complet automatizat” inseamna un autovehicul care a fost proiectat si construit pentru a se deplasa in mod autonom fara supravegherea soferului
Nivele de automatizare a conducerii
- Nivelul 0: sistemul automat emite avertismente si poate interveni momentan, dar nu are un control sustinut al vehiculului.
- Nivelul 1 („mainile pe”): Soferul si sistemul automat impart controlul vehiculului. Exemple sunt sistemele in care soferul controleaza directia, iar sistemul automat controleaza puterea motorului pentru a mentine o viteza setata (Cruise Control) sau puterea motorului si a franei pentru a mentine si varia turatia (Adaptive Cruise Control sau ACC) si asistenta la parcare, unde directia este automatizata in timp ce viteza este sub control manual. Soferul trebuie sa fie gata sa reia controlul in orice moment. Asistenta pentru pastrarea benzii (LKA) de tip II este un alt exemplu de conducere automata de nivelul 1. Franarea automata de urgenta care avertizeaza soferul cu privire la un accident si permite capacitatea maxima de franare este, de asemenea, o caracteristica de nivel 1, conform revistei Autopilot Review.
- Nivelul 2 („maini libere”): sistemul automat preia controlul deplin al vehiculului: accelerare, franare si directie. Soferul trebuie sa monitorizeze conducerea si sa fie pregatit sa intervina imediat in orice moment daca sistemul automat nu reuseste sa raspunda corect. Sintagma „mainile oprite” nu trebuie sa fie luata la propriu – contactul dintre mana si volan este adesea obligatoriu in timpul conducerii SAE 2, pentru a confirma ca soferul este pregatit sa intervina. Ochii soferului ar putea fi monitorizati de camere pentru a confirma ca soferul isi pastreaza atentia asupra traficului. Un exemplu comun este controlul automat al vitezei de croaziera care utilizeaza si tehnologia de asistenta pentru pastrarea benzii, astfel incat soferul sa monitorizeze pur si simplu vehiculul, cum ar fi „Super-Cruise” pe masina Cadillac CT6 de la General Motors.
- Nivelul 3 („ochii inchisi”): Soferul isi poate indeparta in siguranta atentia de la sarcinile de conducere, de ex. soferul poate trimite mesaje text sau viziona un film. Vehiculul va rezolva situatiile care necesita un raspuns imediat, cum ar fi franarea de urgenta. Soferul trebuie sa fie in continuare pregatit sa intervina intr-un timp limitat, specificat de producator, atunci cand vehiculul anunta acest lucru. Va puteti gandi la sistemul automat ca la un copilot care va va avertiza in mod ordonat cand va veni randul dvs. sa conduceti.
- Nivelul 4 („mind off”): exact ca la nivelul 3, dar nu este necesara niciodata atentia soferului pentru siguranta, de ex. soferul se poate culca in siguranta sau poate parasi scaunul soferului. Cu toate acestea, auto-conducerea este sustinuta doar in zone spatiale limitate sau in circumstante speciale. In afara acestor zone sau circumstante, vehiculul trebuie sa poata termina calatoria in siguranta, de ex. sa incetineasca si sa parcheze masina, daca soferul nu preia controlul. Un exemplu ar fi un taxi robotizat sau un serviciu de livrare robotizat care acopera locatiile selectate dintr-o zona, la o anumita ora.
- Nivelul 5 („volan optional”): nu este necesara deloc interventia umana. Un exemplu ar fi un vehicul robotizat care functioneaza pe tot felul de suprafete, peste tot in lume, pe tot parcursul anului, in toate conditiile meteorologice.
Tehnologie
Caracteristicile vehiculelor autonome, ca tehnologie digitala, se disting de alte tipuri de tehnologii si vehicule. Aceste caracteristici determina ca vehiculele autonome pot fi mai receptive si mai agile la posibilele schimbari. Caracteristicile includ navigatie hibrida, omogenizare si decuplare, sisteme de comunicatii ale vehiculelor, reprogramabile si inteligente si modularitate.
Navigare hibrida
Exista diferite sisteme care ajuta masina cu conducere automata sa preia controlul, inclusiv sistemul de navigatie al masinii, sistemul de localizare, harta electronica, planificarea traseului global, perceptia mediului, perceptia radar si perceptia vizuala, perceptia vitezei si directiei vehiculului si metoda de control a vehiculului.
Proiectantilor de masini fara sofer li se pune problema productiei de sisteme de control capabile sa analizeze datele senzoriale pentru a oferi o detectie precisa a altor vehicule si a drumului din fata. Masinile moderne cu conducere automata utilizeaza, in general algoritmi de tip bayesian de localizare si cartografiere simultana (SLAM), care fuzioneaza date de la mai multi senzori si o harta off-line sau online cu estimarile curente ale locatiei/traseului. Waymo a dezvoltat o varianta a SLAM cu detectarea si urmarirea altor obiecte in miscare (DATMO), care se ocupa si de obstacole precum autoturisme si pietoni.
Sistemele mai simple pot utiliza tehnologii de sistem de localizare in timp real (RTLS) pentru a facilita localizarea. Senzorii tipici includ lidar (detectare si distanta a luminii), viziune stereo, GPS si IMU.
Sistemele de control de pe masinile automate pot folosi Sensor Fusion, o abordare care integreaza informatii dintr-o varietate de senzori de pe masina pentru a produce o imagine mai consecventa, mai precisa si mai utila asupra mediului. Precipitatiile abundente, grindina sau zapada ar putea impiedica eficacitatea senzorilor masinii.
Vehiculele fara sofer necesita o anumita forma de viziune automata in scopul recunoasterii vizuale a obiectelor. Masinile automate sunt dezvoltate cu retele neuronale profunde, un tip de arhitectura de invatare profunda cu multe etape sau niveluri de calcul, in care neuronii sunt simulati din mediul care activeaza reteaua.
Reteaua neuronala depinde de o cantitate extinsa de date extrase din scenarii de conducere din viata reala, permitand retelei neuronale sa „invete” cum sa execute cel mai bun curs de actiune.
In Mai 2018, cercetatorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts au anuntat ca au construit o masina automata care poate naviga pe drumuri diverse. Cercetatorii de la Laboratorul lor de Informatica si Inteligenta Artificiala (CSAIL) au dezvoltat un nou sistem, denumit MapLite, care permite masinilor cu conducere automata sa circule pe drumuri pe care nu au mai fost niciodata, fara a utiliza harti 3D. Sistemul combina pozitia GPS a vehiculului, o „harta topologica” cum ar fi OpenStreetMap, (adica avand doar caracteristici 2D ale drumurilor) si o serie de senzori care respecta conditiile drumului.
Omogenizare si decuplare
Omogenizarea indica faptul ca toate informatiile digitale isi asuma aceeasi forma. Pe parcursul evolutiei continue a erei digitale, s-au dezvoltat anumite standarde din industrie cu privire la modul de stocare a informatiilor digitale si tipul de format. Acest concept de omogenizare se aplica si vehiculelor autonome.
Pentru ca vehiculele autonome sa isi perceapa imprejurimile, trebuie sa utilizeze diferite tehnici, fiecare cu propriile informatii digitale insotitoare (de exemplu, radar, GPS, senzori de miscare si viziune pe computer).
Omogenizarea necesita ca informatiile digitale din aceste surse diferite sa fie transmise si stocate in aceeasi forma. Acest lucru inseamna ca diferentele lor sunt decuplate, iar informatiile digitale pot fi transmise, stocate si calculate intr-un mod in care vehiculele si sistemul lor de operare pot sa inteleaga si sa actioneze mai bine asupra lor.
Omogenizarea poate profita de cresterea exponentiala a puterii de calcul a hardware-ului si software-ului (legea lui Moore), care sprijina, de asemenea, vehiculele autonome sa inteleaga si sa actioneze asupra informatiilor digitale intr-un mod mai eficient, reducand astfel costurile marginale.
