Automatiserade och uppkopplade fordon på Chalmers

Igår eftermiddag hölls ett seminarium om automatiserade och uppkopplade fordon på institutionen för Signaler och System, Chalmers. Seminariet inkluderade fem olika presentationer.

Bart van Arem, professor på Delft University of Technology (Nederländerna), var först ut. Målet med hans presentation var att ”besvara” frågan om automatiserad körning kommer lösa våra problem med trafikstockningar. Svaret är ja, under förutsättning att vi gör på rätt sätt, annars kommer vi skapa nya störningar i trafiken. Detta innebär att vi bl.a. behöver göra följande:

  • Samla in och analysera data från storskaliga utvärderingar i verklig trafik. Det är nödvändigt att detta görs på ett vetenskapligt sätt och att resultaten publiceras i vetenskapliga tidskrifter. Just nu är det väldigt mycket som påstås på diverse webbsidor, men egentligen finns det väldigt lite vetenskaplig grund för dessa påståenden.
  • Genomföra fallstudier (case studies) på regionalnivå.
  • Tydliggöra regler och lagkrav (hur ska automatiserade fordon godkännas?).
  • Reality check – reda ut folks medvetenhet om och acceptans av automatiserade fordon.

Bart påpekade också skillnaden mellan två koncept baserade på fordon-till-fordon kommunikation (V2V):

  • cooperative sensing (fordon utbyter information med varandra för att förbättra situationsmedvetenheten) och
  • cooperative control (fordon utbyter information med varandra för att förhandla, samverka och manövrera tillsammans mot ett gemensamt mål).

I samband med detta gav han en överblick av två nyligen genomförda studier som tittat på dessa koncept: ”Modelling supported driving as an optimal control cycle: Framework and model characteristics” samt ”Rolling horizon control framework for driver assistance systems. Part II: Cooperative sensing and cooperative control”. Båda har publicerats i Transportation Research Part C: Emerging Technologies och finansierats av Shell.

Bart berättade också om Dutch Automated Vehicle Initiative (DAVI) vars syfte är att utveckla och utvärdera automatiserade och uppkopplade fordon. Vi har rapporterat om DAVI i ett av våra tidigare nyhetsbrev.

Miguel Ángel Sotelo, professor på University of Alcalá (Spanien), pratade om hur man kan förbättra prediktering av fotgängares intentioner genom att ta hänsyn till olika ledtrådar i deras kroppsspråk. I en pågående studie på hans universitet har man utvecklat en mjukvara som utifrån (stereo)videodata extraherar fram lederna på en fotgängares kropp och skapar en 3D-modell av fotgängaren. Genom att studera kroppshållningen kan mjukvaran förutsäga fotgängarens rörelsebana. För att göra detta används ”low dimensional latent spaces” där fotgängarens rörelser är mer intuitiva och förutsägbara. Vid en tidshorisont på 0.5 sekunder uppnås en positioneringsnoggrannhet av 35-40 cm, medan en tidshorisont på 0.8 sekunder ger en noggrannhet av 60-90 cm.

Gabriel Campos berättade om sin forskning kring koordination av självkörande uppkopplade fordon i vägkorsningar där traditionella kontrollenheter som trafikljus och stoppskyltar tagits bort.

Det viktiga i det här fallet är att:

a) varje fordon styrs på ett sätt som balanserar dess egna och andra fordons intentioner,

b) problem i ett fordon påverkar inte resten av fordon,

c) förändringar i kommunikationen (ex. dropouts) hanteras på ett adekvat sätt.

Gabriel påpekade att kontrollproblemet är beroende av optimering av en konstnadsfunktion där man undviker kollisioner och uppfyller lokala randvillkor.

Han föreslår en decentraliserad kontrollstrategi där fordon stegvis löser lokala optimeringsproblem. Strategin tar speciell hänsyn till hur varje fordons frihetsgrader kan beskrivas för att undvika kollisioner. En viktig del av det hela är i vilket ordning som besluten fattas.

En del av Gabriels forskning har publicerats på IEEE ITSC 2013 med titeln Autonomous cooperative driving: a velocity-based negotiation approach for intersection crossing.

Hakan Köroğl pratade om hur man kan kontrollera fordon som kör i ett kooperativt fordonståg (platooning). För detta använder han sig av ett Linear Matrix Inequality (LMI)-ramverk eftersom parametervariation och heterogenitet då kan hanteras på ett relativt enkelt sätt.

Roozbeh Kianfar presenterade ett styrsystem för lateralstyrning av fordon i ett fordonståg. Det handlar om en distribuerad kontrollstrategi där strängstabilitet (string stability) uppnås genom att omvandla den klassiska definitionen av strängstabilitet i frekvensdomänen till tidsdomänen. Varje fordon räknar fram egen styrstrategi och skickar information om sina intentioner till det efterföljande fordonet. Alla avvikelser mellan predikteringen och intentioner adresseras genom randvillkor i optimeringsproblemet som löses lokalt.

Roozbehs forskning har publicerats på IFAC-AAC 2013 med titeln A Distributed Model Predictive Control Approach to Active Steering Control of String Stable Cooperative Vehicle Platoon.

Kommentar från Alf Peterson, Senior Advisor på Viktoria Swedish ICT:

Det finns gående, cyklister, kollektivtrafik i form av såväl bussar som spårvagn och tåg som var och en kommer att få mycket högre inverkan och sofistikerad prioritering. I storstäderna pratar man mycket om en mer dynamisk användning av gatusystemet, begränsa biltrafik etc. Detta nämns inte i sammanhangen kring kooperativa fordon.

Expertpanelen svarar

Engelska tidskriften The Engineer har ställt ett tiotal frågor kring automatiserade fordon till en expertpanel bestående av: Tim Edwards (MIRA, ett engelskt konsult- och provningsföretag), Jonas Ekmark (VCC), Michael Fausten (Bosch) och Dave Meader (Direct Line Group, ett brittiskt försäkringsbolag) [1].

I det här nyhetsbrevet sammanfattar vi deras svar på några av dessa frågor.

Vad är nuvarande “state of the art” för teknik som ingår i prototypfordon och som inte nödvändigtvis nått marknaden ännu?

Tim Edwards: Grundtekniken som behövs för självkörande fordon har demonstrerats i en eller annan form sedan 2004. Under de senaste 12 månaderna har i princip alla de stora biltillverkarna visat självkörande fordon. Vi ska dock ej glömma att det krävs ytterligare teknikförbättringar i termer av kostnad, packning av komponenter och tillförlitlighet så att dessa demobilar kan klara av alla trafiksituationer.

Michael Fausten: Bosch håller på att utveckla en rad teknologier som så småningom kommer ingå i helt självkörande fordon. Automatic Park Assist som möjliggör för bilarna att parkera sig själva kommer troligtvis att finnas på marknaden 2015. Traffic Jam Assistant som kan ta över kontrollen i hastigheter upp till 50 km/h väntas i massproduktion under 2014. Utöver det håller Bosch på att utveckla och testa funktioner som täcker självkörning i högre hastigheter. Dessa är baserade på data från en rad olika sensorer, som radar och videokameror samt takmonterad lidar, och som tillsammans genererar en 3D-karta av bilens omgivning.

Hur skulle tekniken kunna hantera situationer som idag hanteras av förare, t.ex. att stanna för att låta en fotgängare korsa vägen eller för att ge företräde till andra fordon i en korsning?

Jonas Ekmark: Vi har redan visat teknik av detta slag, men tekniken som kommer finnas i våra första automatiserade fordon kommer att adressera trafiksituationer utan fotgängare (t.ex. pendlings- och motorvägar). Den främsta utmaningen är det automatiserade fordonets förmåga att samverka med olika trafikanter.

Tim Edwards: Google har exempelvis upptäckt att förare i andra fordon har svårt att tillåta det automatiserade fordonet att köra in i korsningen när det står och väntar på ett artigt sätt. Det här problemet har lösts genom att programmera det automatiserade fordonet att köra mer aggressivt i korsningar. Automatiserade bilar har inte samma förhandlingsförmåga som vanliga förare brukar ha.

Vilka åtgärder har tagits för att skydda dessa fordon mot dataintrång?

Tim Edwards: Traditionell fordonsteknik hade robusta metoder för funktionssäkerhet och tillförlitlighet. Det viktiga i dagsläget är att helt integrera säkerhetsaspekterna i design-, utvecklings- och valideringsprocesser. Man måste övergå från att designa fordon för tillförlitlighet (dependability) mot att designa fordon för motstånds- och återhämtningskraft (resiliance).

Jonas Ekmark: Alla externa kommunikationslänkar kommer att kontrolleras för autentisering och krypteras. Det är viktigt att förstå att fordonet inte är konstruerat för att fjärrstyras, så det finns inte mycket mening med att försöka göra det. Om det skulle vara så att radiokommunikationen störs utifrån så skulle detta leda till att fordonet lämnar tillbaka kontrollen till föraren eller stannar vid närmaste säkra plats. Det kommer också finnas skyddsåtgärder för fordons interna kommunikationsnätverk.

Michael Fausten: Genom att använda en ”dubbel arkitektur” kommer vi skapa en tydlig skillnad mellan funktioner som är relevanta för körning (t.ex. förarassistans) och de som inte är det (t.ex. infotainment). I framtiden kommer en säkerhetsmodul också att skydda kommunikationen i varje styrenhet, och företaget Escrypt (dotterbolag till Bosch) håller på att utveckla programvara för detta.

Om ett fordon som använder sig av dagens självkörande teknik skulle sluta fungera och orsaka skador, vem skulle hållas ansvarig ur ett försäkringsperspektiv?

Dave Meader: Om det inblandade fordonet inte blivit återkallat för produktfel eller om det inte finns bevis på att olyckan orsakats av tekniska fel, kommer ett sådant fall att vara väldigt svårt ur ett försäkringsperspektiv. Om ett fordon till exempel skulle skadas vid användning av ett helt automatiserat parkeringssystem är det osannolikt att ett forsäkringsbolag skulle driva fallet mot en fordonstillverkare eftersom kostnaden för skadorna skulle ha varit minimala på grund av låg hastighet.

Hur kommer dessa teknologier att påverka förarens försäkringspremier och skulle ett helt självkörande fordon betraktas på samma sätt?

Dave Meader: Försäkringsbranschen tar hänsyn till nya teknologier i sin försäkringskostnad. Ett fordon som innehåller bra säkerhetsfunktioner belönas med lägre försäkringspremier jämfört med motsvarande fordon utan dessa funktioner. När vi försäkrat någon att köra ett fordon som har en hel del säkerhetsfunktioner, är det sedan individens egen körning som är avgörande. Det är för tidigt att kunna bedöma försäkringsimplikationer för helt självkörande fordon.

Fler intressanta frågor och svar hittas här.

Källor

[1] Harris, S., The Engineer. Your questions answered: driverless cars. 2014-02-17. Länk

Ny standard för trådlös kommunikation

De europeiska organisationerna för standarderna ETSI och CEN har bekräftat att den grundläggande uppsättningen av standarder för fordon-till-fordon (V2V) och fordon-till-infrastruktur (V2I) kommunikation är nu slutdefinierad [1]. De har därmed slutfört uppdraget som de fick av EU 2009.

EU har sedan 2002 investerat över 180 miljoner EUR i forskning kring uppkopplade fordon som lett fram till dessa standarder.  Exempel på sådana projekt är Coopers, CVIS, Safespot, COMSafety, Drive C2X och FOTSIS.

Källor

[1] European Commission, Press Release. New connected car standards put Europe into top gear. 2014-02-12. Länk

Team Legendary and Team Tetrix from Chalmers and University of Gothenburg are among top three Newcomer Teams in Self-Driving Miniature Vehicles Student Competition “CaroloCup” in Germany

Skrivet av Christian Berger, Chalmers

Two teams from Chalmers and University of Gothenburg participated in the self-driving miniature vehicles student competition “CaroloCup” in Braunschweig, Germany for the second time in a row. This year, 16 teams have participated in the annual event for students with the goal of developing self-driving vehicles in 1:10 scale that are able to follow lane markings, handle intersections safely, overtake stationary and moving obstacles, and to park on a sideways parking strip.

Both teams competed for the first time in the advanced version of the CaroloCup competition with teams who participated already since the introduction of the event in 2008. Comparable to previous years, the favorite teams could successfully defend the upper ranks in this highly competitive version, but from all seven newcomer teams, both Swedish teams “Legendary” and “Tetrix” are among the top three newcomers.

Both teams consisted of students from Software Engineering, the Software Engineering & Management, the Signals and Systems, and the Computer Systems and Networks program and were supervised by Christian Berger from Software Engineering Division and Olaf Landsiedel from Division of Networks and Systems. Our three sponsors HiQ AB, Delphi, and XCube Communication from Gothenburg supported the team so that the students could participate in the competition in Germany.

Video demonstrating lane following here.

Samarbete mellan Tesla och Mobileye

Tesla har inlett ett nytt samarbete med det israeliska teknikföretaget Mobileye för att få hjälp med utveckling av automatiserade bilar, skriver Haaretz [1].

Mobileye har bl.a. utvecklat ett system som möjliggör automatiserad körning baserat på 5 kameror. Systemet är också synkroniserat med navigationssystemet i fordonet och används för att hålla säkert avstånd till framförvarande fordon samt att hålla fordonet i körfältet. Det kan också läsa av skyltar och trafikljussignalen. Systemet har testats av Opel, Audi, Toyota och Nissan.

Tesla har redan under 2013 offentliggjort sina planer på att inom 3 år automatisera runt 90 % av körningen.

Egen kommentar

Varken Tesla eller Mobileye har uttalat sig om samarbetet.

Källor

[1] Schmil, D., Hirschauge, O., Mobileye vying to develop driverless car. 2014-02-11. Länk

Säkrare fordon bromsar och styr ur riskfyllda situationer

Forskare vid Chalmers jobbar tillsammans med Volvo Personvagnar [1] kring aktiva säkerhetssystem som påminner om autonoma system, skriver InderScience [2]. Fordonets sensorer har möjlighet att upptäcka olyckshot och kan ta över både styrning och bromsning av bilen.

Forskarna menar att detta är ett steg mot att göra fordonen säkrare utan att helt ersätta föraren med ett självkörande system. Vidare menar forskarna att det nya systemet är bättre på att välja åtgärd beroende på den aktuella miljön, styra eller bromsa, istället för att som flera av dagens system som är förprogrammerade att antingen styra eller bromsa oavsett omgivning.

Algoritmen är testad i fyra olika vanliga olyckstyper med gott resultat och visar potential för att kunna generaliseras för att också inkludera fler olyckstyper och på så sätt  kunna ta sig ur riskfyllda situationer.

Källor

[1] Mattias Brännström, Erik Coelingh, Jonas Sjöberg ”Decision-making on when to brake and when to steer to avoid a collision” in Int. J. Vehicle Safety, 2014, 7, 87-106

[2] InderScience 2014-01-08: Safer vehicles brake and steer out of harm’s way Länk

Googles självkörande bilar i Osaka

Staden Osaka i Japan kommer att bjuda in Google att testa sina självkörande bilar på deras gator, skriver The Japan News [1].

Anledningen är att Osaka har allt mer växande antal äldre invånare och att självkörande bilar anses kunna förbättra deras mobilitet. Representanter från Osaka har redan haft samtal med Google, och Google är positiva till förslaget.

Källor

[1] Shimbun, Y, The Japan News. Osaka likely to OK Google test of autonomous car. 2014.02-05. Länk

BMW och Ericsson är optimistiska vad det gäller 5G

Computer World UK rapporterar om BMWs visioner kring 5G som lyfts fram under Huawei 5G Summit som hölls i München i början av veckan [1].

BMWs chef för uppkopplade tjänster, Sebastian Zimmermann, har påpekat att existerande cellulära nätverk behöver förbättras för att främja automatiserad körning och säkerheten för oskyddade trafikanter. Det är framförallt tillförlitligheten, tidsfördröjningen och täckningsgraden av dessa nätverk som behöver adresseras.

Detta kan göras genom introduktion av 5G, anser Zimmermann. 5G kommer att möjliggöra direkt kommunikation mellan fordon och mellan fordon och andra trafikanter. Detta väntas stimulera utveckling av många nya tjänster.

Dessa åsikter delas av technologichefen på Ericsson, Ulf Ewaldsson som för en månad sedan sagt att de mest imponerande funktionerna i självkörande fordon kommer vara beroende av 5G.

Egen kommentar

5G är 5:e generationens mobilnätverk som håller på att utvecklas av olika organisationer (företag, universitet, myndigheter, etc.). I princip kommer 5G vara en integrering av befintlig teknologi för trådlös kommunikation och kompletterande ny teknologi. Jämfört med dess föregångare (4G/LTE) väntas 5G ha flera fördelar: högre hastighet (upp till 10 Gbps), fem gånger lägre fördröjning (latency) och mycket bättre täckning. 5G kommer vara tillgängligt på marknaden som tidigast 2020.

Mer information om 5G hittas i Ericssons White Paper kallat 5G radio access [2] och på Enablers for the Twenty-twenty Information Society (METIS) hemsida [3].

En inspelning av presentationerna som hölls på Huawei 5G Summit hittas här [4] (börjar vid 0:17:00).

Källor

[1] Finnegan, M., Computer World UK. BMW: 5G is key to self-driving car deployment. 2014-02-10. Länk

[2] Ericsson, White Paper, 5G radio access. Länk

[3] METIS, Länk

[4] Huawei Europe, 5G Summit. Länk

Volvo Cars föreslår magneter för bättre positionering av självkörande bilar

Ny Teknik rapporterade nyligen om ett projekt där Volvo Cars, med finansiellt stöd från Trafikverket, undersöker hur magneter kan hjälpa till att navigera självkörande bilar [1].

På sin testbana utanför Göteborg har Volvo utrustat en 100 meter lång sträcka med små magneter (40 x 15 mm) för att kunna utvärdera faktorer som avkänningsavstånd, tillförlitlighet, livslängd, kostnader och påverkan på vägunderhållet. Magneterna är placerade ca 200 mm under vägytan samt på testbilarna.

Med den här teknologin kan man uppnå en positioneringsnoggrannhet på mindre än en decimeter. En stor fördel är att magneter inte påverkas av fysiska hinder, ljus- eller väderförhållanden.

De preliminära testresultaten verkar vara lovande.

Egen kommentar

Permanentmagneter är tyvärr dyra och känsliga.

Källor

[1] Abrahamsson, H., Ny Teknik. Vägmagneter leder självkörande Volvo rätt. Länk

Krav på att fordon ska kunna ”prata” med varandra

Den amerikanska organisationen för trafiksäkerhet (NHTSA) har meddelat att de kommer ta nästa steg vad gäller trådlös kommunikation mellan lätta fordon [1]. Rent praktiskt innebär detta att organisationen nu kommer att börja ta fram regelverk som kräver att alla nytillverkade fordon i den berörda klassen måste utrustas med enheter som möjliggör informationsutbyte mellan fordon. Det är framförallt säkerhetsrelaterad information som hastighet och position som kommer att utbytas och utbytet kommer ske 10 gånger per sekund.

Det här steget tas för att komplementera bilbaserade sensorer med ett bredare synfält och därmed förbättra trafiksäkerheten. Kommunikationen mellan fordon anses också vara viktig för automatiserade fordon.

NHTSA kommer inom kort att publicera en rapport baserad på analys av data insamlad i projektet Safety Pilot som genomförts i Ann Arbor. Rapporten kommer innehålla information om tekniska möjligheter och begränsningar, sekretess, förväntade säkerhetseffekter samt en kostnadsuppskattning.

Egen kommentar

USA Today [2] skriver att tilläggskostnaden för den här teknologin kommer vara 100-200 dollar per fordon och att säkerhetseffekter kommer märkas redan när 7-10 % av fordonsflottan är utrustade. Efter att teknologin lanserats på marknaden kommer det ta minst 15 år tills hälften av fordonen på amerikanska vägar är utrustade med teknologin. En hel del liknande uppskattningar och intressanta (mot)argument ges i [3].

Källor

[1] NHTSA. U.S. Department of Transportation Announces Decision to Move Forward with Vehicle-to-Vehicle Communication Technology for Light Vehicles. 2014-02-03. Länk

[2] Spangler, T., USA Today. Feds move to require car-to-car safety communication. 2014-02-03 Länk

[3] Diana, F., Blog. Autonomous Vehicles: A Disruption Case Study 2014-02-05 Länk

finansierad och administrerad av RISE Viktoria