Samverkan människa - maskin

Studentprojekt om HMI för autonoma fordon

I går presenterade 6 studentgrupper från Chalmers Interaction Design sina förslag till HMI för autonoma fordon på ett seminarium hos Volvo Cars.

Som en del i ett pågående samarbete mellan VCC och Chalmers så hade studenterna under 8 veckor fått jobba med en att ta fram förslag till gränssnitt som stöttar behov samt uttalade och outtalade förväntningar kopplade till autonom körning. Lösningarna skulle ha en inspirerande funktionalitet som gör att förarna upplever autonom körning som värdefull och njutningsbar. De skulle också innehålla en strategi för hur man kan upprätthålla förarens förmåga att ta tillbaka kontrollen på kort varsel.

Studenterna hade angripit problemet på ett strukturerat sätt och bland annat tagit fram personas och scenarios, gjort egna kundundersökningar bland människor på gatan och skickat ut enkäter.

Några (som jag tyckte) intressanta konceptidéer som presenterades var:

  • Instrumenten anpassar sig efter om bilen är i manuell eller autonom mod. T.ex. kan mittkonsolens skärm flyttas närmare föraren och informationen ändras så att den ger en förståelse för vad bilen gör vid autonom körning. På det sättet kan man bygga förtroende för systemet.
  • Man anger destination först efter bilen har kört iväg. På det sättet slipper man lägga tid på ett moment som man tidigare gjort intuitivt.
  • Olika sätt att ange bilens mod som upplyst ratt eller olika symboler som syns även om man t.ex. tittar på film.
  • On call-funktionalitet som skickar information till räddningstjänsten sekunderna innan en oundviklig krasch och då alltså systemen är oskadade. Kan göra att systemen inte behöver skyddas så att de överlever en krock.
  • Intuitiv återtagande av kontroll genom att man tar tag i ratten eller annat reglage, ungefär som konstantfarthållare i dag kopplas ur om man bromsar.
  • Ratt med trycksensorer som känner hur många händer man har på ratten, och därmed en indikation på hur alert föraren är.
  • Ratt med touchpad.
  • Arbetsbord med tangentbord, ungefär som matborden på flygplan.
  • En funktion som temporärt tar över kontrollen och kör vidare om det t.ex. ringer. Det skulle kunna vara ett enkelt tidigt steg mot autonom körning.
  • En panikknapp som gör att bilen själv kör till närmaste sjukhus. Det skulle i princip göra alla bilar med systemet till potentiella ambulanser.

En jury från VCC utsåg gruppen ”Girl Power +1” till vinnare, bland annat för att de arbetat så strukturerat och med helhetssyn.

Generellt tyckte juryn att alla bidragen var mycket bra, men påpekade också att det som saknades var fokus på kundnyttan. Vem vill betala för funktionaliteten och varför?

VCC ställde frågan om vad som kan vara mer intressant att jobba med för unga ingenjörer idag. Många studenter höll med, men inte alla. Någon tyckte att det skulle vara intressantare att jobba med hela mobilitetssystem än bara bilar.

Med autonoma fordon kan bilarna köras tätare och man alltså utnyttja befintliga gator och vägar bättre. Mot detta invände någon av studenterna om man verkligen vill ha fler fordon på gatorna.

Egen kommentar

Det finns oerhört mycket att göra inom HMI för autonoma fordon.Problemet behöver angripas från ett annat håll än bara den tekniska.

Det är också imponerande vad dagens studenter kan åstadkomma, inte bara i detaljer och teknik utan i förståelse av helheten. Men det är inte lika självklart för dem att arbeta i bilindustrin som det var förut, trots intressanta utmaningar.

Konferenser

Rapport från ITS-World Congress, Tokyo 2013

Open ITS to the next lyder temat för årets världskongress inom ITS och huvudämnena är traditionsenligt trafiksäkerhet och trafikstyrning. Men ITS sträcker sig numera även över tre nya områden nämligen, energioptimering, personifierade tjänster med hjälp av ”big data” och ett flexibelt transportsystem. De två första har sitt ursprung i elektrifiering av fordon och det flexibla transportsystemet har fått en ny innebörd sedan jordbävningen i Japan 2011. Samtidigt har mobilitet i mega-städer blivit ett nytt problemområde i tillväxtländer, speciellt i Asien. Öppenhet har använts för att förklara potentialen hos ITS: öppna plattformar för grundläggande funktionalitet och öppen uppkoppling, öppna möjligheter och samarbeten för de tre områdena.

Årets världskongress behandlade följande områden:

  1. Trafiksäkerhet och trafikstyrning
  2. Nästa generation av mobilitet och hållbarhet
  3. Effektiva transportsystem i mega-städer
  4. Intermodala och multimodala system för människor och gods
  5. Personifierade mobilitetstjänster
  6. Flexibla transportsystem i nödsituationer
  7. Institutionella hinder och internationell harmonisering

Inledningsvis låg fokus på två teman, ”Autonomous driving” och ”Big data” och ovanstående temaområden fick stå tillbaka för ett ögonblick.

Autonomous driving lyftes fram som ett mycket hett område där bl.a. Google, BMW och Continental presenterade senaste forskningen inom området och vi ser även att intresset ökar när det numera snart är tillåtet att köra med autonoma fordon i testningssyfte i fyra amerikanska delstater sedan även New Hampshire är på väg att ansluta sig till Kalifornien, Florida och Nevada.

Trots framgångar för flera bilföretag i kampen om att bli först med att lansera självkörande bilar talas det om utmaningar som t.ex.:

  • Tekniska utmaningar
  • Brist på industriella standarder
  • Otydliga och brist på regler
  • Implementationskostnader
  • Ansvarsfrågor

Dessa utmaningar riskerar att flytta fram datumet för lansering av självkörande bilar från dagens målsättning 2020 till ännu längre fram i tiden säger bl.a. John Capp General Motors’ director of global active safety [1].

Big Data var det andra heta området på ITS-konferensen och det var lätt att ryckas med när Christoph Hagedorn från Continental i Japan pratade om att autonoma fordon genererar 1GB data per minut som behöver processas. Även Åsa Magnevall från CGI Sverige talade om data och om hur M2M datavolymerna ökar med 100% årligen. Samtidigt slog hon hål på myten om ”all connected” eftersom endast 0.6% av alla våra prylar faktiskt är uppkopplade. Men faktum kvarstår att big data blir alltmer viktigt eftersom behovet av att få tillgång till billigare, snabbare och mer data ökar.

Egen kommentar

Min reflektion är att autonoma fordon kommer introduceras gradvis och vi kommer lära oss mycket under vägen.

I backspegeln ser vi den inkrementella utvecklingen som skett med ABS, EPS, airbags, farthållare och adaptiv farthållare och hur denna skett utan vare sig regler, standarder eller uppståndelse kring ansvar. Så kommer det säkert bli för den inkrementella utvecklingen av autonoma, eller rättare sagt, automatiserade fordon.

Vad gäller de stora datamängder (1GB/min) som talas om blir det säkert inte tal om att dela med sig av denna, varken mellan autonoma fordon eller i ett kooperativt trafiksystem. Den inkluderar sannolikt raw-data från kameror och radar och är knappast något biltillverkarna vill dela med sig av.

Istället blir utmaningen att enas om vilken information som ska delas mellan övriga trafikanter i ett mer kooperativt transportsystem. Här blir standardisering blir en utmaning och eftersom utvecklingen går så snabbt kommer ständigt kompletteringar av kommunikationsprotokollen att behöva göras.

Kommentar från Ingrid Skogsmo, SAFER

Håller inte alls med om skrivningen (ovan). I fråga om t.ex. airbags har det funnits hur mycket diskussioner som helst om produktansvar, lagstiftning, principer och standards. Javisst har de inkrementellt utvecklats, men att det skett ”bara sådär” stämmer inte!

Källor

[1] Automotive News: Self-driving cars get a reality check. Global experts outline challenges facing development of autonomous vehicles. Länk

Elektronik och processorer

Ny processor för självkörande fordon

Texas Instruments har presenterat en ny grupp av System-on-Chip (SoC) processorer och tillbehör kallad TDA2x för användning i autonoma fordon [1].

Utmärkande drag för TDA2x SoC är hög prestanda, snabb bildanalys, bra grafik, stor flexibilitet vid programmering, och låg energiförbrukning. Detta sägs möjliggöra att fler algoritmer kan köras samtidigt, vilket i sig innebär att flera förarstödfunktioner kan använda sig av en och samma processor.

TDA2x väntas med andra ord möjliggöra för fordonsutvecklare att koppla fler kameror (eller andra liknande sensorer) till samma processor och därmed utföra en mer integrerad sensorfusion och beslutsfattande.

TDA2x är baserad på en heterogen och skalbar arkitektur som inkluderar Texas Instrumnets C66x digitala signalprocessor, en helt programmerbar Vision AccelerationPac, ARM Cortex A15 MPCore processorer, och Dual Cortex-M4 med video och grafikkärnor. Som tillbehör till processorn fås flera mjukvarubibliotek för att underlätta för fordonsutvecklare och underleverantörer att anpassa den till deras funktioner.

Enligt Texas Instruments ligger den nya gruppen av SoC processorer i framkant inom området, mest tack vare Vision AccelerationPac som bl.a. ger 8 gånger bättre beräkningsprestanda jämfört med de mest avancerade motsvarigheter på marknaden för samma energiåtgång.

Just nu är det okänt vilka fordonstillverkare som kommer använda sig av TDA2x, men Texas Instruments har sagt att de vill satsa på masstillverkare.

En detaljerad beskrivning av TDA2x och Vision AccelerationPac hittas i [2] och [3].

Egen kommentar

Många förarstödfunktioner som finns i dagens bilar använder sig av kameror och visuell perception för att läsa av omgivningen. Jag tror att dessa är oerhört viktiga för autonoma fordon som kommer innehålla en mängd olika kameraberoende funktioner.

Med ökande antal kameraberoende funktioner i fordon kommer nog antalet kameror och därmed datamängden som de genererar att öka, vilket i sig kräver smartare, snabbare och mer robusta processorer.

För att få en känsla för hur mycket data det rör sig om kan vi nämna att det krävs 4-5 kameror för att få en 360 graders vy runt fordonet och att kameror som används i dagens förarstödsystem typiskt genererar 30 bilder/s med en upplösning på 1280×800 pixlar med 8 bits/pixel.

Processorn som beskrivs ovan är ett exempel på en integrerad lösning, något som är av stor vikt när man pratar om behandling av stora datamängder i realtid.

Kommentar från Eilert Johansson, SICS Swedish ICT

Kostnad: TDA2x är ett nödvändigt steg för att göra avancerade ADAS system tillgängliga på massmarknaden. Denna högintegrerade lösning möjliggör implementationer med lägre produktkostnad, vilket betyder att systemen når fler användare. Vi lär komma att se många SoC med liknade upplägg från fler leverantörer framöver!

Integration: TDA2x är ett mycket intressant SoC där vi ser teknisk arkitektur som liknar telekom systemen men avsedd för fordon. TI har en lång tradition i att utveckla avancerade SoC som kombinerar DSP med RISC processorer för bl.a. mobiltelefoner. Här har man dessutom arbetat med en skräddarsydd objektdetekteringsaccelerator i hårdvara; ett liknande upplägg som i grafikkretsar för PC och mobiler avsedda för spel men tvärt om – här detekterar man objekt istället för att generera.

Mjukvara: Mjukvaran som krävs i ett system baserat på TDA2x är mycket komplex. I material från TI nämns att det finns ramverk och bibliotek att utgå ifrån vilket är en nödvändighet. Mjukvaran och integration mellan olika delar i TDA2x samt integration med övriga system i fordonet kräver stora investeringar i utvecklingsarbete. Av denna anledning lär vi se system med samma grundfunktionalitet hos många OEM framöver. Utvecklings och integrationskostnad behöver delas av flera.

Källor

[1] Texas Instruments News Center. Texas Instruments drives customer applications one lane closer to an autonomous driving experience and reduction in collisions. 2013-10-16. Länk

[2] Nikolic Z., Agarwal, G., Williams, B., Pearson, S., 2013. White Paper. TI Gives Sight to Vision-Enabled Automotive Technologies. Länk

[3] Lin, Z., Sankaran, J., Flanagan, T., 2013. White Paper. Länk

Sensorer

Ny radar från Panasonic

Enligt Ny Teknik [1]  har Panasonic utvecklat en ny 79 GHz-radar som skiljer på bilar, människor och cyklar på mindre än 0,1 sekunder, och varnar en bilförare för faror. Den har ett bredare synfält, upp till 120 grader, och kan användas t.ex. för att varna förare för mötande trafik exempelvis vid vänstersväng i en upp till sexfilig gatukorsning.

Egen kommentar:Bra sensorer som kan upptäcka fler objekt är viktiga för utvecklingen av autonoma fordon som kan köras i mixad komplex miljö.

Radarn har demonstrerats på 20th ITS World Congress i Japan denna veckan. Vi kommer att återkomma med rapporter om andra intressanta händelser därifrån i kommande brev. Tills vidare kan ni titta på några demofilmer från Toyota, Honda och Nissan här (tack Magnus Karlström).

Källor

[1] Ny Teknik 20131015: Radarn ser faror i gatukorsning Länk

Funktioner

Ett nytt hinderundvikande system

I slutet av förra veckan gick Ford ut med ett pressmeddelande [1] där de presenterar ett nytt testfordon som är utrustat med ett system kallat Obstacle Avoidance som använder sig av automatisk styrning och inbromsning för att undvika kollisioner med stillastående eller långsammare fordon och fotgängare.

Systemet sitter på en Ford Focus och är huvudsakligen baserat på tre radarenheter, ultraljudssensorer, och en kamera för att ”läsa av” vägen upp till 200 meter framför fordonet. Först ger systemet en visuell- och ljudvarning till föraren om det framförvarande hindret, och om föraren inte väjer eller bromsar aktiveras automatisk styrning och inbromsning.  Systemet har testats i hastigheter högre än 60 km/h.

Obstacle Avoidance är utvecklat som en del av det europeiska forskningsprojektet interactIVe (Accident Avoidance by Active Intervention of Intellignet Vehicles) där 7 biltillverkare, 6 underleverantörer, 14 forskningsorganisationer och 3 övriga intressenter arbetar med att utveckla aktiva säkerhetssystem som ingriper vid kollision. Projektet leds av Ford.

Systemet har visats upp på Fords testningsbana i Lommel, Belgien. En inspelning från uppvisningen kan ses här.

Egen kommentar

Ford verkar vara inne på samma spår som lastbilstillverkarna i artikeln ovan: de tror på en successiv introduktion av funktioner som kommer ingå i autonomkörning.

Vidare vill jag påpeka att automatisk styrning och inbromsning har annonserats av andra tillverkare. Volvo Car Group har exempelvis sagt att de kommer lansera ett sådant system på Volvo XC90 i slutet av 2014 [2]. Volvo har också planer på att introducera en ny generation av deras aktiva säkerhetssystem för fotgängare. Till skillnad från Fords system beskrivet här kommer Volvos system kunna detektera fotgängare i mörker.

Tack Maria Nilsson för tipset!

Kommentar från Jonas Didoff, Viktoria Swedish ICT

Gillar att man blandar in V2V i autonoma / automatiska fordon. Detta leder till bättre säkerhet bland annat.

Kommentar till undanstyrnings-funktionen från Ford.
Hur bra är systemet på att avgöra om det verkligen finns plats / möjlighet att göra denna manöver. Ska man välja höger eller vänster sida för väjningen ? Hur mycket plats finns det där ?

V2V skulle sannolikt stärka även denna funktion genom att man vet även var andra bilar finns framför / omkring den man styr undan från.

Källor

[1] Ford develops test car that automatically steers around stopped or slowing vehicles or pedestrians. 2013-10-08. Länk

[2] Volvo Car Group. Press Relesases. Volvo Car Group reveals world-class safety and support features that will be introduced in the all-new XC90 in 2014. Länk

Forskningsprojekt

Autonoma lastbilståg

Telematics Update skrev nyligen om autonoma lastbilar som kör i konvojer [1]. Utifrån deras samtal med Scania, ABI Research och Volvo Group Trucks Technology drar de slutsatsen att det är bara en tidsfråga när sådana konvojer blir en del av vår trafik.

Autonoma lastbilskonvojer väntas reducera bränsleförbrukning och öka säkerhet. Förhoppningen är att vägen till sådana konvojer ska accelereras av det nya EU direktivet som kräver att alla lastbilar som tillverkas efter den 1 november 2015 och som väger 3.5 ton eller mer ska utrustas med Advanced Emergency Braking System (AEBS) och Lane Departure Warning System (LDWS).

Dessa system är enligt industrirepresentanter som Telematics Update samtalat med huvudingredienser i det som i slutändan kommer att bli autonoma lastbilar. Med detta vill de påpeka att de tror på en stegvis introduktion av funktioner som kommer ingå i autonomkörning snarare än lansering av helt autonoma lastbilar på en gång.

Många lastbilstillverkare har redan introducerat någon form av AEBS och LDWS. Nästa steg är informationsutbyte via fordon-till-fordon och fordon-till-infrastruktur kommunikation, säger Claes Avedal från Volvo.  Detta förväntas möjliggöra tidigare varningar till förare vid exempelvis dåliga väg, väder, och siktförhållanden.

Lastbilskonvojer har utforskats i flera projekt världen över: KONVOI (RWTH Aachen University i Tyskland), Automated Truck Platoon (University of California, Berkeley, USA), iQFleet (Scania och VTI, Sverige), SARTRE (EU-projekt), GCDC (internationell tävling initierad av HTAS och TNO, Nederländerna), Energy ITS (NEDO, Japan). En genomgång av lastbilskonvojer ges i [2].

Egen kommentar

För att åstadkomma signifikanta bränslebesparingar måste avståndet mellan lastbilar i en konvoj vara så kort som möjligt. I projekten som jag listat ovan har man provat med olika avstånd, allt från 10 till 3 meter. En konsekvens av så korta avstånd är bl.a. begränsad sikt för lastbilsförare, som i sig kan upplevas obehagligt. Detta är en viktig parameter som måste tas i beaktande när man optimerar avståndet.

Källor

[1] Telematics Update. Autonomous truck convoys: The question is when, not if. 2013-10-10 Länk

[2] Bergenheim, C., Petterson, H., Coelingh, E., Englund, C., Shladover, S., Tsugawa, S. (2012). Overview of platooning systems. In: Proceedings of the 19th World Congress. Länk (OBS! Fungerar om man har tillgång till Chalmers bibiloteklet)

Kooperativa system

Mer om Toyotas självkörande bil

Tony Larsson på Högskolan i Halmstad har skickat två kommentarer kring min skrivning ”främsta nyttan drar bilen bakom, inte den egna bilen” och Toyotas lösning:

Kommentar 1: Toyotas system är ett exempel på en kooperativ systemlösning där den egna (bilens) vinsten fås indirekt via nyttan för hela trafiksystemet, enligt modellen alla hjälper alla. I enskilda situationer kan man då tillfälligt förlora men över tiden vinner alla.

Kommentar 2: Avkänning av och anpassning till den omgivande trafikens fart och fartförändringar kan i begränsad utsträckning även utföras utan hjälp av trådlös kommunikation.

Tack Tony!

Enligt Ny Teknik [1] så vänder sig Toyota framförallt till äldre bilförare. Systemet ska införas 2015.

Källor

[1] Ny Teknik testar självkörande bil i Tokyo 2013-10-11 Länk

Samhällspåverkan

Kan autonoma fordon påverka städernas utseende?

I en artikel av Issi Romem [1] diskuteras hur städernas arkitektur kan komma att se annorlunda ut om och när autonoma fordon blir allmänna.

Ett exempel kan vara att det inte längre finns parkeringsplatser i städerna utan när passagerarna har nått sitt mål så åker bilen och parkerar sig själv i något stort garage utanför staden.

Andra exempel är att vägarna kan utnyttjas bättre när man kan köra med kortare avstånd, och att det förbättrade trafikflödet gör resandet bekvämare och det då blir lättare att bosätta sig utanför stadskärnorna.

Egen kommentar

Det lär dröja några decennier innan det blir aktuellt. Frågan om bilar i städer lär nog mer påverkas av emissioner och önskan om bra stadsmiljö.

Källor

[1] Cityminded.org: Self-driving cars: A Force for Urban Densification or Expansion? Länk

Kooperativa system

Även Toyota planerar nästan självkörande bilar

Magnus Karlström tipsade om att även Toyota planerar nästan självkörande bilar enligt liknande koncept som jag skrev om att Volvo Cars och Mercedes planerar [1].

Dock med den skillnaden att Toyotas system, Automatic Highway Driving Assist AHDA, bygger på trådlös kommunikation på 700 Mhz-bandet fordon-till-fordon (Vehicle to Vehicle, V2V).

Information om bilarnas acceleration och retardation skickas till efterföljande bilar så att de kan anpassa sin hastighet och hålla ett säkert avstånd.

Toyota uppger att de planerar komma med tekniken i mitten av 2010-talet.

Egen kommentar

Intressant är att den främsta nyttan drar bilen bakom, inte den egna bilen. Fast man slipper ju bli påkörd, under förutsättning att bilen bakom har kommunikationsutrustningen. Det är ju åtminstone inledningsvis långt ifrån säkert.

Källor

[1] Green Car Congress: Toyota to launch advanced driving support system using automated driving technologies in mid-2010s Länk

Marknadsundersökningar

En traditionell biltillverkare eller en nykomling?

Det är känt att flera traditionella och icke-traditionella biltillverkare jobbar med att ta fram någon form av självkörning. KPMG presenterar en ny studie [1] om förarnas attityder till autonoma fordon.

Studien är utförd i form av tvåtimmars diskussion i tre fokusgrupper med förare från olika delar av USA: Los Angeles i västra, Chicago i centrala, och Iselin i östra delen av landet. Totalt var 32 förare involverade i studien.

Förarna tillfrågades bl.a. att på en skala 1-10 peka ut sannolikheten att de kommer att använda en autonom bil i deras vardag samt vilken tillverkare de skulle lita mest på.

I stort sett var förarna från Los Angeles mest positiva till autonoma bilar. Deras svar hamnade på 9, medan svar från Chicago- och Iselinförare hamnade på 4 respektive 6 (medianvärden).

Vad det gäller val av tillverkare fick företag som Google, Apple, och Microsoft 8 av 10 poäng, medan premiumtillverkare som Mercedes-Benz, Audi och BMW fick 7,75 poäng. Volymtillverkare som Chevrolet och Nissan fick 5 poäng. Det är alltså nykomlingar i fordonsindustrin som lockar mest!

Ett annat intressant resultat är att det är olika egenskaper hos autonoma och konventionella bilar som anses vara viktiga. Deltagarna tyckte att bilens beteende, säkerhet, innovativa tjänster och tillförlitlighet är de viktigaste egenskaperna hos autonoma bilar. För konventionella bilar är det motorer, kraftöverföring, och design som är avgörande.

KPMG sammanfattar sina resultat kring autonoma bilar med följande ekvation: kortare pendlingstider + reducerad trafikrelaterad variation + möjlighet att växla mellan manuellt och autonomt läge = ett starkt incitament för konsumentadaption.

Statens väg och transportforskningsinstitut (VTI) har gjort en liknande studie med 28 förare från Sverige [2].

Egen kommentar

Det viktigaste budskapet från KPMG studie tycker jag är att konsumenterna har olika krav och förväntningar på autonoma och konventionella bilar.

Skillnaderna som påpekas i studien tyder på att mobilitet och körglädje kommer bli alltmer åtskilda koncept i framtiden och att tillverkarna måste bli medvetna om det – det är tjänster kring förbättrad mobilitet som blir viktigare än bilarnas prestanda.

Slutligen vill jag också påpeka att KPMGs resultat inte är statistiskt representativa (dock inte mindre intressanta för det!).

Källor

[3] KPMG. Self-Driving Cars: Are We Ready? 2013-10-10. Länk

[4] Anund, A., Fors, C., Nåbo, A., Förares tankar om framtida automatiserad bilkörning. Länk

utgiven av RISE Research Institutes of Sweden