Интеграция лидара в ADAS для повышения безопасности пешеходов

Большинство новых автомобилей, продаваемых сегодня в США, включают передовые системы помощи водителю (ADAS) с автоматическим экстренным торможением для пешеходов (PAEB) как стандартную или опциональную функцию. Хотя передовая ADAS улучшила вождение по трассам и на высоких скоростях, базовая потребность в смягчении столкновений с пешеходами и велосипедистами в основном оставалась нерешенной.

Более 6000 пешеходов погибают ежегодно в дорожно-транспортных происшествиях в США, сообщает Национальное управление по безопасности дорожного движения (NHTSA). Отчет Ассоциации губернаторов по безопасности шоссей отметил, что 75 процентов этих смертей случаются ночью. Использование ADAS на базе камер и радаров оказалось неадекватным для решения этой проблемы. Независимые тесты NHTSA и Американской автомобильной ассоциации (AAA) показывают, что системы PAEB часто не защищают пешеходов в темных условиях.

Тестирование PAEB в темных условиях

Системы PAEB могли бы спасать тысячи жизней ежегодно, улучшая производительность в темных условиях. Между 2009 и 2018 годами смертность пешеходов увеличилась на 53 процента. Из этого увеличения 90 процентов вызвано ночными авариями, согласно отчетам Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) и Ассоциации губернаторов по безопасности шоссей. NHTSA сообщило, что в 2018 году 76 процентов из 6283 смертей пешеходов в ДТП в США произошли в темных условиях.

Оценки AAA и NHTSA показали, что функции PAEB часто не избегают аварий ночью. Отчет AAA заявил: «Мало или нет публично доступной информации о производительности систем обнаружения пешеходов в условиях низкой освещенности. Основываясь на статистике аварей транспортных средств/пешеходов, эта среда особенно критична для оценки». Добавляя, что тестирование PAEB в темных условиях заполнит этот пробел. «Хотя этот параметр очень сложен, это все же разумный тестовый сценарий, учитывая отсутствие освещения во многих естественных средах».

AAA обнаружил, что в тесте четырех автомобилей ни один не предупредил водителя и не автоматически замедлился для пешехода, переходящего дорогу в темных условиях. Основываясь на этих результатах, AAA советует, что «водители не должны полагаться на помощь от текущих систем обнаружения пешеходов при ночной езде или в других средах с пониженной видимостью». Завершая анализ, отчет AAA отметил, что даже если «руководство владельца каждого тестового автомобиля указывает, что интегрированная система обнаружения пешеходов может не различать пешеходов ночью или в неблагоприятную погоду, такую как дождь, снег, мокрый снег или туман... неоспоримо, что помощь от системы обнаружения пешеходов была бы полезна в ночные часы и могла бы быть временем наибольшей нужды».

Однако изучение текущих протоколов, используемых программой оценки новых автомобилей NHTSA (NCAP), Европейской программой оценки новых автомобилей (Euro NCAP) и IIHS демонстрирует, что производительность в ночных условиях лишь редко тестируется как основа для рейтингов безопасности автомобилей и наград.

Velodyne LiDAR (Сан-Хосе, КА) поэтому предлагает, чтобы организации оценки включили в свои протоколы тестирования PAEB сценарии, проводимые в темных условиях. Принятие этого подхода обеспечит, что потребители автомобилей с функциями PAEB поймут ограничения производительности своего автомобиля и поощрят автопроизводителей улучшать функции ADAS, способные спасать тысячи жизней ежегодно. Точнее, эти тесты должны проводиться при окружающей освещенности менее одного люкса, с использованием ближнего света тестового автомобиля и без помощи уличного освещения.

Сравнение лидарных и камерно-радиолокационных систем PAEB

Решения PAEB на базе лидара имеют врожденные сильные стороны по сравнению с комбинациями камеры и радара.

Камеры могут иметь очень высокое разрешение, но им обычно требуются множественные модули и дополнительная обработка для расчета расстояний объектов от автомобиля. Также, как человеческий глаз, камеры работают относительно плохо в темных условиях. Отчет Департамента транспорта (DOT) 2018 года гласит: «Визуальные системы лучше способны [чем радарные] обнаруживать стационарных людей, но ограничены дневной работой в хорошо освещенных средах».

В сравнении с камерами, отчет DOT отметил, радар хорошо работает ночью и может давать измерения расстояния. Но радар не имеет достаточно высокого разрешения, чтобы воспринимать точное местоположение объекта или отличать между множественными объектами, близкими друг к другу. Радар также может не обнаруживать стационарные или медленно движущиеся объекты. В результате этих недостатков функции PAEB на базе камеры и радара борются за защиту пешеходов в ночных условиях.

Тепловизионное изображение иногда предлагалось как потенциальное дополнение к камере и радар в приложениях PAEB. Однако эта технология представляет свои слабости и не адекватно адресует недостатки текущих камерно-радиолокационных систем. Как и с оптическими камерами, способность системы автомобиля обнаруживать объекты с тепловыми сенсорными данными зависит от способности сенсора правильно воспринимать и передавать контраст между объектом и его окружением. В результате обе сенсорные модальности могут пропускать объекты, сливающиеся с фоном. В случае тепловизионного изображения это произойдет из-за смешения похожих тепловых характеристик, а не похожих цветов или оптических иллюзий, как с камерами.

В отличие от этого, лидар не страдает ни от одного из этих характерных недостатков камеры, радар и тепловых сенсоров. Лидар действует как свой собственный источник света, поэтому хорошо работает и в темноте, и днем. Он также обеспечивает быстрые и точные измерительные данные с достаточно высоким разрешением для точного обнаружения свободного пространства в реальном времени при отслеживании множественных объектов в сцене.

Доступные лидарные решения PAEB с доступной ценой значительно улучшили бы производительность во всех условиях освещения. Это подтвердилось бы, если регуляторные и тестовые агентства добавят темное тестирование к своим протоколам оценки.

Тестирование лидарной системы PAEB против камерно-радиолокационной технологии

Чтобы продемонстрировать, что улучшенная ночная производительность PAEB может быть достигнута реализацией доступных технологий, Velodyne протестировал свою лидарную систему PAEB против высокорейтинговой PAEB-системы, построенной вокруг камеры и радара. Тесты проводились на скорости, контролируемой водителем, нацеленной на 30 миль/ч на прямой трассе, через час после заката, с окружающей освещенностью менее одного люкса.

Оба тестовых автомобиля имели включенный ближний свет во время испытаний. Стационарные манекены пешеходов-ребенка и пешеходов-взрослых, использованные в тестах, были совместимы с текущими протоколами тестирования, предписанными такими организациями, как IIHS и Euro NCAP.

Сценарии, в которых оценивались автомобили, включали:

1. Пересечение взрослого на 50% перекрытия (в центре ширины тестового автомобиля)
2. Пересечение взрослого на 25% перекрытия
3. Пересечение ребенка на 50% перекрытия
4. Пересечение ребенка на 25%, взрослый @ 75%, 10 футов за ребенком
5. Пересечение взрослого у угла водителя
6. Упавший взрослый на 50% перекрытия

Velodyne тестировал оба автомобиля в каждом сценарии пять раз или до тех пор, пока автомобиль не сталкивался с целью три раза, чтобы минимизировать ущерб целям и автомобилям.

Результаты ночных тестов подтверждают выводы AAA и NHTSA, что камерно-радиолокационные системы PAEB часто терпят неудачу в темных условиях. Тестирование обнаружило, что частота неудач особенно очевидна в сценариях с участием ребенка, более чем одного пешехода, взрослого у угла автомобиля или упавшего взрослого перед автомобилем.

В отличие от этого, лидарная система PAEB Velodyne, оснащенная сенсором Velarray H800 и программным обеспечением Vella™, успешно останавливалась вовремя, чтобы избежать аварии пять из пяти раз для каждого протестированного сценария. Эти аппаратные и программные компоненты разрабатываются для соответствия требованиям функциональной безопасности автомобиля, определенным в стандарте ISO-26262. Объединяя Vella и Velarray, решение PAEB Velodyne предназначено для городского, пригородного и трассового вождения до 80 миль/ч.

Заключение

Поскольку темные ночные условия показаны опасными для пешеходов, Velodyne предлагает организациям оценки автомобилей расширить тестирование PAEB, включив условия окружающей освещенности менее одного люкса. Тесты, выполненные AAA и NHTSA, демонстрируют, что ночная производительность представляет крупную возможность для улучшения текущих систем PAEB. Тестирование показывает, что лидарное решение эффективно и готово к внедрению.

Статью написал Дэвид Холл, основатель и исполнительный председатель совета директоров Velodyne LiDAR (Сан-Хосе, КА). Для дополнительной информации свяжитесь с г-ном Холлом по This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. или посетите здесь.