I.1 Descrierea, Istoria mașinii autonome [622768]

1
Capitolul I
Generalităț i
I.1 Descrierea, Istoria mașinii autonome
O mașină autonomă (cunoscută și ca mașină fără șofer, mașină robotizată) este un vehicul
capabil să perceapă mediul înconjurător și să navigheze fără interventia omului.
Autovehiculele autonome combină o varietate de tehnici pentru a -și percepe împrejurimile,
inclusiv radar, laser, GPS, otomometrie și viziune pe calculator. Sistemele avansate de control
interpretează informațiile senzoriale pentru a identifica căile de nav igație adecvate, precum și
obstacolele și semnalele relevante.
Beneficiile potențiale ale autoturismelor includ mobilitatea redusă și costurile de
infrastructură, creșterea siguranței, creșterea mobilității, creșterea satisfacției clienților și
reducerea criminalității. Mai exact o reducere semnificativă a coliziunilor de trafic; rănile
rezultate; și costurile aferente, inclusiv nevoia mai mică de asigurare.
În ciuda diferitelor avantaje potențiale pentru automatizarea vehiculelor, există p robleme
nerezolvate, cum ar fi siguranța, problemele tehnologice, disputele privind răspunderea
rezistența persoanelor fizice la pierderea controlului asupra autoturismelor lor, siguranța
autoturismelor fără șofer, punerea în aplicare a unui cadru juridi c și stabilirea reglementărilor
guvernamentale; riscul de pierdere a problemelor de confidențialitate și de securitate, cum ar
fi hackerii sau terorismul; îngrijorarea cu privire la pierderea de locuri de muncă legate de
conducere în industria transportulu i rutier; și riscul de suburbanizare sporită, deoarece
călătoriile devin mai puțin costisitoare și consumatoare de timp. Multe dintre aceste probleme
apar deoarece obiectele autonome ar permite, pentru prima dată, vehiculelor terestre
controlate de calcula tor să circule liber, cu multe preocupări legate de siguranță și securitate.
Concepția construcției unui vehicul cu conducere autonomă a apărut în anii 1920, în să ea
a devenit practicabilă după anii 1980, o dată cu lansarea un ui proiect dedicat: Prometheus.
În 1994 a fost realizată p rima demonstrație de mare anvergură, când 95% dintr – un traseu de
1600 km a fost parcurs cu un vehicul cu conducere autonomă, l a o a doua demonstrație, în
1995, a fost parcurs 98% dintr -un traseu de 5000 km. La un concurs organizat în 2004 pe arii
neamanejate (off -road) nici unul din cele 15 vehicule cu conducere autonomă nu a finalizat
cursa, dar la o cursă similară organizată în 2005 – 5 din cele 23 de vehicule cu conducere

2
autonomă au reușit să ajungă la final. În sfârșit, în 2007, într -o cursă organizată într -un mediu
urban simulat, 6 vehicule cu conducere autonomă au reușit să finalizeze competiția. Prin acest
rezultat, s e consideră că principiul con ducerii autonome a vehiculelor a fost validat practic,
urmând ca prin dezvoltări ulterioare el să fie implementat cu succes în traficul vehicular real.
Cele mai mediatizate exemple de acest gen sunt: automobilele cu conducere autonomă
elaborate de companiile Google (Google self -driving car) și Tesla (Autopilot system).

I.2 Nivelurile automatizării de conducere
Un sistem de clasificare bazat pe șase niveluri diferite (de la sisteme complet manuale la
sisteme complet automatizate) a fost publ icat în 2014 de către SAE International, un organism
de standardizare în domeniul automobilelor ca J3016. Acest sistem de clasificare se bazează
pe cantitatea necesară de intervenție și atenție a șoferului, decât pe capacitățile vehiculului.

Nivelul 0 : Șoferul se ocupă de tot ce înseamnă condusul autovehicului, trebuie să fie mereu
implicat 100% în acțiunea de a conduce. Niciun sistem nu intervine și, cel mult, șoferul este
asistat prin atenționare cu privire la anumite aspecte/pericole ale acțiunii de a conduce.
Automobilele clasificate pe acest nivel nu dețin funcții de conducere autonomă.
Nivelul 1 : Sistemul de condus autonom poate prelua controlul asupra direcției sau
asupra accelerației (adică inclusiv decelerare/frână), în scenarii de condus lim itate. De toate
celelalte funcții ale m așinii se ocupă șoferul și trebuie să fie gata oricând să
preia imediat controlul absolut al mașinii.
Putem numi aici două tehnologii care fac o mașină să fie clasificată pe nivelul 1 în ceea ce
privește condusul autonom.
▪ A. Lane Departure Prevention (LDP) , care menține banda de circulație în cazul în care
șoferul este depistat ca fiind neatent sau că adoarme la volan.
▪ B. Tempomatul adaptiv (cunoscut și ca ACC – Adaptive Cruise Control sau Cruise Control
Adaptiv), care poate face ca o mașină echipată cu așa ceva să urmărească autovehiculul din
față întocmai (de la viteze de autostradă și până la oprire), fără ca șoferul să intervină asupra
pedalei de accelerație sau a frân ei.

3
Nivelul 2 : Sistemul de condus autonom poate prelua controlul simultan pentru
direcție și accelerație (inclusiv decelerare/frână) în anumite scenarii de condus. Spre exemplu
rulare pe autostradă, în trafic relativ lejer, pe o suprafață carosabilă marcată corespunzător.
Șoferul trebuie să fie gata să preia controlul imediat dacă sistemul îi cere asta și trebuie să
monitorizeze în perma nență operația de conducere (autonomă).

Nivelul 3 : Sistemul de condus autonom poate prelua controlul pentru direcți e și accelerație
(inclusiv decelerare/frână) în anumite scena rii de condus. În comparație cu nivelul 2, sistemul
este capabil să -și identifice limitele din timp și să avertizeze șoferul pentru a prelua comanda
autovehiculului.
Șoferul trebuie să fie pregă tit să preia controlul mașinii dacă sistemul îi cere asta, dar nu este
nevoit să monitorizeze în permanență acțiunea de conducere (autonomă ). Față de nivelul
2, cererea pentru șofer nu va fi imediată , ci îi acordă un timp de 5-10 secunde. Sistemul emite
mesaje precum „vă rog să preluați comanda mașinii în 5, 4, 3, 2, 1…” . În cazul în care
șoferul nu preia controlul mașinii , mașina este capabilă să tragă pe dreapta și să oprească pe
avarii (sistemul consideră că șoferul a adormit sau are o problemă medica lă).

Nivelul 4 : Mașina este capabilă să folosească singură sistemul de direcție, accelerația și frâna,
ștergătoare, faruri, luminile de semnalizare la schimbarea direcției sau a benzii, deci șoferul
poate ceda complet sarcina de condus către mașină, în anumite scenarii de condus .
În această fază , șoferul deja nu mai este necesar, nici pentru a monitoriza mașina, nici pentru
back -up, atâta timp cât rămâne în scenariul normal și sigur de condus căreia mașina
autonomă să -i poată fa ce față.

Nivelul 5 : Mașina este complet autonomă , poate prelua complet comenzile , în orice scenariu
de condus. Șoferul poate să lipsească complet din vehicul, în această fază pot lipsi chiar și
volanul și pedalele.
În figura 1 sunt prezentate nivelurile automatizării de conducere.

4

Fig 1.
I.3 Schimbări tehnice
Conducerea autonomă a vehiculelor conferă confort pasagerilor și siguranță în trafic și
presupune existența la bordul vehiculelor a unor mijloace de detectare a obstacolelor, de
localizare și de coordonare cu vehiculele învecinate precum:
• Sistemele radar care percep constant distanța dintre vehicule în timp real,
îmbunătățind eficiența și siguranța conducerii. Sistemele radar automate sunt utilizate
pentru: detectarea, avertizarea și atenuarea coliziunilor, evitarea coliziunii.
monitorizare unghi mort(lipsa vizibilit ății) / detectare unghi mort, sistemele de
asistență pentru schimbarea benzii de circulație și sistemul de avertizare la ieșirea din
benzile de circulație.
• Scanerele cu laser (LIDAR) măsoară cu p recizie distanțele până la alte obiecte din
mediul înconjurător al automobilului și determină dimensiunea și viteza acestora. În
acest fel, automobilul generează o imagine a zonei ce poate fi traversată și care este
liberă de obstacole.
• Camerele sunt instalate în spatele parbrizului și determină poziția celorlalți
participanți la trafic. Acestea recunosc dacă vehiculul în cauză este un automobil, un
camion, o motocicletă sau un pieton. Marcajele și semnele rutiere sunt detectate tot de
camere , permiț ându -i să furnizeze informații exacte despre poziția automobilului pe
banda proprie.
• Senzorii cu ultrasunete detectează obstacolele din vecinătatea imediată a
automobilului precum și , alte vehicule . În acest scop, există senzori pe fiecare parte a
mașinii, precum și în față și în spate.
• GPS (Global Positioning System) este utilizat împreună cu informațiile de la senzorii
de bord pentru a localiza poziția automobilului pe o hartă HD de înaltă precizie.
Aceasta include informații despre numărul de benzi de tr afic și drumurile de acces sau

5
de ieșire, de exemplu, precum și “repere” care au fost măsurate exact. În acest fel,
poziția automobilului poate fi identificată pe banda exactă. Și, prin factorizarea datelor
de la cameră pe oglinda retrovizoare, automobilul poate determina cât de aproape sunt
marcajele benzii sau marginea drumului.

I.4 Protocoale de comunicație utilizate în automotive
Protocoalele de comunicație utilizate în automotive sunt : LIN, CAN , FlexRay, Most și
Bluetooth. Protocoalele de comunicație utilizate în industria automobilelor se clasifică în
principal în funcție de viteza de transmitere a datelor.
Societatea inginerilor de automobile (SAE),) a clasificat r ețelele de comunicație astfel:

6
• Clasa A: se utilizează ca proto col de comunicație LIN -ul, viteza <10kb/sec, aplicații:
acționare a oglinzilor, a geamurilor electrice
• Clasa B: se utilizează ca protocol de comunicație CAN low -speed , viteza între 10 –
125kb/sec, aplicații: instrumente de bord .
• Clasa C: se utilizează ca protocol de comunicație CAN high -speed , viteza între
125kb/sec – 1Mb/sec, aplicații: management motor, transmisie, sisteme de frânare .
• Clasa D : se utilizează ca protocol de comunicație FlexRay, viteza >1Mb/sec ,
aplicații: s isteme “X-by-wire”, multimedia.

Protocolul MOST utilizează fibra optică pentru transportul datelor și este rezultatul
colaborării dintre Audi, BMW, Daimler, ș.a . Aplicațiile multimedia de pe autom obile (GPS,
DVD, comenzi vocale, etc.) necesită protocoale dedicate atât din punct de vedere al vitezei de
transport a datelor cât și din punct de vedere al suportului fizic.

Acest protocol wireless (utilizează undele radio pentru transmiterea informațiilor) este
caracterizat prin costuri scăzute, consum mic de energie și cu o arie de acoperire între 10 și
100 de metri. În domeniul automobilelor este utilizat pentru conectarea automobilului cu
diferite terminale externe multimedia (telefoane mob ile, MP3 player -e, DVD -uri portabile,
etc.), calculatoare portabile cât și cu echipamente de diagnoza auto .

7
Sistemele "X -by-wire" (control electronic, prin fir) cum ar fi "steer -by-wire" (sistem
de direcție acționat electric) sau "brake -by-wire" (sistem de frânare acționat electric)
necesită un protocol de comunicație stabil, tolerant la erori și cu viteza mare de transport a
informațiilor. Răspunsul la aceste cereri l -a dat cooperarea dintre BMW, Daimler, Philips
și Freescale, având ca rezultat p rotocolul FlexRay. Prima implementare a protocolului
FlexRay s -a făcut în 2006 pentru suspensia adaptivă a BMW -ului X5. Industrializarea
protocolului s -a făcut în 2008 pe noul BMW seria 7.

Protocolul LIN este rezultatul colaborării dintre Audi AG, BMW AG, Daimler AG,
Freescale, VW și Volvo. Scopul colaborării este de a crea un protocol simplu, ieftin, de
viteză mică care să fie utilizat la controlul sistemului de închidere centralizată,
climatizare, oglinzi electrice, etc. Față de protocolul CAN care utilizează două fire pentru
a transmite informațiile protocolul LIN este monofilar, utilizează doar un fir.

Începând cu mijlocul anilor 1980 Bosch a demarat dezvoltarea protocolului CAN . În
prezent acest protocol este cel mai utilizat în industria automobilelor, în anul 2000 fiind
comercializate aproximativ 100.000.000 de module CAN. Protocolul CAN se
caracterizează prin robustețe și viteză de transmitere a datelor relativ mare. Este utilizat în
principal pentru aplicații în timp real, cum ar fi managementul motorului, transmisiei și a
sistemului de frânare clasic (hidraulic).

8

Deoarece o magistrală CAN poate fi partajată de mai mulți controlori diferiți, în general,
nu este foarte bine să se trimită mesaje care ar putea necesita actualiz ări mai mari de
aproximativ 100 ori pe secundă. Acestea includ aplicații cum ar fi comunicarea despre alte
sisteme mecanice (transmisie, frânare, tempomat, servod irecție, geamuri, încuietori și altele)
unde cantitatea de date este limitată și lărgimile de bandă implicate tind să fie rela tiv scăzute .
Figura 1 prezintă o magistr ală CAN utilizată pentru portiere și funcțiile de control
climatic. Deoarece fiecare dintre acestea este o aplicație cu lăți me de bandă mică, există o
mică îngrijorare cu privire la interferența uneia cu ceala ltă. Cu toate acestea, susținerea unei
funcții mai critice , necesită ca aceeași magistrală să ocupe și de o lățime de bandă mai mare .
Această limitare ar putea fi atenuată prin instalarea mai multor rețele în interiorul mașinii într –
o configurație ierarhică.

La fel ca magistrala CAN, Ethernet este un sistem sub formă de pachet, în acest caz
informațiile sunt transferate în pachete între noduri pe diferite părți ale rețelei.
De asemenea, la fel ca și magistrala CAN, Ethernet este bidirecțional, iar viteza posibilă pe
orice legătură individuală scade odată cu creștere a numărului de noduri din rețea . Totuși,
Ethernet poate transporta date printr -o legătură de 100 de ori mai rapid decât o magistrală
CAN.

9
Ethernet este bun pentru comunicațiile în bandă largă în aplicații precum sisteme de
navigație și control. Poate fi folosit în același mod ca și magistrala CAN, oferind în același
timp o lățime de bandă mult mai mare. Ethernet ar fi o alegere ideală pentru a înlocui
magistrala CAN , dar din moment ce costul Ethernet pe nod este mai mare, probabil că nu va
înlocui, ci va optimiza magistrala CAN .