SLEUTEL TOT AUTONOOM RIJDEN ZIT IN ONZE BROEKZAK

ONDERZOEK NAAR EN IMPLEMENTATIE VAN AUTONOOM RIJDEN

Met een computer die 1 miljoen instructies per seconde leverde, op een programma van 32 kilobyte draaide en vier kilobyte aan geheugen bezat, slaagden de Verenigde Staten er in 1969 in om Apollo 11 veilig op de maan neer te zetten. De rekenkracht van een smartphone is vandaag 20.000 maal krachtiger dan die toenmalige 'state-of-the-artcomputer'. Goed vijftig jaar later bewijzen vier studenten aan de Thomas More hogeschool in Sint-Katelijne-Waver dan ook dat een alledaags consumerproduct tot veel meer in staat is dan het nemen van selfies en het digitaal vastleggen van menig levensverhaal op sociale media.

AUTONOOM RIJDEN DANKZIJ SMARTPHONE

Drie studenten autotechnologie en een student elektronica-ICT van de Thomas More hogeschool hebben in het kader van hun bachelorproef onderzoek gedaan naar autonome voertuigen. Daarbij stelden ze zich de vraag of ze een gewoon commercieel voertuig, in dit geval een Toyota RAV4 hybride bouwjaar 2017, autonoom konden laten rijden op basis van een smartphone. Op deze manier maakten de studenten kennis met technologie die nog niet courant is, maar er vroeg of laat zeker komt. Bij Thomas More willen ze studenten duidelijk al laten nadenken over hoe ons verkeer er in de toekomst zal uitzien. Docent autotechnologie Mark Pecqueur legt uit: “Binnen onze hogeschool hebben we steeds onze toekomstvisie klaar. Autonoom rijden is iets wat ik eigenlijk al veertien jaar opvolg. Sinds Sebastian Thrun voor de eerste keer de DARPA-challenge won en van Google oneindige budgetten aangereikt kreeg, heeft het hele autonome gebeuren zich in sneltempo ontwikkeld. Aangezien wij willen anticiperen op wat komen zal, moeten we vandaag al de fundamenten leggen voor iets wat binnen minder dan vijf jaar realiteit zal zijn."

ZO WERKT HET

Vandaag zitten in elke wagen een reeks sensoren die constant data produceren. Wanneer deze on-board diagnostics (OBD) met de camerabeelden van een gsm worden gecombineerd, heb je genoeg om een wagen autonoom te laten rijden. “Wij plaatsten een gsm achter de voorruit van de wagen en vertrokken van een opensourcesoftware, die we op het internet vonden", zegt student autotechnologie Jonathan Matthyssen. “We pasten de software aan, voegden er hardware aan toe en daarmee konden we data uit de auto combineren met de camerabeelden van de gsm. Die gecombineerde informatie werd dan terug naar de auto gestuurd in de vorm van opdrachten zoals vertragen, draaien, remmen ..."

OpenPilot

In het onderzoek werd het opensourcesysteem OpenPilot gebruikt om een bestaand voertuig autonoom te maken. Dit systeem zorgt ervoor dat het voertuig de wegmarkeringen kan volgen en dat het zich aanpast aan de snelheid van het voorliggende voertuig. OpenPilot is een software- en hardwarematige oplossing om een autonoom voertuig te creëren op level 3-4. Het systeem is in staat om zowel het sturen als de deceleratie en acceleratie over te nemen van de bestuurder. De bestuurder dient hierbij wel nog zelf op het verkeer te letten. De software neemt bepaalde functies over van het voertuig door bepaalde ECU's uit te schakelen en zelf berichten te sturen op de bus van het voertuig.

Hardware

De hardware van OpenPilot houdt drie onderdelen in. De 'Panda' en de 'Giraffe' zorgen voor de juiste verbindingen met de bus van het voertuig. De EON bezit de software en de camera.

• De 'Panda' wordt eerst aangesloten achter de front recognition camera en verbindt de EON met de bus van het voertuig.
• De 'Giraffe' wordt op de 'Panda' geplaatst. Met dit stukje hardware kan men kiezen welke bus aan- of afgezet wordt.
• De EON is het platform waarop de software draait. Die bestaat uit een One Plus 3 (smartphone) met een aangepaste Android versie.

Mark Pecqueur: “Eenvoudig gesteld, lezen we de on-board diagnostics data af en die combineren we dan met het beeld van de smartphone. De verkregen data worden verwerkt in wat men een 'Panda' noemt (een stuk hardware die gebruikt wordt voor gegevensmanipulatie en -analyse). Die verwerkte data worden dan op hun beurt teruggestuurd naar de wagen. De studenten zijn eigenlijk vooral gaan kijken waar de data zich precies bevinden op het netwerk om zo te weten te komen welke data er precies nodig zijn om de wagen autonoom te laten functioneren."

Software

Naast OpenPilot maakten de studenten ook gebruik van Automotive Grade Linux of AGL. Dit is een opensourceplatform voor het infotainmentnetwerk in voertuigen. De software draait op de Linux Kernel met toegepaste features die specifiek voor automotive toepassingen werden ontwikkeld. Het is een platform dat werd voortgebracht om de verschillen in software en hardware tussen de verschillende autogroepen aan te pakken. De bedoeling is om door samenwerking een modulair platform te creëren dat zonder extra werk inzetbaar is op de meeste modellen.

Smartphone

Het zelfrijdende systeem maakt gebruik van de camera van de smartphone en de radar die standaard in het voertuig aanwezig is. De smartphone berekent dan de te volgen richting van de wagen en stuurt die in de juiste richting. Voor de acceleratie en deceleratie gebruikt het systeem een maximum ingestelde snelheid. Wanneer een voorliggende auto vertraagt, zal OpenPilot mee vertragen. Het voertuig kan met dit systeem volledig tot stilstand komen en weer vertrekken.

CONDITIONEEL AUTONOOM

Het resultaat is een wagen die conditioneel autonoom rijdt en zo level 3-4 van het autonoom rijden haalt. Met de hard- en software die de studenten samen met hun docenten Mark Pecqueur (autotechnologie) en Wim Dams (elektronica-ICT) op punt stelden, kan al wie een Toyota RAV4 Hybrid bezit, zijn wagen conditioneel autonoom laten rijden. Mark Pecqueur: “Autonoom rijden vereist een heel nauwkeurige aansturing van het stuur. Dit kan alleen met auto's die een heel accuraat elektrisch servostuur hebben. Vandaar de keuze voor Toyota."

LEVEL 3-4 AUTONOOM RIJDEN

Niveau 3: voorwaardelijk autonoom
Waar je bij niveau 2 nog altijd de aandacht op de weg moet houden, mag je bij niveau 3, in niet-complexe omgevingen zoals een autosnelweg, al eens afgeleid zijn gedurende een langere tijd. Wel moet de bestuurder snel kunnen ingrijpen wanneer nodig.

Niveau 4: grotendeels autonoom
Level 4 staat gelijk aan volledig autonoom rijden. Enkel in complexe situaties of extreme weersomstandigheden dient de bestuurder het stuur over te nemen, waardoor een rijbewijs nog steeds vereist is. Het belangrijkste verschil tussen niveau 3 en 4 is de tijd die je als bestuurder krijgt om het stuur weer over te nemen. Daar waar de wagen in niveau 3 binnen enkele seconden een overname vereist alvorens zichzelf automatisch in een lage-risicosituatie tot stilstand te brengen, beschik je in niveau 4 over heel wat meer tijd.

VEILIGHEID

“We hebben de afgelopen maanden getest wat de mogelijkheden zijn met het voertuig en welke beperkingen er nog zijn. Daarbij hebben we veiligheidstesten uitgevoerd die vergeleken werden met het standaardsysteem van het voertuig. De testen waren bevorderlijk en wezen uit dat op elk moment de controle weer kon worden overgenomen door een bestuurder." Aldus Stijn Huygen, student autotechnologie. Zo werd er onder meer getest of het stuur nog voldoende manipuleerbaar was tijdens het autonoom rijden en of het voertuig op tijd kon stoppen voor obstakels. Bovendien zit er steeds iemand aan het stuur, waardoor er te allen tijde ingegrepen kan worden.

EN NU?

Het voertuig kan vooralsnog geen verkeersborden of stoplichten detecteren. Hiervoor is de implementatie van artificiële intelligentie noodzakelijk. “De wagen zal hiervoor vooral meer rekenkracht nodig hebben. De 'Panda' zal een stuk moeten uitgebreid worden, zodat er via artificiële intelligentie aan image recognition kan worden gedaan. Het voordeel is wel dat deze erkenning niet binnende milliseconde moet gebeuren", aldus Pecqueur. Ook de stuurkracht van het voertuig moet nog van naderbij worden bekeken.
Student autotechnologie Wiebe De Doncker legt uit: “De stuurkracht van het voertuig is eigenlijk nog beperkt. Dat is ook mede in verband met de veiligheid, want je wil niet dat het voertuig opeens een handeling stelt zonder dat je het verwacht. Hier moet een afweging gemaakt worden tussen de veiligheid en waartoe het voertuig in staat is." De studenten bewijzen met dit onderzoek dat het conditioneel autonoom laten rijden van een wagen helemaal niet ingewikkeld hoeft te zijn. Sleutelen aan de wagen is niet nodig, enkel een gsm, soft- en hardware, en je bent vertrokken.