Jak działa autonomiczny samochód? Przyszłość motoryzacji bez tajemnic

Nie, to nie jest wizja przyszłości, zupełnie oderwana od tego, co znajdziemy dziś w salonach. Takie samochody możemy już dziś kupić i cieszyć się jazdą wielokrotnie wygodniejszą, i mniej obciążającą niż jeszcze niedawno.

Nie będzie tu więc żadnych zapowiedzi, przewidywań, spekulacji. Będą systemy, rozwiązania i sprzęt, który już dziś można znaleźć w - nielicznych, ale jednak - samochodach dostępnych na rynku.

Będzie konkretna odpowiedź na pytania, które nurtują nawet mnie samego - skąd autonomiczny samochód wie o tym, co dzieje się na drodze? Skąd ma te wszystkie informacje? Który czujnik odpowiada za co? Ile ich jest? Gdzie one wszystkie się mieszczą?

W pełni autonomicznych jeszcze nie ma i przez jakiś czas nie będzie. Ale są już takie, które niemal pełną autonomię są nam w stanie w wielu sytuacjach zapewnić. I przede wszystkim mają osprzęt, który - przynajmniej w teorii - może być podstawą do budowy pełnoprawnego samochodu autonomicznego.

Przyjrzyjmy się więc temu wszystkiemu uważnie na przykładzie dość oczywistym - nowego Mercedesa klasy E.

Dlaczego akurat on? Nie tylko mieliśmy okazję przejechać nim ponad tysiąc kilometrów (z czego większość w trybie częściowo zautomatyzowanej jazdy), ale też jest to pod wieloma względami najbardziej zaawansowany w tej kategorii pojazd dostępny normalnie w naszym kraju. I ma sprzętowo wszystko co potrzebne, żeby być samochodem autonomicznym.

I jak to w ogóle robi? Zacznijmy od podstaw.

Ten element - podobnie zresztą jak większość - ukryto na tyle dobrze, że łatwo go przegapić. Żeby go odnaleźć musimy spojrzeć z zewnątrz na przednią szybę, mniej więcej na wysokości lusterka wstecznego. Tam właśnie ukryto obiektywy kamery, która stanowi dla Mercedesa klasy E jedno z podstawowych źródeł wiedzy o otaczającym go świecie.

Do opisania tego systemu rejestracji obrazu Mercedes używa dwóch określeń. Po pierwsze, jest to kamera stereo, wykorzystująca dwa obiektywy odchylone od siebie o 50 stopni. Dzięki takiemu zabiegowi możliwe jest tworzenie na bieżąco trójwymiarowego obrazu otoczenia samochodu do 90 metrów i monitorowanie sytuacji przed samochodem do 500 metrów.

Oprogramowanie kamery pozwala nie tylko wykrywać obiekty, ale także kategoryzować je (np. samochody jadące w naszym kierunku, samochody jadące z naprzeciwka, piesi, etc.) i wyliczać oraz przewidywać ich trasę.

Po drugie, jest to kamera wielofunkcyjna (pełna nazwa Stereo Multi-Purpose Camera), współpracująca z szeregiem innych czujników.

Jakich? Zobaczmy.

Sama kamera, nawet wielofunkcyjna i stereo, to jednak za mało, żeby samochód był w stanie bezpiecznie wozić nas samodzielnie po drogach. Niezbędny jest radar, a właściwie to kilka radarów. Ale zacznijmy od tego najważniejszego.

W nowej klasie E zastosowano czujnik radarowy będący w stanie monitorować obszar przed samochodem w odległości maksymalnie 250 m przy kącie pomiaru 20 stopni. Idealnie sprawdza się to przy nadzorowania tego, co dzieje się bezpośrednio przed nami na naszym pasie ruchu, a w większej odległości - także na sąsiednich pasach.

Samochód musi jednak wiedzieć także o wszystkim, co dzieje się bliżej niego na sąsiednich pasach. Dlatego przedni radar działa też i na mniejszy dystans - monitorowane jest 70 metrów przed samochodem, ale tutaj kąt pomiaru wynosi 90 stopni.

Nałóżmy na siebie teraz te trzy elementy - obraz z kamery, obraz z radaru dalekiego i średniego zasięgu. Mamy już pewność, że samochód widzi wszystko, co znajduje się przed nim.

Ale nie, to jeszcze nie wszystko. Autonomiczny samochód musi mieć oczy umieszczone absolutnie dookoła… karoserii.

Jeden? A gdzie tam! Cztery! Po jednym przy każdym nadkolu.

Przesada? Ależ skąd. Dzięki nim samochód wie dokładnie, co dzieje się po jego bokach. Ba, kąt pomiaru w przypadku czujników na przednich nadkolach wynosi w aż 140 stopni przy zasięgu 40 metrów, więc czujniki monitorują nie tylko boki pojazdu, ale i spory fragment przodu pojazdu.

Czujniki radarowe przy tylnych nadkolach to z kolei jeszcze inna bajka. Również monitorują one obszar 40 metrów od samochodu przy kącie pomiaru 140 stopni, ale dodatkowo nadzorują również to, co dzieje się dużo dalej na wprost za naszym samochodem - tu zasięg każdego z radarów wynosi aż 80 metrów przy kącie pomiaru 30 stopni.

Ktoś może powiedzieć, że to przecież zwykłe czujniki parkowania i można je mieć w każdym samochodzie. Po części to prawda, ale autonomiczny samochód musi przecież też jakoś parkować, wyjeżdżać z ciasnych uliczek i tak dalej.

Do naszej listy doliczmy więc - uwaga - 12 takich czujników. 6 z nich umieszczono z tyłu, 4 natomiast z przodu, a wszystkie mają maksymalny zasięg na poziomie około 1,5 metra.

Co z pozostałymi dwoma? Te umieszczono przy przednich nadkolach i mają zasięg aż 4,5 m.

Te wprawdzie przydają się bardziej kierowcy, np. przy parkowaniu, ale w tak napakowanym czujnikami samochodzie nie można zapomnieć też o takich prostych gadżetach jak zwykłe kamery.

Tych mamy, poza jedną już wymienioną, trzy - po jednej w każdym lusterku bocznym i jedną, chowaną automatycznie, nad tablicą rejestracyjną. Do tego wspomniana już kamera stereo i mamy komplet - 4 kamery.

Sporo, zwłaszcza kiedy przypomnimy sobie, że człowiekowi do monitorowania otoczenia auta teoretycznie wystarczy para oczu. Teoretycznie, bo nie jest on w stanie nadzorować wszystkiego. Kiedy spojrzy w lewo, nie wie, co dzieje się po prawej. Kiedy patrzy we wsteczne lusterko, traci wiedzę o tym, co dzieje się przed nim.

Samochód takich ograniczeń nie ma, ale też zobaczmy, ile czujników potrzebuje, żeby stać się autonomiczny.

Kamera stereo. Radar z przodu. Cztery radary po bokach. 12 czujników ultradźwiękowych. Swego czasu mówiło się, że samochody zmieniły się w komputery na kołach. Dziwne, mój komputer nigdy nie był aż tak dobrze wyposażony.

Wiemy już bowiem, skąd komputer w samochodzie ma dane dotyczące jego otoczenia. Nie wiemy jednak do końca w jaki sposób je wykorzystuje.

Żeby najłatwiej to zrozumieć, wystarczy zacząć pojmować zautomatyzowaną/autonomiczną jazdę jako sumę szeregu systemów, z których ogrom znamy już dzisiaj. Przykłady?

Aktywny asystent układu hamulcowego z funkcją pokonywania skrzyżowań wykorzystuje dane z kamery stereo, a także czujników radarowych. Na ich podstawie jest w stanie samodzielnie wyhamować nie tylko przed wolniejszym samochodem przed nami, ale też przed pojazdem, który przecina naszą trasę na skrzyżowaniu. Przy czym hamowanie odbędzie się tylko wtedy, kiedy system wyliczy, że nasze tory są kolizyjne.

Ba, jeśli zdarzy się, że np. na drogę wejdzie nam w niedozwolonym miejscu pieszy i zdecydujemy się na manewr wymijający, system dzięki informacjom z czujników będzie w stanie pomóc nam w tym, aby pechowego przechodnia ominąć, dając nam dokładnie tyle dodatkowego wspomagania, ile według jego obliczeń potrzebujemy.

Jeśli nie zareagujemy w ogóle - samochód zahamuje za nas. Zrobi to także wtedy, kiedy uzna, że nie ma szans na manewr wymijający, bo np. wszystkie pozostałe pasy są zajęte albo po prostu nie ma miejsca.

Kolejny przykład? Zmiana pasa ruchu. Kamera monitoruje, czy znajdujemy się pomiędzy liniami na drodze, natomiast radar cały czas sprawdza, czy ktoś nie znajduje się obok nas. Niby prawie każdy to zna - wrzucamy migacz, dioda w lusterku zapala się, słyszymy dźwięk alarmowy, a jeśli i tak spróbujemy skręcić - samochód trochę przyhamuje kołami z jednej strony, żeby w ostateczności zminimalizować straty (asystent martwego punktu i aktywny asystent utrzymania pasa ruchu).

W przypadku nowego Mercedesa klasy E jest jednak jeszcze ciekawiej. Nie tylko monitorowane są samochody obok nas jadące w naszym kierunku (z rozróżnieniem na jadące i np. zaparkowane), ale także te, które najeżdżają z naprzeciwka. W rezultacie wyprzedzanie na drogach jednopasmowych może być o wiele, wiele bardziej bezpieczne.

Co jeszcze potrafią boczne czujniki? O ile wypadek z naszej winy w tym samochodzie jest mało prawdopodobny (jeśli nie wyłączymy wszystkich systemów), o tyle nadal możemy obawiać się innych uczestników ruchu i zderzeń bocznych. Jednak i tutaj jest na to rozwiązanie - jeśli czujniki po bokach auta stwierdzą, że kolizja jest nieunikniona, fotel kierowcy i/lub pasażera zostanie przesunięty o kilka centymetrów w kierunku środka pojazdu, a zewnętrzne boczki fotela zostaną napompowane, dodatkowo chroniąc nas przed obrażeniami (funkcja PRE-SAFE Impulse). Oprócz tego system wyemituje dźwięk, który sprawi, że kolizja nie będzie aż takim szokiem dla naszych uszu.

A radar z tyłu? Monitoruje, czy ktoś przypadkiem nie planuje wjechać w tył naszego samochodu. Jeśli uzna, że tak, włączy światła awaryjne, żeby zwrócić na siebie uwagę. Jeśli mimo to nic się nie zmieni, zablokowane mogą zostać (o ile stoimy) hamulce, żeby uniemożliwić kolejną kolizję (np. z samochodem poprzedzającym albo pieszymi na pasach).

I tak, i nie. Z jednej strony można je traktować jak asystentów jazdy, którzy pomogą wtedy, kiedy zawiedzie człowiek. Tu sam zahamuje, tu sam przyspieszy, tam skręci trochę kierownicę.

Ale teraz przypomnijmy sobie, że właśnie to są elementy autonomicznej i zautomatyzowanej jazdy. To właśnie na tych systemach w dużej mierze opiera się Mercedes Drive Pilot.

Cały niezbędny osprzęt już jest. Większość niezbędnego oprogramowania też już jest. Teraz trzeba połączyć to w całość.

Zresztą po kilku dniach w Mercedesie klasy E muszę przyznać jedno - już teraz udało się to połączyć bardzo zgrabnie, a będzie tylko lepiej.

Czy na tak długiej i fascynującej liście mogło czegoś zabraknąć? Tak, zabrakło jednego z najważniejszych elementów, który na szczęście w nowej klasie E jest jak najbardziej obecny.

Chodzi oczywiście o to, że samochód musi widzieć nie tylko to, co jest 500 m przed nim, ale też to, co jest 5 i 20 km przed nim. Jak to możliwe?

Absolutnie nieodzownym elementem autonomicznego samochodu jest komunikacja - zarówno z infrastrukturą drogową, jak i z innymi samochodami. Autonomiczny samochód musi umieć słuchać i mówić. I Mercedes klasy E to potrafi.

Przykładowe zastosowanie? Za serią ostrych zakrętów ma miejsce wypadek. Nie wiemy o tym - zanim klasyczna nawigacja zarejestruje ten fakt, zdążymy już znaleźć się na miejscu. Ale jeśli przed nami jest tam inny posiadacz Mercedesa, samochody wymienią się odpowiednimi informacjami, a my zobaczymy ostrzeżenie.

Gdyby tego było mało, zostaniemy poinformowani nawet o tym, że przed nami jest oblodzony odcinek drogi (aktywacja ABS/ESP w aucie jadącym tam wcześniej), mgła (ręczne włączenie przeciwmgłowych), intensywny deszcz (ręczne włączenie wycieraczek na wyższym poziomie prędkości) i podobne. I o tym wszystkim będziemy wiedzieć dużo, dużo wcześniej, niż dowiedzielibyśmy się normalnie.

A jeszcze zanim my się o tym dowiemy, już będzie o tym wiedział nasz samochód. I doskonale będzie wiedział, jak się do tego przygotować…