Adicionar LiDAR ao ADAS para segurança de pedestres

A maioria dos novos veículos vendidos nos Estados Unidos hoje inclui Sistemas Avançados de Assistência ao Condutor (ADAS) equipados com Frenagem Automática de Emergência para Pedestres (PAEB) como um recurso padrão ou opcional. Embora o ADAS de última geração tenha melhorado a condução em rodovias e em alta velocidade, a necessidade básica de mitigação de colisões com pedestres e ciclistas permaneceu em grande parte sem solução.

Mais de 6.000 pedestres são mortos todos os anos em acidentes de trânsito nos Estados Unidos, informou a National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA). Um relatório da Governors Highway Safety Association observou que 75% dessas mortes ocorrem à noite. A utilização de ADAS baseado em tecnologias de câmeras e radares provou ser inadequada para enfrentar esse desafio. Testes independentes conduzidos pela NHTSA e pela American Automobile Association (AAA) revelam que os sistemas PAEB frequentemente falham em proteger os pedestres em condições de escuridão.

Teste PAEB em condições escuras

Os sistemas PAEB podem salvar milhares de vidas anualmente, melhorando o desempenho em condições escuras. Entre 2009 e 2018, as mortes de pedestres aumentaram 53%. Desse aumento, 90% foram causados ​​por acidentes noturnos, de acordo com relatórios do Instituto de Seguros para Segurança Rodoviária (IIHS) e da Associação de Segurança Rodoviária dos Governadores. A NHTSA informou que, em 2018, 76% das 6.283 mortes por acidentes de pedestres nos EUA ocorreram em condições escuras.

Avaliações da AAA e da NHTSA mostraram que os recursos do PAEB frequentemente falham em evitar acidentes à noite. O relatório da AAA afirmou que “há pouca ou nenhuma informação disponível publicamente sobre o desempenho dos sistemas de detecção de pedestres em condições de pouca luz. Com base nas estatísticas de acidentes de veículos/pedestres, esse ambiente é especialmente crítico para avaliar.” Acrescentar que testar o PAEB em condições escuras preencheria esse vazio. “Embora esse parâmetro seja muito desafiador, não deixa de ser um cenário de teste razoável, considerando a falta de iluminação em muitos ambientes naturalistas.”

AAA descobriu que em um teste de quatro veículos, nenhum alertou o motorista ou diminuiu a velocidade automaticamente para um pedestre atravessando a estrada em condições escuras. Com base nesses resultados, a AAA aconselha que “os motoristas não devem contar com a assistência dos atuais sistemas de detecção de pedestres durante a condução noturna ou outros ambientes com visibilidade reduzida”. Concluindo sua análise, o relatório da AAA observou que, embora “o manual do proprietário de cada veículo de teste afirme que o sistema integrado de detecção de pedestres pode não discernir pedestres à noite ou em condições climáticas adversas, como chuva, neve, granizo ou neblina… de um sistema de detecção de pedestres seria benéfico durante as condições noturnas e poderia ser o momento de maior necessidade”.

No entanto, examinar os protocolos atuais empregados pelo Programa de Avaliação de Carros Novos da NHTSA (NCAP), Programa Europeu de Avaliação de Carros Novos (Euro NCAP) e IIHS demonstra que o desempenho em condições noturnas raramente é testado como base para classificações e prêmios de segurança do veículo.

Velodyne LiDAR (San Jose, CA) propõe, portanto, que as organizações de avaliação incluam em seus protocolos de teste PAEB, cenários conduzidos em condições escuras. Adotar essa abordagem garantirá que os consumidores de veículos equipados com recursos do PAEB entendam as limitações do desempenho de seus veículos e incentivem as montadoras a melhorar os recursos do ADAS que podem salvar milhares de vidas anualmente. Mais precisamente, esses testes devem ser realizados com menos de um lux de iluminância ambiente, utilizando os faróis baixos do veículo de teste, e sem o auxílio de postes de iluminação pública.

Comparando LiDAR e sistemas PAEB de câmera/radar

As soluções PAEB baseadas em LiDAR têm vantagens inerentes em comparação com as combinações de câmera e radar.

As câmeras podem ter uma resolução muito alta, mas normalmente exigem vários módulos e processamento adicional para calcular as distâncias dos objetos de um veículo. Além disso, como o olho humano, as câmeras funcionam relativamente mal em condições escuras. Um relatório do Departamento de Transportes (DOT) de 2018 afirma:“Os sistemas baseados em visão são mais capazes [do que os sistemas baseados em radar] para detectar pessoas estacionárias, mas estão limitados à operação à luz do dia em ambientes bem iluminados”.

Em comparação com as câmeras, observou o relatório do DOT, o radar funciona bem à noite e pode fornecer medições de distância. Mas o radar não tem resolução alta o suficiente para perceber a localização precisa de um objeto ou distinguir entre vários objetos próximos uns dos outros. O radar também pode falhar na detecção de objetos estacionários ou em movimento lento. Como resultado dessas deficiências, os recursos do PAEB baseados em câmeras e radares lutam para proteger os pedestres em condições noturnas.

A imagem térmica tem sido ocasionalmente proposta como um suplemento potencial para câmeras e radares em aplicações PAEB. No entanto, esta tecnologia apresenta suas próprias fraquezas e não aborda adequadamente os sistemas atuais de câmeras e radares. Assim como acontece com as câmeras ópticas, a capacidade de um sistema veicular de detectar objetos com dados do sensor térmico depende da capacidade do sensor de perceber e transmitir corretamente o contraste entre um objeto e seu entorno. Como resultado, ambas as modalidades de detecção podem perder objetos que se misturam com seus fundos. No caso de imagens térmicas, isso resultaria da mistura de características de calor semelhantes, em vez de cores ou ilusões de ótica semelhantes, como nas câmeras.

Em contraste, o LiDAR não sofre de nenhuma dessas desvantagens características de câmeras, radares e sensores térmicos. O LiDAR atua como sua própria fonte de luz, de modo que funciona bem tanto na escuridão quanto na luz do dia. Ele também fornece dados de medição rápidos e precisos com resolução alta o suficiente para detecção precisa de espaço livre em tempo real enquanto rastreia vários objetos em uma cena.

As soluções acessíveis de PAEB baseadas em LiDAR que estão atualmente disponíveis melhorariam significativamente o desempenho em todas as condições de iluminação. Isso seria confirmado se as agências reguladoras e de teste adicionassem testes escuros aos seus protocolos de avaliação.

Teste do sistema PAEB baseado em LiDAR contra tecnologia baseada em câmera e radar

Para demonstrar que o melhor desempenho noturno do PAEB pode ser alcançado com a implementação de tecnologias prontamente disponíveis, a Velodyne testou seu sistema PAEB baseado em LiDAR contra um sistema PAEB altamente avaliado construído em torno de câmera e radar. Os testes foram conduzidos a uma velocidade controlada pelo motorista visando 30 mph em uma pista reta, uma hora após o pôr do sol, com menos de um lux de iluminação ambiente.

Os dois veículos de teste tiveram seus faróis baixos acesos durante os testes. Os alvos fictícios estacionários de pedestres para crianças e adultos utilizados nos testes eram compatíveis com os protocolos de teste atuais prescritos por organizações como IIHS e Euro NCAP.

Os cenários em que os veículos foram avaliados incluíram:

1. 
   Cruzamento de adulto com 50% de sobreposição (no centro da largura do veículo de teste)
   
2. 
   Atravessando adulto com 25% de sobreposição
   
3. 
   Criança cruzando em 50 por cento de sobreposição
   
4. 
   Criança atravessando a 25 por cento, adulto a 75 por cento, 10 pés atrás da criança
   
5. 
   Atravessando adulto na esquina do lado do motorista
   
6. 
   Adulto caído com 50% de sobreposição
   

A Velodyne testou os dois veículos em cada cenário cinco vezes, ou até que o veículo colidisse com o alvo três vezes, para minimizar os danos aos alvos e veículos.

Os resultados dos testes noturnos apoiam as descobertas da AAA e da NHTSA de que câmeras e radares

Os sistemas PAEB frequentemente falham em condições escuras. Os testes descobriram que a taxa de falha é especialmente evidente em cenários envolvendo uma criança, mais de um pedestre, um adulto na esquina do veículo ou um adulto caído na frente do veículo.

Em contraste, o sistema PAEB baseado em LiDAR da Velodyne, equipado com o sensor Velarray H800 da Velodyne e o software Vella™, parou com sucesso a tempo de evitar uma falha cinco em cinco vezes para cada cenário testado. Esses componentes de hardware e software estão sendo desenvolvidos para atender aos requisitos de segurança funcional automotiva definidos na norma ISO-26262. Combinando Vella e Velarray, a solução PAEB da Velodyne foi projetada para condução urbana, suburbana e em rodovias até 80 mph.

Conclusão

Como as condições noturnas escuras são perigosas para os pedestres, a Velodyne propõe que as organizações de avaliação de veículos expandam os testes PAEB para incluir condições de luz ambiente de menos de um lux. Testes realizados pela AAA e NHTSA demonstram que o desempenho noturno representa uma grande oportunidade de melhoria nos sistemas PAEB atuais. Os testes mostram que uma solução baseada em LiDAR é eficaz e pronta para implementação.

Este artigo foi escrito por David Hall, Fundador e Presidente Executivo do Conselho, Velodyne LiDAR (San Jose, CA). Para mais informações, entre em contato com o Sr. Hall em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa habilitar o JavaScript para visualizá-lo. ou visite aqui .