Integrar LiDAR no ADAS para Segurança Aprimorada de Pedestres

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

Mais de 6000 pedestres são mortos todos os anos em acidentes de trânsito nos Estados Unidos, relatou a Administração Nacional de Segurança de Tráfego Rodoviário (NHTSA). Um relatório da Governors Highway Safety Association observou que 75 por cento dessas fatalidades ocorrem à noite. Utilizar ADAS baseado em tecnologias de câmera e radar provou ser inadequado para enfrentar este desafio. Testes independentes conduzidos pela NHTSA e pela American Automobile Association (AAA) revelam que sistemas PAEB frequentemente falham em proteger pedestres em condições de escuridão.

Testando PAEM em Condições de Escuridão

Sistemas PAEB poderiam salvar milhares de vidas anualmente melhorando o desempenho em condições de escuridão. Entre 2009 e 2018, fatalidades de pedestres aumentaram 53 por cento. Desse aumento, 90 por cento foram causados por acidentes noturnos, de acordo com relatórios do Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) e Governors Highway Safety Association. NHTSA relatou que em 2018, 76 por cento das 6283 fatalidades de acidentes com pedestres nos EUA ocorreram em condições de escuridão.

Avaliações pela AAA e NHTSA mostraram que recursos PAEB frequentemente falham em evitar acidentes à noite. O relatório da AAA afirmou "há pouca ou nenhuma informação publicamente disponível sobre o desempenho de sistemas de detecção de pedestres em condições de pouca luz. Baseado em estatísticas de acidentes veículo/pedestre, este ambiente é especialmente crítico para avaliar." Adicionando que testar PAEB em condições de escuridão preencheria esse vazio. "Embora este parâmetro seja muito desafiador, é não obstante um cenário de teste razoável considerando a falta de iluminação em muitos ambientes naturalísticos."

AAA descobriu que em um teste de quatro veículos, nenhum alertou o motorista ou desacelerou automaticamente para um pedestre cruzando a estrada em condições de escuridão. Baseado nestes resultados, AAA aconselha que "motoristas não devem confiar na assistência de sistemas atuais de detecção de pedestres durante direção noturna ou outros ambientes com visibilidade reduzida." Concluindo sua análise, o relatório da AAA notou que mesmo que "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 clima adverso como chuva, neve, granizo ou neblina... é irrefutável que assistência de um sistema de detecção de pedestres seria benéfica durante condições noturnas e poderia possivelmente ser o momento de maior necessidade."

No entanto, examinando protocolos atuais empregados pelo New Car Assessment Program (NCAP) da NHTSA, European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) e IIHS demonstra que desempenho sob condições noturnas é apenas raramente testado como base para classificações de segurança veicular e prêmios.

Velodyne LiDAR (San Jose, CA) portanto propõe que organizações de avaliação incluam em seus protocolos de teste PAEB, cenários conduzidos em condições de escuridão. Tomar esta abordagem garantirá que consumidores de veículos equipados com recursos PAEB entendam as limitações do desempenho de seu veículo e encorajem fabricantes a melhorar recursos ADAS que podem salvar milhares de vidas anualmente. Mais precisamente, estes testes devem ser conduzidos com menos de um lux de iluminância ambiente, usando os faróis baixos do veículo de teste, e sem a ajuda de luzes de rua.

Comparando Sistemas PAEB Baseados em LiDAR e Câmera/Radar

Soluções PAEB baseadas em LiDAR têm forças inerentes comparadas a combinações de câmera e radar.

Câmeras podem ter resolução muito alta, mas tipicamente requerem múltiplos módulos e processamento adicional para calcular distâncias de objetos de um veículo. Também, como o olho humano, câmeras performam relativamente mal em condições de escuridão. Um relatório de 2018 do Department of Transportation (DOT) afirma, "Sistemas baseados em visão são mais capazes [que sistemas baseados em radar] de detectar pessoas paradas mas são limitados a operação diurna em ambientes bem iluminados."

Em comparação a câmeras, o relatório DOT notou, radar funciona bem à noite e pode fornecer medições de distância. Mas radar não tem resolução alta o suficiente para perceber a localização precisa de um objeto ou distinguir entre múltiplos objetos próximos uns dos outros. Radar também pode falhar em detectar objetos parados ou em movimento lento. Como resultado destas deficiências, recursos PAEB baseados em câmera e radar lutam para proteger pedestres em condições noturnas.

Imagem térmica ocasionalmente foi proposta como um suplemento potencial a câmera e radar em aplicações PAEB. No entanto, esta tecnologia apresenta suas próprias fraquezas e não aborda adequadamente as de sistemas atuais de câmera e radar. Como com câmeras ópticas, a capacidade de um sistema veicular de detectar objetos com dados de 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 sensoriamento podem perder objetos que se misturam com seus fundos. No caso de imagem térmica, isso resultaria da mistura de características de calor similares, em vez de cores similares ou ilusões ópticas, como com câmeras.

Em contraste, LiDAR não sofre de nenhuma destas desvantagens características de sensores de câmera, radar e térmicos. LiDAR atua como sua própria fonte de luz então performa bem tanto na escuridão quanto na luz do dia. Também fornece dados de medição rápidos e precisos com resolução alta o suficiente para detecção precisa de espaço livre em tempo real enquanto rastreia múltiplos objetos dentro de uma cena.

Soluções PAEB baseadas em LiDAR acessíveis que estão atualmente disponíveis melhorariam significativamente o desempenho sob todas as condições de iluminação. Isso seria confirmado se agências regulatórias e de teste adicionarem testes noturnos aos seus protocolos de avaliação.

Testando Sistema PAEB Baseado em LiDAR Contra Tecnologia Baseada em Câmera e Radar

Para demonstrar que desempenho melhorado de PAEB noturno pode ser alcançado implementando tecnologias prontamente disponíveis, 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 cada um tinham seus faróis baixos ligados durante os testes. Os alvos de bonecos de pedestre criança e adulto estacionários utilizados nos testes eram compatíveis com protocolos de teste atuais prescritos por organizações como IIHS e Euro NCAP.

Os cenários em que veículos foram avaliados incluíram:

1. Adulto cruzando a 50 por cento de sobreposição (no centro da largura do veículo de teste)

2. Adulto cruzando a 25 por cento de sobreposição

3. Criança cruzando a 50 por cento de sobreposição

4. Criança cruzando a 25 por cento, adulto a 75 por cento, 10 pés atrás da criança

5. Adulto cruzando no canto do lado do motorista

6. Adulto caído a 50 por cento de sobreposição

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

Os resultados dos testes noturnos suportam os achados da AAA e NHTSA que sistemas PAEB baseados em câmera e radar

frequentemente falham em condições de escuridão. O teste encontrou a taxa de falha especialmente evidente em cenários envolvendo uma criança, mais de um pedestre, um adulto no canto do veículo, ou um adulto caído na frente do veículo.

Em contraste, o sistema PAEB baseado em LiDAR da Velodyne, equipado com sensor Velarray H800 da Velodyne e software Vella™, parou a tempo com sucesso para evitar um acidente cinco de cinco vezes para cada cenário testado. Estes componentes de hardware e software estão sendo desenvolvidos para cumprir os requisitos de segurança funcional automotiva definidos dentro do padrão ISO-26262. Combinando Vella e Velarray, a solução PAEB da Velodyne é projetada para direção urbana, suburbana e rodoviária até 80 mph.

Conclusão

Como condições noturnas escuras são mostradas como perigosas para pedestres, Velodyne propõe que organizações de avaliação veicular expandam testes PAEB para incluir condições de luz ambiente de menos de um lux. Testes realizados pela AAA e NHTSA demonstram que desempenho noturno representa uma grande oportunidade de melhoria em sistemas PAEB atuais. 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, contate o Sr. Hall em Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa de JavaScript habilitado para visualizá-lo. ou visite aqui .