Isejuhtivad autod ning nendega seonduvad dilemmad

From EIK wiki
Revision as of 17:52, 6 May 2019 by Tasull (talk | contribs)

Sissejuhatuseks

Isesõitev (või automaatne, autonoomne) sõiduk on masin, mis suudab tunnetada ümbritsevat keskkonda ja liiklust ning sõita vähese või ilma inimese abita. Isejuhtivate sõidukite alla ei kuulu masinad, mis sisaldavad ainult kas ohutusesüsteeme või nö juhi-assisteerimise süsteemi DAS (nagu näiteks hädaabi pidurduse või parkimise abistamise funktsiooni).[1] Isesõitvate sõidukite terminoloogia üle on palju arutletud. Enamasti kasutatakse isesõitvate autode kirjeldamiseks terminit “autonoomne” sõiduk, mis pole paljude ekspertide arvates õige.[2] Isegi kui auto suudaks edukalt langetada kõik sõiduks vajalikud otsused, siis see masin ei saaks olla päris autonoomne, kuna sihtkoha valiku teeks lõpuks siiski inimene. Päris autonoomne sõiduk võiks seda eirata. Õigem oleks kasutada terminit semi-autonoomne või isegi automaatne. Terminit automaatne sõiduk kasutatakse hetkel siiski pigem sõidukite puhul mis kasutavad tehnilisi abivahendeid ümbruskonnas toimetulemiseks (näiteks magnetribasid). Isesõitvad sõidukid kasutavad kombineeritult mitmeid sensoreid, nagu näites radar, lidar, inertsiaalandur, GPS, kaamerad ning odomeeter, et tajuda ümbruskonda[3]. Peamiseks probleemiks on arendada süsteem, mis analüüsiks sensoritest tulevad andmed, et detekteerida korrektselt sõiduteed, teisi sõidukeid ning jalakäijaid. Uuemates isejuhtivates sõidukites kasutatakse enamasti Bayesian simultaneous localization and mapping (SLAM) algoritme. SLAM algoritme kasutatakse et kombineerida sensoritest tulevad signaalid ja off-line kaart, et uuendada (või konstrueerida) kaarti ja määrata sõiduki asukoht tundmatus keskkonnas. Samas 2018. aastal arendasid MIT teadlased süsteemi, mis navigeerib edukalt ka kaardistamata teedel[4]. Olenemata kiirest sensorite ja andmeanalüüsi meetodide arengust on praktiline kasutus siiski üsna keeruline, seda demonstreerivad ka viimased Tesla kokkupõrked paigalseisvate objektidega[5,6]. Antud töö eesmärgiks on tutvustada isejuhtivad sõidukeid ning nendega seonduvaid dilemmasid. Järgnevates peatükkides tutvustatakse ja käsitletakse isejuhtivate sõidukite ajalugu, tehnoloogiat ning nende kasutuselevõtmisega seonduvaid probleeme ning potentsiaalseid tagajärgi.


Isesõitvate sõidukite ajalugu

Idee automatiseeritud sõidusüsteemist tekkis juba 1920ndatel aastatel, kui Houdina Radio Control demonstreeris raadio-kontrollitavat Chandler autot New Yorki tänavatel[7]. Esimeseks “autonoomseks sõidukiks” peetakse nö Standfordi käru, mis ehitati 1960ndatel aastatel Standfordi Ülikoolis. Standfordi käru suutis, kasutades kaamerat ja väga varajast tehisintelekti versiooni, navigeerida erinevate objektide vahel. Sõit toimus siiski üsna aeglaselt, “käru” vajas iga meetrilise vahemaa läbimise planeerimiseks 10-15 minutit [8]. Esimene automatiseeritud sõiduk arendati 1977.aastal Jaapanis Tsukuba Mechanical Engineering laboris[9]. Auto jälgis, kasutades kaameraid ja analoog arvutit signaali töötluseks, valgeid sõidutee märgiseid ning saavutas kuni 30 km/h kiiruse. 1980datel aastatel arendati Euroopas Saksamaal Bundeswhehr University Munich ülikoolis arvutinägemisega juhitav Mercedes-Benz kaubik, mis uutis sõita ilma liikluseta tänavatel kuni 63 km/h[9]. Peale seda algatati suurim isesõitvate autode R&D projekt Eureka Prometheus (PROgraMme for a European Traffic of Highest Efficiency and Unprecedented Safety). Esimesed autonoomse sõiduki prototüübid arendati 1984. aastal Carnegie Mellon ülikoolis ning seda rahastas USA Kaitseministeerium. Koostöös mitme teadusasutusega alustati projekt Autonomous Land driven Vehicle (ALV). Antud projektiga arendati esimene autonoomne auto, mis järgis sõiduteed arvutinägemise, lidari ja robot kontrollsüsteemi juhtimisega, mis suutis kaherealisel sõiduteel sõita 31 km/h. 1987. aastaks oli sõidukile lisatud juba objektide vältimise tarkvara ning sõidutee-välise ning pimedas sõitmise võimekus. 1995. aastal püstitas Carnegie Melloni ülikoolis valmistatud isesõitev kaubik rekordi läbides Ameerika teedel üle 4500 km (98% autonoomselt)[10]. See saavutus ületati alles 20-aastat hiljem, kui Delphi väljatöötatud isesõitev Audi läbis üle 5000 km (99% autonoomsel režiimil).[11] Pärast seda lubati 2015. aastal mitmes USA osariigis avalikel sõiduteedel autonoomsete sõidukite testimine. Autonoomsete sõidukite areng kiirenes oluliselt 2004. aastal, kui USA Kaitseministeerium (Defense Advanced Research Projects Administration (DARPA)) kuulutas välja nö Grand Challenge-i, mille eesmärgiks oli soodustada kiiremat isesõitvate sõidukite arengut niiet 2015. aastaks suudaks militaarsed sõidukid ise sõita[8,9]. Võistluses tuli sõidukitel läbida kiiruse peale California Mojave kõrb (230 km). Kui esimese aasta võistlus kukkus haledalt läbi (kõige pikem läbitud tee oli ainult 11km), siis aasta hiljem lõpetas terve raja juba viis sõidukit. 2007. aasta Urban Challenge võistluses järgisid juba autonoomsed sõidukid liiklusreegleid (sealhulgas korrektsed U-pöörded) ning suutsid parkida. Pärast DARPA võistlust hakkasid mitmed väga erineva taustaga ettevõtted arendama isesõitvate sõidukite tehnoloogiat. Isejuhtivate sõidukite tehnoloogia parandamisele keskendusid nüüdsest nii laseri sensoreid või andmehalduse süsteeme arendavad väikesed start-up-id, kui ka suured tehnikagigandid (Apple, Intel), sõiduteenust pakuv Uber ning suurimad sõidukitootjad[12]. 2009. aastal alustas Google isesõitvate sõidukite projektiga ning vähem kui kahe aastaga arendati välja süsteem, mis suutis toime tulla (minimaalse inimesepoolse abiga) California kõige raskemate liiklusolukordadega. 2017. aastal teatas Audi, et on tootnud esimese laser skännereid kasutava SAE level 3 (nö tinglik autonoomsus, rohkem selgitatud järgmises peatükis) A8 sõiduki, mis suudab “Audi AI”-ga sõidukit juhtida kuni 60 km/h kiiruseni[13]. 2018. aastal avas BMW Saksamaal eraldi linnaku arendamaks ja testimaks autonoomseid sõidukeid.[14] Samal aastal hakkas Waymo, Google-i isesõitvate sõidukite projektist väljakasvanud ettevõte, autonoomsete autodega kommersiaalset sõiduteenust pakkuma. Nüüdseks pakuvad ka mitmed väiksemad ettevõted konkureerivat sõiduteenust isesõitvate sõidukitega, nagu näiteks May Mobility[15] ja Drive.ai[16].


Isesõitvate sõidukite autonoomsuse tasemed

Tänapäeva uutel ning isegi vanematel autodel leidub mitmeid juhiabi lisasid mis täidavad osaliselt samu ülesandeid mida autonoomsed autod täidavad. Selleks, et paremini kategoriseerida sõiduki autonoomsust on 2004 aastal Ameerika autotööstuse inseneride selts (SAE) andnud välja dokumendi[17] mis näitab nende nägemust autonoomsus astmetest. Seal on kirjeldatud millistest funktsionaalsustest alates mingi autonoomsuse aste sõidukil algab ning lõpeb. Dokument kirjelda tasemeid 0-5, nendest tasemetest kolme esimese puhul peab juht ise jälgima sõiduki ümbrust liiklemisel, nendest kolme viimase puhul teeb monitoorimise juhi eest ära juhtimissüsteem.

        	0      	ehk puuduliku autonoomsuse puhul juht ise teostab kõik vajalikud         	liigutused liiklemiseks.       	
        	
       	1      	ehk juhiabi, sõiduk abistab juhti läbi kiiruse reguleerimise püsikiirusehoidjaga või aidates sõidukit sõiduraja joonte vahel    hoida tehes kergeid sõidusuuna parandusi.
        	
       	2      	ehk osaline autonoomsus, sõiduk saab võtta kontrolli üle kiiruse    ning samuti positsiooni sõiduradadel.
        	
       	3      	ehk tinglik autonoomsus, sõiduk ise on juhirollis monitoorides teed   	ning liiklust. Siiski informeerib juhti, kui või millal ta juhtimise üle peab võtma.   	
        	
       	4      	ehk kõrge autonoomsus, selle taseme juures on sõiduk piisavalt       	autonoomne ning suudab sõita sihtkohta isegi siis kui juht ei reageeri sõiduki märguandele sekkuda. Teatud eeldused siiski võivad olla tee tüübis või geograafilises regioonis.
        	
       	5      	ehk täis autonoomsuse puhul, ei ole vajalik juhi olemasolu    	sõidukis.


Tuntud autotootja Tesla on oma pakutavate sõiduki mudelitega kaasa andnud autonoomsuse mis kuulub hetkel 2. autonoomsus kategooriasse. Seni kõrgeim tase mis on saavutatud tootmises oleva auto jaoks on 3. tase ehk tinglik autonoomsus, selle aulise kategooria on saavutanud Audi oma uue põlvkonna A8 jaoks[18].