Integrar LiDAR en ADAS para mayor seguridad de peatones

La mayoría de vehículos nuevos vendidos en EE. UU. hoy incluyen Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor (ADAS) equipados con Frenado Automático de Emergencia para Peatones (PAEB) como característica estándar u opcional. Aunque ADAS de última generación ha mejorado conducción en autopista y alta velocidad, la necesidad básica de mitigación de colisiones con peatones y ciclistas ha permanecido mayormente sin abordar.

Más de 6000 peatones mueren cada año en accidentes de tráfico en EE. UU., reportó NHTSA. Un informe de la Asociación de Seguridad Vial de Gobernadores señaló que el 75% de estas fatalidades ocurren de noche. Usar ADAS basado en cámara y radar ha resultado inadecuado para este reto. Pruebas independientes de NHTSA y AAA revelan que sistemas PAEB frecuentemente fallan protegiendo peatones en condiciones oscuras.

Pruebas PAEB en condiciones oscuras

Sistemas PAEB podrían salvar miles de vidas anualmente mejorando rendimiento en oscuridad. Entre 2009 y 2018, fatalidades de peatones aumentaron 53%. De este aumento, 90% fueron causadas por choques nocturnos, según IIHS y GHSA. NHTSA reportó que en 2018, 76% de 6283 fatalidades por atropello en EE. UU. ocurrieron en condiciones oscuras.

Evaluaciones de AAA y NHTSA mostraron que funciones PAEB frecuentemente fallan evitando choques de noche. AAA declaró: "hay poca o ninguna información pública sobre rendimiento de sistemas de detección de peatones en baja luz. Basado en estadísticas de choques vehículo/peatón, este entorno es especialmente crítico para evaluar." Añadiendo que probar PAEB en oscuridad llenaría ese vacío. "Aunque este parámetro es muy desafiante, es sin embargo un escenario de prueba razonable considerando la falta de iluminación en muchos entornos naturalistas."

AAA encontró que en prueba de cuatro vehículos, ninguno alertó al conductor ni frenó automáticamente para peatón cruzando en oscuridad. Basado en resultados, AAA aconseja: "conductores no deben confiar en asistencia de sistemas actuales de detección de peatones durante conducción nocturna u otros entornos con visibilidad reducida." Concluyendo, AAA señaló que aunque "manual de cada vehículo testado dice que el sistema integrado de detección de peatones puede no discernir peatones de noche o en clima adverso... es irrefutable que asistencia de un sistema de detección de peatones sería de beneficio durante condiciones nocturnas y podría ser el momento de mayor necesidad."

Sin embargo, examinando protocolos actuales de NCAP de NHTSA, Euro NCAP e IIHS demuestra que rendimiento en condiciones nocturnas solo se prueba rara vez como base para calificaciones y premios de seguridad vehicular.

Velodyne LiDAR (San Jose, CA) propone que organizaciones de evaluación incluyan en protocolos de prueba PAEB escenarios en condiciones oscuras. Esto asegurará que consumidores de vehículos con PAEB entiendan limitaciones de rendimiento de su vehículo y animará a fabricantes a mejorar ADAS que pueden salvar miles de vidas anualmente. Más precisamente, estas pruebas deberían realizarse con menos de un lux de iluminancia ambiental, usando luces bajas del vehículo de prueba, y sin ayuda de farolas.

Comparando LiDAR vs cámara/radar en PAEB

Soluciones PAEB basadas en LiDAR tienen fortalezas inherentes vs combinaciones cámara/radar.

Las cámaras pueden tener muy alta resolución, pero típicamente requieren múltiples módulos y procesamiento adicional para calcular distancias de objetos al vehículo. También, como el ojo humano, las cámaras rinden relativamente mal en oscuridad. Un informe DOT 2018 afirma: "Sistemas basados en visión son más capaces [que basados en radar] de detectar personas estáticas pero limitados a operación diurna en entornos bien iluminados."

En comparación, el informe DOT señaló que radar funciona bien de noche y da mediciones de distancia. Pero radar no tiene resolución suficiente para percibir ubicación precisa de objeto o distinguir entre múltiples objetos cercanos. Radar también puede fallar detectando objetos estáticos o lentos. Como resultado, PAEB basados en cámara/radar luchan protegiendo peatones de noche.

Imagen térmica se ha propuesto ocasionalmente como suplemento potencial a cámara/radar en PAEB. Pero presenta sus propias debilidades y no aborda adecuadamente las de sistemas actuales cámara/radar. Como con cámaras ópticas, la capacidad de un sistema vehicular para detectar objetos con datos de sensor térmico depende de la capacidad del sensor para percibir y transmitir correctamente contraste entre objeto y entorno. Como resultado, ambas modalidades pueden fallar objetos que se camuflan con fondo. En caso de imagen térmica, resultaría de mezcla de características de calor similares, en lugar de colores similares u ilusiones ópticas, como con cámaras.

En contraste, LiDAR no sufre ninguno de estos inconvenientes característicos de cámara, radar y sensores térmicos. LiDAR actúa como su propia fuente de luz así que rinde bien tanto en oscuridad como luz diurna. También proporciona datos de medición rápidos y precisos con resolución suficiente para detección precisa de espacio libre en tiempo real mientras rastrea múltiples objetos en una escena.

Soluciones PAEB basadas en LiDAR asequibles disponibles actualmente mejorarían significativamente rendimiento bajo todas condiciones de iluminación. Esto se confirmaría si agencias regulatorias y de prueba añaden pruebas en oscuridad a sus protocolos.

Prueba comparativa: LiDAR vs cámara/radar

Para demostrar que mejor rendimiento nocturno PAEB puede lograrse implementando tecnologías disponibles, Velodyne probó su sistema PAEB basado en LiDAR contra uno altamente calificado basado en cámara y radar. Pruebas a velocidad controlada 30 mph en pista recta, una hora tras puesta de sol, con <1 lux iluminancia ambiental.

Ambos vehículos de prueba tenían luces bajas encendidas. Objetivos maniquí de peatón niño y adulto estáticos eran compatibles con protocolos actuales de IIHS y Euro NCAP.

Escenarios evaluados:

1. Adulto cruzando al 50% solape (centro ancho vehículo)
2. Adulto cruzando al 25% solape
3. Niño cruzando al 50% solape
4. Niño al 25%, adulto @ 75%, 10 pies detrás niño
5. Adulto en esquina lado conductor
6. Adulto caído al 50% solape

Velodyne probó ambos vehículos en cada escenario cinco veces, o hasta colisionar con objetivo tres veces, para minimizar daño.

Resultados de pruebas nocturnas apoyan hallazgos de AAA y NHTSA que PAEB cámara/radar fallan frecuentemente en oscuridad. Tasa de fallo especialmente evidente en escenarios con niño, más de un peatón, adulto en esquina del vehículo, o adulto caído frente al vehículo.

En contraste, sistema PAEB LiDAR de Velodyne, equipado con sensor Velarray H800 y software Vella™, frenó a tiempo evitando choque 5 de 5 veces en todos escenarios probados. Estos componentes se desarrollan para cumplir requisitos de seguridad funcional automotriz ISO-26262. Combinando Vella y Velarray, solución PAEB de Velodyne está diseñada para conducción urbana, suburbana y autopista hasta 80 mph.

Conclusión

Dado que condiciones nocturnas oscuras son peligrosas para peatones, Velodyne propone que organizaciones de evaluación vehicular expandan pruebas PAEB a incluir condiciones de luz ambiental <1 lux. Pruebas de AAA y NHTSA demuestran que rendimiento nocturno representa gran oportunidad de mejora en sistemas PAEB actuales. Pruebas muestran que solución basada en LiDAR es efectiva y lista para implementación.

Este artículo fue escrito por David Hall, Fundador y Presidente Ejecutivo del Consejo, Velodyne LiDAR (San Jose, CA). Para más información, contacte al Sr. Hall en This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. o visite aquí.