בן זוג וירטואלי
סיוע אקטיבי בנהיגת משאית, בדרך לאוטומציה
משאיות הן עמוד התווך של תובלת הסחורות. בגרמניה לדוגמה כ-75% מהסחורה מועברים באמצעות תובלת כביש. במקרים רבים מרחקי התובלה ארוכים, שעות העבודה ממושכות, ומציאות של שיירות מונוטוניות היא חלק מהשגרה היומית של נהגי המשאיות. לאלה נלווים לעיתים קרובות עייפות ולחץ של זמן. אם דעתו של הנהג מוסחת, הנהג עייף או מגיב לאט מדי, ההשלכות עלולות להיות הרות אסון.
פונקציות חדשות של נהיגה אוטונומית הן המפתח להימנעות מתאונות וממצבים מסוכנים. המערכות נכנסות לתפעול יותר ויותר במצבים של משימות נהיגה מונוטוניות ומייגעות. הן מתריעות לנהגים ותומכות בהם במצבים קריטיים, אבל האוטומציה לא תמיד יכולה להחליף את הנהגים, והנהג חייב להיות מסוגל להשתלט על המשאית בעת הצורך.
בחברת בוש החליטו לבדוק מה האינטראקציה האידיאלית בין הרכב לנהג. לשם כך הוקם קונסורציום של חברות, שפעלו בפרויקט המכונה "טנגו" (TANGO) בשלוש שנים וחצי האחרונות. TANGO הוא קיצור בגרמנית ל-Technologie für automatisiertes Fahren, die nutzergerecht optimiert wird, שפירושו בתרגום חופשי: טכנולוגיה לנהיגה אוטומטית, מותאמת לרווחת המשתמש.
הפרויקט התמקד בנהיגה אוטומטית חלקית ומותנית, לפי תקן ארגון מהנדסי הרכב העולמי, SAE רמות 2 ו-3. מדובר ברמות ביניים. רמה 5 משמעה נהיגה אוטונומית מלאה, ללא נהג (הרחבה במסגרת בסוף).
מהנדסי טנגו התמקדו בייצור אב-טיפוס ל-attention and activity assistant, כלומר עזרה בתשומת לב וסיוע אקטיבי בנהיגה. מדובר במעין בן זוג וירטואלי שמסייע לנהג באמצעות התרעות, שומר על ערנותו, מסייע במצב עייפות והופך את הנהיגה לנעימה ככל האפשר.
בוש פעלה כמנהיגת הקונסורציום. המשתתפים האחרים בפרויקט היו פולקסווגן, יצרנית משאיות מאן, אוניברסיטת שטוטגרט, מכון שפיגל, Hochschule der Medien, וחברת CanControls. פרויקט טנגו מומן בחמישה מיליון יורו, מענק מהמשרד הפדרלי לענייני כלכלה ואנרגיה הגרמני (BMWi).
שמירה על מצב הנהיגה ומצב הנהג
בעתיד יתחלפו ביניהם שלבי הנהיגה הידניים והאוטומטיים, והאחריות על פעולת ההיגוי תעבור מהרכב לנהג ובחזרה. מנהל הפרויקט של בוש, מיכאל שולץ טוען, כי "בנהיגה אוטונומית חלקית בדרגת SAE 2, על הנהג להיות מוכן להתערב בכל רגע בפעולת הנהיגה. בנהיגה אוטונומית מותנית SAE 3, רק הוא מתערך רק בשעת הצורך. היעד הוא לבצע את הדרישות מהנהג ברמה אופטימלית, כך שנהגים תמיד יהיו מסוגלים להשתלט על הרכב."
” מערכת Bosch Driver Drowsiness Detection עוקבת אחר סימני העייפות באמצעות ניתוח של פעולות ההיגוי. היא מקבלת נתונים ממערכת ההיגוי החשמלית ומחיישני בקרת היציבות האלקטרונית, מנתחת אותם וקובעת אם הנהג מגלה סימנים של מיקרו-שינה “
עוזר הקשב והפעילות (attention and activity assistant) הוא מערכת שנכנסת לפעולה בהתאם לרמת הסיוע הנדרשת, בהתאם למצבו של הנהג ובהתאם למה שמאפשר מצב הנהיגה באותו רגע. ה"עוזר" יכול לספק לנהג עזרה בפעילויות משניות כגון השמעה של מוסיקה וספרי-שמע (audiobooks), קריאת מיילים, כתיבת הודעות טקסט, הקרנת סרטים, קביעת פגישות, תכנון מסלול ואפילו ביצוע תרגילי כושר קלים. לא רק שהמערכת נדרשת לקבוע באופן מהימן את מצב הנהיגה הספציפי, אלא גם לזהות ולפרש כראוי את מצבו של הנהג בכל רגע, למשל, עייפות או חוסר ריכוז בנעשה בכביש.
בפרויקט המחקר הותקנו חיישנים לזיהוי וניטור של תנועות הפנים, אשר שולבו עם שיטות בינה מלאכותית. המצלמות מזהות אם עיניו של הנהג נעצמות, אם הוא ממצמץ בתדירות גבוהה ומאתרות היעדר רגישות למתרחש על הכביש וצניחה של ראש הנהג הצידה בשל עייפות. אלגוריתמים חכמים מעריכים את התמונות, מפרשים אותן ומפעילים אמצעי נגד. אלה עשויים להיות אותות אזהרה המושמעים בתא הנהג, הצעה לבצע פעילות משנית ואף התערבות פעילה ברכב כגון בלימה.
התמקדות בצרכי המשתמש
כדי להגיע לשורשים של הגורמים לעייפות ולהיסח הדעת ולקבוע במדויק את הדרישות מעוזר הקשב והפעילות, ליוו החוקרים נהגי משאיות בדרכים, ראיינו אותם על חוויותיהם, העריכו יומנים יומיים ברשת והשוו שוב ושוב את התוצאות שהתקבלו בשלבי הפיתוח אל מול מידע שהתקבל מהנבדקים. הכול נועד כדי לבצע תיקונים ושיפורים במערכת, ולהתאימה למציאות התובלה המורכבת. תהליך זה כלל סימולטורים לנהיגה ונהיגה ברכבי מבחן. בחלק מהמשאיות התאפשר להתקין הגה, בלמים ודוושת תאוצה לנוסע. בין הנהג לנוסע הותקנה מחיצה אטומה שאפשרה לחוקרים לדמות מגוון של פונקציות פעולה אוטומטיות ולצפות בהתנהגות המשתמשים בתנאים מציאותיים.
"במכוון מיקדנו את עבודתנו בדרישות המשתמשים", אומר שולץ. החוקרים הניחו, כי נהגי משאיות נזהרים לעיתים קרובות מנהיגה אוטומטית מכיוון שהם משייכים את הטכנולוגיה לביטול אחריות ודואגים שתפקידם יבוטל. לפיכך הם לא תמיד משתמשים אפילו במערכות הסיוע שכבר מותקנות במשאיות, ולעיתים אף מכבים אותן לחלוטין. בפרויקט נמצא, כי הטיעון החזק ביותר בעד יותר אוטומציה היה עלייה בבטיחות, וטיעונים נוספים היו נוחות ונהיגה רגועה יותר.
רמות של אוטומציה בנהיגה
איגוד מהנדסי הרכב הבי"ל, SAE, הגדיר רמות של אוטומציה בנהיגה. על פי ההגדרה, "מצב נהיגה" פירושו סוג של תרחיש נהיגה עם דרישות למשימות דינמיות אופייניות בנהיגה (למשל, מיזוג נסיעה בכביש מהיר, שיוט במהירות גבוהה, פקק תנועה בנסיעה איטית ופעולות במתחם נסיעה סגור).
רמה 0: המערכת האוטומטית מציגה אזהרות ועלולה להתערב לפרקי זמן קצרים, אך אין לה שליטה מתמשכת ברכב.
רמה 1 ("ידיים על ההגה"): הנהג והמערכת האוטומטיות חולקים שליטה ברכב. דוגמאות לכך הן מערכות שבהן הנהג שולט על ההיגוי, והמערכת האוטומטית שולטת על כוח המנוע כדי לשמור על מהירות מוגדרת (בקרת שיוט) או על כוח המנוע והבלם כדי לשמור על המהירות ולשנותה [בקרת שיוט אדפטיבית (ACC); סיוע בחניה - ההיגוי אוטומטי בזמן שהמהירות נמצאת בשליטה ידנית]. על הנהג להיות מוכן להשתלט מחדש על הרכב בכל עת. דוגמאות נוספות הן סיוע בשמירה על נתיב הנסיעה (LKA דרגה 2) ובלימת חירום אוטומטית המתריעה לנהג על קריסה ומאפשרת יכולת בלימה מלאה.
רמה 2 ("נטולת ידיים"): המערכת האוטומטית משתלטת על הרכב: תאוצה, בלימה והיגוי. על הנהג לפקח על הנהיגה ולהיות מוכן להתערב בכל עת אם המערכת האוטומטית לא מצליחה להגיב כראוי. אין להתייחס לביטוי "נטולת ידיים" ("hands off") כאל פשוטו כמשמעו. מגע בין יד להגה הוא בדרך כלל חובה ברמה זו, כדי לאשר שהנהג מוכן להתערב. אפשר לעקוב אחר עיניו של הנהג באמצעות מצלמות כדי לאשר שתשומת ליבו מופנית לנסיעה.
רמה 3 ("עיניים סגורות"): הנהג יכול להפנות את תשומת לבו בבטחה ממשימות הנהיגה. למשל, הוא יכול לשלוח הודעות טקסט או לצפות בסרט. הרכב יטפל במצבים המצריכים תגובה מיידית כגון בלימת חירום. הנהג צריך להיות מוכן להתערב בתוך זמן מוגבל, שקובע היצרן, כאשר הוא מתבקש לכך. אפשר לחשוב על המערכת האוטומטית כעל נהג שותף שמתריע לנהג באופן מסודר שתורו לנהוג. דוגמאות לכך הן נהיגה בפקקי תנועה ומכונית העומדת בתקנות הבינלאומיות של מערכת שמירת נתיבים אוטומטית (ALKS).
רמה 4 ("mind off"): כדרגה 3, אך לא נדרשת תשומת לב מהנהג לבטיחות. למשל, הנהג עשוי ללכת לישון או לעזוב את מושב הנהג. נהיגה עצמית של הרכב נתמכת רק באזורים מרחביים מוגבלים (עם גדר) או בנסיבות מיוחדות. מחוץ להם על הרכב להיות מסוגל לתפעל את הנסיעה בבטחה. לדוגמה, המערכת יכולה להחנות את הרכב - למשל מונית רובוטית או שירות משלוחים רובוטי הפועלים רק במיקומים נבחרים, באזור ספציפי.
דרגה 5 ("הגה אופציונלי"): אין צורך בהתערבות אנושית. דוגמה לכך היא מונית רובוטית שעובדת בכל הכבישים בכל רחבי העולם, כל השנה, בכל תנאי מזג אוויר.
ניטור עייפות הנהג
נהגים מקצועיים נוהגים שעות רבות ועוסקים בפעילות רבה של העמסה ופריקה של מטענים. התוצאה היא עייפות מוגברת וסיכון לתאונת דרכים קטלנית. יצרנים רבים פיתחו בשנים האחרונות מערכות לניטור נהיגה שמיועדות להתריע או לסייע במצב של עייפות. הטכנולוגיות מנטרות את פעילות הנהג או את פעילות הרכב.
בחברת בוש לדוגמה פיתחו מערכת שתפקידה להתריע כאשר הנהג עומד להירדם בשעת נהיגה. המערכת, Bosch Driver Drowsiness Detection, עוקבת אחר סימני העייפות באמצעות ניתוח של פעולות ההיגוי. היא מקבלת נתונים ממערכת ההיגוי החשמלית ומחיישני בקרת היציבות האלקטרונית, מנתחת אותם וקובעת אם הנהג מגלה סימנים של מיקרו-שינה, כלומר הוא על סף הירדמות. בבוש טוענים, כי יתרונה של המערכת בכך שהיא אינה מצריכה מערכת בקרה יקרה ומורכבת, אלא מערכת פשוטה ש"מתלבשת" על מערכות הקיימות ממילא ברכב. כיוון שכך, קל להתקינה. העלות השולית שלה נמוכה בהרבה מזו של מערכות אחרות, שלרוב עוקבות אחרי תנועות ראשו ועיניו של הנהג ומחפשות סימני ניקור שמגיעים לפני הירדמות. מערכות כאלו מבצעות ניתוח וידאו של תנועות הראש, והן יקרות להתקנה, הן ברמת בית החרושת הן ברמת ההתקנה בשוק האפטר-מרקט. מערכות אחרות שמנטרות את ביצועי הנהג אוספות מידע בזמן אמת על פרמטרים כגון תנועות עיניים, תנועות פנים, גלי מוח ואחיזת ההגה.
” עוזר הקשב והפעילות (attention and activity assistant) הוא מערכת שנכנסת לפעולה בהתאם לרמת הסיוע הנדרשת, בהתאם למצבו של הנהג ובהתאם למה שמאפשר מצב הנהיגה באותו רגע. ה"עוזר" יכול לספק לנהג עזרה בפעילויות משניות “
טכנולוגיות אחרות קשורות לניטור פעולות הרכב. הן אוספות מידע בזמן אמת על פרמטרים כגון מהירות נסיעה, האצה והאטה, היגוי ושמירה על נתיב. הן מזהירות את הנהג כאשר ביצועיו יורדים, ובכך מסייעות לו להימנע מתוצאותיה הקטלניות של הירדמות בזמן נהיגה.
ברשות הלאומית לבטיחות בדרכים קיבצו תוצאות של מחקרים שנעשו בעולם באשר לאפקטיביות המערכות. אלו עשויות להפחית 35% משיעור התאונות הנגרמות מעייפות, ועקב כך להפחית ב-2.9% את שיעור התאונות הכללי. אלא שקיימים גם מחקרים שמראים שהמערכות האלו אינן אפקטיביות, כיוון שהנהג מפתח אדפטציה לאזהרה שהמערכת מספקת לו. במקרים מסוימים נמצא, כי לשימוש במערכות לניטור נהיגה עשוי להיות אפקט הפוך, כיוון שהנהג נוטה לסמוך על המערכת שתזהה דפוס נהיגה מסוכן בזמן ותזהיר אותו לפני שתכריע אותו העייפות. במקרה כזה הנהג ירשה לעצמו לנסות להישאר ער ולנהוג זמן ממושך יותר במקום לעצור להפסקת התרעננות.
יישום הממצאים ברכב קל
הפיתוח הראשוני של מערכת טנגו מיועד כאמור למשאיות. על רקע זה הושם דגש מיוחד בממשק אדם-מכונה (HMI). עם זאת, לכל ברור שבעתיד כלי הרכב יצטרכו לתקשר עם הנהג ולשמש לו שותף. האינטראקציה המושלמת בין הרכב לנהג מצריכה פעולה אינטואיטיבית ומזמינה, ובו בזמן היא צריכה להיות פשוטה.
האב-טיפוס מכיל לוח בקרה אשר מורכב ממספר תצוגות ומשלב אלמנטים חזותיים, אקוסטיים והפטיים (קשורים לחוש המישוש), ו"עוזר הקשב והפעילות" הוא מעין אווטאר. ממצאי פרויקט המחקר יתרמו להתפתחות בתחומים כגון ניטור פנים, נהיגה אוטומטית ומערכות בידור. הממצאים עשויים לחול לא רק על משאיות, אלא גם על מכוניות, שם יתרמו להגברת הבטיחות בכבישים.
