Automatisoidun ajamisen ohjelmistopino

Automatisoidun ajamisen ohjelmisto muuttaa epävarmat anturitiedot fyysiseksi liikkeeksi: se arvioi sijainnin, ymmärtää tilanteen, ennustaa kehityksen, valitsee laillisen reitin ja ohjaa ajoneuvoa. Tavallinen ketju on havainnointi, paikannus, ennustus, suunnittelu ja ohjaus; koneoppiminen voi yhdistää vaiheita, mutta turvallisuuskysymykset säilyvät.

Havainnointi rakentaa maailmamallin

Ohjelmisto tunnistaa kaistat, tien reunat, vapaan tilan, merkit, opasteet, ajoneuvot, jalankulkijat, pyöräilijät ja muut olennaiset kohteet. Se seuraa niitä ja arvioi sijainnin, nopeuden, suunnan ja epävarmuuden.

Anturifuusio yhdistää kuvat, tutkakaiut, lidar-pistepilvet ja liiketiedot. Se ei ole enemmistöäänestys: ajoitus, kalibrointi, luottamus ja korreloivat viat on huomioitava. Heijastus, peittyminen tai tukkeutunut linssi voi tehdä lähteestä harhaanjohtavan.

Hyvä malli esittää myös näkymättömän. Jos jalankulkija peittyy osin pakettiauton taakse, epävarmuuden on siirryttävä ennustukseen ja suunnitteluun sen sijaan, että alue tulkitaan tyhjäksi.

Paikannus arvioi sijainnin ja luottamuksen

Paikannus yhdistää GNSS:n, inertiatunnistuksen, pyörien liikkeen, kartat ja havaitut tiepiirteet. Tuloksena on arvioitu asento—sijainti ja suunta—epävarmuuksineen.

Epävarmuus vaikuttaa turvallisiin liikkeisiin. Ajoneuvo ei saa aloittaa tiukkaa kaistanvaihtoa vain reitin vuoksi, jos se ei tunnista kaistaansa varmasti. Tunnelissa, kaupunkikanjonissa tai muuttuneella tiellä sen on nojattava vähemmän yhteen lähteeseen.

Ennustus esittää useita mahdollisia tulevaisuuksia

Muut tienkäyttäjät eivät noudata käsikirjoitusta. Pyöräilijä voi väistää kuoppaa, lapsi ilmestyä peitosta ja kuljettaja kääntyä ilman vilkkua.

Mallit arvioivat mahdollisia ratoja ja aikeita mieluiten todennäköisyyksinä, eivät yhtenä varmana tulevaisuutena. Suunnittelun on pysyttävä turvallisena uskottavissa vaihtoehdoissa eikä vain arvattava todennäköisintä toimintaa.

Epävarmuuden on muutettava käyttäytymistä: hitaampi nopeus, suurempi etäisyys tai liikkeen siirto. Liiallinen varovaisuuskin voi vaarantaa liikenteen tukkimalla sen tai olemalla arvaamatonta; järjestelmän on edettävä epävarmuutta kieltämättä.

Suunnittelu valitsee käyttäytymisen ja liikkeen

Suunnittelu toimii usealla tasolla:

Reittisuunnittelu valitsee tiet ja määränpäät.
Käyttäytymissuunnittelu valitsee seuraamisen, väistämisen, liittymisen, kaistanvaihdon tai pysähtymisen.
Liikesuunnittelu luo törmäyksiä välttävän radan nopeuksineen ja kaarevuuksineen.

Suunnitelman on noudatettava sääntöjä, fysiikan rajoja, mukavuutta ja ymmärrettävää käyttäytymistä. Matemaattisesti törmäyksetön rata voi olla huono, jos se ohittaa pyöräilijän liian läheltä tai epäröi risteyksessä epäselvästi.

Tarvitaan myös varareitti. Ohjelmiston on tiedettävä, mitä tehdä kaistan sulkeutuessa, anturin heikentyessä tai määränpään muuttuessa saavuttamattomaksi.

Ohjaus muuttaa radan liikkeeksi

Ohjain muuntaa radan ohjaukseksi, moottorin väännöksi ja jarrutukseksi huomioiden nopeuden, pidon, kaltevuuden, kuorman ja toimilaitteen viiveen.

Sähköautossa regenerointi ja kitkajarrut yhdistetään niin, että hidastuvuus pysyy ennakoitavana akun, lämpötilan ja pidon muuttuessa. Tasaisuus ei ole kosmeettista; äkillinen ohjaus voi horjuttaa matkustajia, vähentää pitoa ja hämärtää ajoneuvon aikeita.

Riippumaton valvonta voi tarkistaa pyydetyn ja todellisen liikkeen eron, turvalliset rajat ja pääjärjestelmän kunnon.

Koneoppiminen on osa, ei turvallisuusperustelu

Koneoppimista käytetään laajasti havainnointiin, ennustukseen ja yhä enemmän suunnitteluun. Osa järjestelmistä on modulaarisia, osa yhdistää anturitiedon suoremmin ratoihin opituilla malleilla. Toteutukset voivat sijoittua väliin.

”Päästä päähän -tekoäly” tai käsin rakennettu ketju eivät kumpikaan todista kykyä. Kysymykset ovat:

Mitkä tiedot ja skenaariot määrittävät tavoitellun käyttäytymisen?
Miten harvinaiset, vinoutuneet tai väärin nimetyt tapaukset löydetään?
Miten järjestelmä esittää epävarmuuden?
Mitkä rajat ovat mallin ulkopuolella?
Miten muutos testataan regressioiden varalta?
Mikä riippumaton valvonta voi rajoittaa vaarallisen tuloksen?

ISO/PAS 8800 käsittelee tekoälytulosten riittämättömyyden, systemaattisten virheiden ja satunnaisten laitevikojen riskejä ajoneuvoissa. Korkea keskimääräinen tarkkuus ei ole hyväksyttävä turvallisuusperustelu.

Opetus, testaus ja validointi ovat eri tehtäviä

Opetus parantaa mallia. Testaus etsii virheitä. Validointi kysyy, sopiiko koko järjestelmä aiottuun toiminta-alueeseen.

Kehittäjät yhdistävät:

tallennetun tiedon toiston;
software- ja hardware-in-the-loop-testit;
hallitusti vaihtelevan simuloinnin;
suljetun radan skenaariot;
valvotut julkisen tien testit; ja
valvotun kuljettajattoman toiminnan käyttöönoton jälkeen.

Simulointi tuottaa harvinaisia vaaroja altistamatta yleisöä, mutta toimii vain mallien vastatessa todellisuutta. Julkiset kilometrit antavat käyttönäyttöä, mutta osoittavat täsmällisiä harvinaisia vaaroja tehottomasti. Uskottava ohjelma tarvitsee skenaario- ja altistuspohjaista näyttöä.

Kiinteän testisarjan läpäisy ei riitä. Ohjelmisto voi ylisovittua mittariin, ja parannus voi aiheuttaa regression muualla.

Varajärjestely ja etäavustus

Järjestelmä tarkistaa jatkuvasti toiminta-alueen, anturien kunnon, paikannuksen laadun ja ajoneuvon tilan.

Tasolla 2 raja palauttaa koko tehtävän jo valvovalle kuljettajalle. Tasolla 3 järjestelmä hallitsee puuttumispyynnön ja riskin pienentämisen. Tasolla 4 sen on saavutettava vähimmäisriskitila ilman kuljettajaa.

Kuljettajattomat kalustot voivat käyttää etäavustusta kontekstiin, kuten tilapäisen esteen vahvistamiseen. Se ei ole jatkuvaa etäajoa. Ajoneuvo vastaa turvallisesta liikkeestä, ellei toimintamalli nimenomaisesti käytä etäkuljettajaa.

Päivitykset muuttavat turvallisuuskriittistä tuotetta

Etäpäivitykset voivat parantaa havainnointia, laajentaa aluetta tai muuttaa käyttäytymistä, mutta myös aiheuttaa regressioita. Uusi versio vaatii jäljitettävyyttä, tietoturvaa, vaiheittaisen käyttöönoton, valvonnan ja palautus- tai rajoitusstrategian.

Päivitys ei muuta SAE-tasoa markkinointiväitteellä. Koko toiminnon—laitteiston, ohjelmiston, alueen, varajärjestelyn, hyväksynnän ja ohjeiden—on tuettava uutta roolia.

Ostajalle käyttöliittymä on usein näkyvin osa. Sen on kerrottava aktiivinen toiminto, teko, ihmiseltä odotettu rooli ja lähestyvän rajan syy. Tilasekaannus on järjestelmävika, ei vain käyttäjän virhe.