Algoritme onthult fouten in zelfrijdende testvoertuigen

Testrijders herkennen aan vroege signalen dat een belangrijk deel van het voertuig defect raakt. Hoe kan je deze vaardigheid doorgeven aan zelfrijdende voertuigen? Is het mogelijk – en vooral veilig – om zelfrijdende voertuigen en voertuigen met bestuurder te combineren op één en dezelfde testbaan?

Dit zijn enkele van de vragen achter Etavep (Enablers for testing autonomous vehicles at existing testing grounds), een onderzoeksproject waarin de uitdagingen worden bekeken bij het testen van voertuigen die zich voordoen naarmate auto’s steeds autonomer worden.

Onderzoekers van Chalmers hebben zich samen met Volvo (cars and trucks) geconcentreerd op het deel van het project dat zich bezighoudt met het feit dat voertuigen moeten kunnen worden gecontroleerd, zelfs als iemands oren, sensorische organen en ervaring niet aanwezig zijn.

De taak was om een ​​geautomatiseerd systeem te creëren dat in realtime een indicatie kan geven dat een mechanisch onderdeel dat belangrijk is voor de veiligheid op het punt staat te falen.

Wat gaat er kapot?

Tomas McKelvey, hoogleraar Signaalverwerking bij de afdeling Elektrotechniek van Chalmers: "Het probleem is dat je niet van tevoren weet wat er kapot gaat." Hij benadrukt dat je niet kan vertrouwen op de systemen die aan boord zijn als de voertuigen eenmaal in het normale verkeer komen, omdat testritten in eerdere fasen van de voertuigontwikkeling kunnen plaatsvinden, zelfs al voordat de autonome functies betrouwbaar zijn.

De gekozen aanpak benadert hoe de menselijke waarneming werkt. We zijn namelijk best goed in het letten op zintuiglijke indrukken die afwijken van wat verwacht wordt. Enkele tientallen versnellingsmeters, die op strategisch belangrijke plaatsen in het voertuig zijn geplaatst, fungeren als ‘zintuig’ van het systeem. Ze registreren hoe de trillingen die optreden in de motor en in contact met het wegdek zich verder voortplanten in de carrosserie en componenten.

"Onze hypothese was dat de aard van de trillingen verandert als er aan boord een fout optreedt en dat de veranderingen met behulp van deze instrumenten kunnen worden geregistreerd."

Om te voorkomen dat een veranderd wegdek een ‘vals alarm’ activeert, worden sensoren in de buurt van de wielen gebruikt om het ingangssignaal te registreren. De rest van de instrumenten zouden dan veranderingen moeten kunnen opvangen die indicatief zijn voor storingen aan boord.

Hoe trilt een kapotte auto?

Om te weten hoe een kapotte auto trilt, moet een systeem echter eerst leren hoe een foutloze auto zich gedraagt. Het verzamelen van deze gegevens werd dus de eerste taak van de onderzoekers toen de instrumentatie van de twee testvoertuigen – een zware vrachtwagen en een personenauto – was voltooid.

"We bereiken dit door een zogenaamde overdrachtsfunctie te creëren, een wiskundige beschrijving van hoe verschillende delen van de auto samen bewegen. Dit type analyse levert heel veel gegevens op, ongeveer 1.500 zogenaamde complexe getallen (getallen met een reëel deel en een denkbeeldig deel) per seconde. Op basis van deze gegevens bouwden we een stochastisch model dat het normale geval beschrijft, waarbij elke waarde een bepaalde variatie mag hebben."

In de volgende fase lieten de onderzoekers de twee testauto’s over hetzelfde oppervlak rijden als voorheen, maar nu met verschillende opzettelijke fouten in de voertuigen. Gegevens van de versnellingsmeters werden opnieuw geanalyseerd – dit keer in de hoop dat het monitoringsysteem veranderingen in trillingen zou kunnen waarnemen als een indicatie van de fouten.

Rn het werkte. "Het systeem kon vrij gemakkelijk fouten detecteren – zelfs fouten die volgens de testrijders erg moeilijk te detecteren zijn. Er was slechts één opzettelijke fout waar het systeem zich op stuk beet- een moer op een schokdemperbevestiging die een paar slagen was losgemaakt op de zware vrachtwagen. Maar aan de andere kant was het een fout die de testrijders ook niet konden voelen."

Wat is de fout?

Het systeem reageert dus als er iets mis is. Het kan echter niet precies vertellen waar de fout zit. "Je zou hier verder aan kunnen werken, maar daar hebben we in dit onderzoek geen tijd voor gehad. Vanuit veiligheidsoogpunt is het belangrijkste om erachter te komen dat er een fout is opgetreden, zodat we van de testbaan kunnen worden gehaald ."

Volgens McKelvey is de methodologie de eerste van testfaciliteiten over de hele wereld, als het gaat om het naast elkaar laten bestaan van autonome en door de bestuurder bestuurde voertuigen. "De hoop is dat de ontwikkelde methodes een soort internationale standaard worden voor testbanen."

Hij voegt eraan toe dat vertegenwoordigers van andere testfaciliteiten grote interesse hebben getoond in het project. De reden is dat er zowel economische als ecologische voordelen zijn om bestaande faciliteiten te kunnen gebruiken, in plaats van land en middelen op te offeren om alleen nieuwe testbanen voor autonome voertuigen te bouwen.