De Twizy van het programma iCave

i-Cave: vijf jaar onderzoek naar coöperatief en autonoom rijden

Kun je een voertuig ontwikkelen dat zowel coöperatief, dus in een colonne met anderen, als volledig autonoom kan rijden? Met die centrale vraag startte in 2015 het onderzoeksprogramma i-Cave. Nu, vijf jaar later, is het antwoord bevestigend. Dat betekent niet dat er geen belemmeringen of vragen meer zijn. Hoe richt je bijvoorbeeld de computersystemen in en is autonoom rijden op de openbare weg wel verantwoord?

‘Oorspronkelijk zochten we naar een combinatie van coöperatief en autonoom rijden’, vertelt projectleider prof. dr. Henk Nijmeijer, hoogleraar Dynamics and Control aan de Technische Universiteit Eindhoven. ‘Bij autonoom rijden gebruiken de voertuigen, beter gezegd de algoritmes die de voertuigen besturen, informatie die ze zelf verzamelen. Als ze hun informatie geheel of deels via andere voertuigen verkrijgen, gaat het om coöperatief rijden. In dat geval verbetert de informatie het collectieve gedrag, wat onder andere de verkeersdoorstroming bevordert. Daarvoor moeten de voertuigen wel via een draadloze verbinding met elkaar communiceren.’

De Twizy van het programma iCave

Het onderzoeksvoorstel was gericht op diverse aspecten van autonoom en coöperatief rijden. Daarbij kregen veiligheid, logistiek, sensortechnologie en ook psychologische en sociale aspecten aandacht. Alle onderwerpen zijn later in het project samengevoegd. De onderzoekers beproeven nu in een aantal voertuigen de werking van de ontwikkelde algoritmes.

Twizy

Het is een uitgebreid onderzoeksprogramma, waarvan Nijmeijer en zijn collega’s de resultaten hadden willen demonstreren op een testlocatie bij Eindhoven. Daar zijn hun kleine Renaults Twizy sinds vorig jaar in staat om met een tussentijd van niet meer dan 0,3 seconde in colonne te rijden en elkaar te volgen in bochten. Ter illustratie: de overheid raadt een volgtijd van twee seconden aan, op een drukke A2 is dat 0.9 tot 1 seconde.  De Renaults volgen de leidende auto met behulp van Coöperatieve Adaptive Cruise Control (CACC), die gebruik maakt van wifi, radar, GPS en camera. De ambitie blijft wel om de voordelen van coöperatief en autonoom rijden te combineren.

Helaas gooide Covid-19 roet in het eten voor deze live-demonstraties. Het onderzoek loopt wat vertraging op en er zijn geen fysieke bijeenkomsten. ‘Gelukkig hebben we door de tomeloze inzet van de onderzoekers en partners wel verschillende tests uit kunnen voeren. Daarom willen we vertellen wat we hebben bereikt en dat doen we in dit artikel en een video (zie onder, red.)’, zegt Nijmeier.  

Veiligheid

Eerst het onderzoek op het gebied van veiligheid. Dat richt zich niet alleen op het vermijden van fouten in de software of in het waarnemingssysteem van de auto’s en daarmee op het voorkomen van ongelukken als gevolg van die fouten, zegt Nijmeijer: ‘Het gaat ook om het vergroten van de acceptatie van coöperatieve en autonoom rijdende auto’s. Als mensen zich onveilig voelen of als medeweggebruikers ze niet vertrouwen, dan vertraagt dat de invoering.’

Daarmee komen we op de praktische beperkingen. Nijmeijer: ‘Rijden in colonne, ook wel ‘platooning’ genoemd, op de openbare weg op een veilige manier is mogelijk, maar dat geldt zeker nog niet voor autonoom rijden. Dat kan vooralsnog alleen in een gecontroleerde omgeving zoals een testlocatie of een parkeerplaats. Niet in een stadscentrum, de verkeerssituatie is daar veel te complex.’

Invoegen in colonne

Ook voor coöperatief rijden liggen er nog opgaven. Hoe kunnen andere weggebruikers bijvoorbeeld invoegen als er een colonne van dicht op elkaar rijdende vrachtwagens passeert? Nijmeijer: ‘We hebben algoritmes ontworpen die dat faciliteren en daarmee sociaal gedrag bevorderen: de voertuigen in een colonne maken ruimte voor invoegende voertuigen. We wilden dat tonen tijdens de demo, maar ik kan zeggen dat het werkt en dat het een verbetering is vergeleken met de huidige situatie. Daarin rijden door mensen bestuurde vrachtwagens vaak kort op elkaar en kom je er met een personenwagen moeilijk tussen.’

Rijden in colonnes kan nu nog alleen als in alle deelnemende voertuigen een bestuurder zit: ‘Vooralsnog kunnen we niet garanderen dat de systemen altijd foutloos zijn, om de veiligheid te garanderen moeten we een bestuurder in het voertuig hebben. De computers kunnen de snelheid en de onderlinge afstand regelen, maar het detecteren van fouten blijft nog mensenwerk.’

Maar ook op dat gebied zijn stappen gezet: ‘Winstpunten zijn al de verbeterde verkeersdoorstroming en een verminderd brandstofgebruik bij vrachtwagens, die gecontroleerd optrekken en afremmen en in elkaars slipstream rijden. Het rijden is minder vermoeiend, wat op termijn kan leiden tot veranderingen in het Rijtijdenbesluit dat regelt hoe lang een vrachtwagenchauffeur maximaal achter het stuur mag zitten.’ De Rijksdienst voor het Wegverkeer (RDW) moet de technologie in de voertuigen dan wel goedkeuren: ‘De normen daarvoor ontbreken grotendeels nog.’

De Twizt van onderzoeksprogramma iCave

Vertrouwen mensen

Dan is er het onderzoek naar psychologische en sociale factoren. Daarbij zijn of waren meer dan vijftien onderzoekers betrokken. Debargha Dey is als eerste op dat onderdeel van i-Cave gepromoveerd. Hij kijkt vooral naar de medeweggebruikers van autonoom rijdende voertuigen: ‘Wat heeft een voetganger of een fietser nodig om vertrouwen te hebben in het gedrag van zo’n voertuig als er geen chauffeur is en oogcontact ontbreekt?’

Dey concludeert dat andere informatie het gebrek aan oogcontact kan aanvullen: ‘Je kunt nu al aan een autonoom rijdende auto zien of die afremt of een bocht gaat nemen. Maar dat is onvoldoende om vertrouwen te krijgen. Bij een oversteekplaats zullen mensen lang wachten met oversteken, waardoor het algoritme de auto bijna tot stilstand moet brengen. We hebben onze auto’s daarom uitgerust met een vorm van een external Human Machine Interface (eHMI). Die biedt op de bumper of voorruit aanvullende informatie over het toekomstige gedrag van de auto. Lichtsignalen geven dan aan dat de auto je heeft opgemerkt en dat je veilig kunt oversteken. Mensen zullen moeten wennen aan die vorm van communiceren, maar we hebben aangetoond dat het werkt.’

De onderzoekers van i-Cave richten zich daarnaast op de chauffeurs en de andere inzittenden van coöperatieve en autonoom rijdende auto’s. Zo willen ze te weten komen hoe chauffeurs leren wat die vorm van rijden in de praktijk betekent. Bijvoorbeeld wanneer je als chauffeur enigszins kan relaxen achter het stuur of hoeveel tijd je nodig hebt om te reageren als een onverwachte verkeerssituatie dat noodzakelijk maakt. Dey daarover: ‘We hebben nog niet alle tests gedaan, maar het lijkt erop dat de software betrouwbaar is. Desondanks kan een mens in complexe situaties vaak nog sneller en beter inschatten wat er moet gebeuren dan een algoritme. Daarmee moeten we rekening blijven houden.’

Voor online innovatiefestival TEKWNOLOGY 2020 bezocht de TEK-demobus het programma i-Cave. Dat leverde onderstaande video op. In november vindt TEKNOWLOGY 2021 plaats. Kijk hier voor meer info.

Praktijkproeven

Omdat rijden in colonnes tot veranderingen in de efficiëntie van vervoersstromen zal leiden, kreeg ook de logistiek een plaats in het onderzoeksprogramma van i-Cave. Nijmeijer: ‘En dan de praktijk.  In een Europees project genaamd ENSEMBLE worden verschillende truck platooning-testen gedaan.’ De proeven behoren tot de talrijke internationale initiatieven op het gebied van coöperatief en autonoom rijden: ‘Ons onderzoek is daarvan een onderdeel.’

Ook in het kader van i-Cave vinden praktijkproeven plaats. Op de snelweg tussen Helmond en Eindhoven zijn in samenwerking met TNO succesvolle proeven uitgevoerd met coöperatief rijden. Een proef op een al van relevante communicatieapparatuur voorziene busbaan bij Eindhoven is voorlopig nog toekomstmuziek.

De onderzoekers verwachten het programma eind 2021 af te ronden middels een symposium, al is het plaatsvinden daarvan momenteel nog onzeker.

Verwachtingen waargemaakt

Terug naar 2015, naar de start van i-Cave. Nijmeijer: ‘Hebben we de verwachtingen waargemaakt en de combinatie van coöperatief en autonoom rijden mogelijk gemaakt? Het antwoord is bevestigend. Dat hebben we deels al op de testbaan gedemonstreerd. In de praktijk blijkt wel, dat er nog beperkingen zijn. Zo gaat dat met onderzoek, de resultaten zijn bijna altijd anders dan verwacht. Was dat niet zo, dan wist je het van tevoren al en was het onderzoek overbodig.’

De belangrijkste beperking is dat autonoom rijden op de openbare weg vooralsnog niet haalbaar is, zeker niet binnenkort: ‘We hadden daarover al twijfels en we zijn nog terughoudender geworden. Of realistischer, dat kun je ook zeggen.’ Bovendien liggen er uitdagingen in de aansturing van het voertuig. Nijmeijer: ‘We onderzoeken of je de combinatie van coöperatief en autonoom rijden in een geïntegreerd of in een gescheiden systeem vorm moet geven. Anders gezegd: heb je een of twee computers nodig?’

Fantastisch project

Een interessante vraag is ook of je alle voertuigen, dus niet alleen de autonoom rijdende, een wifi-verbinding met hun voorganger en daarmee de mogelijkheid tot onderlinge afstemming moet meegeven. Dat perspectief gloort voor het vervoer van de toekomst en het kan grote voordelen hebben, onder andere voor de verkeersveiligheid. De voertuigen moeten dan wel over wifi beschikken.

Een voertuig dat op de markt kan komen, heeft i-Cave niet ontwikkeld, zegt Nijmeijer: ‘Dat was ook niet de bedoeling. We hebben wel al een flink aantal studenten en promovendi afgeleverd die hun weg naar de industrie hebben gevonden en daar bijdragen aan het faciliteren van coöperatief en autonoom rijden.’ En is hij tevreden? ‘Het project is nog niet afgerond, maar tot nu toe zeker wel. Het is een fantastisch project, geen twijfel aan.’