Una gesta de pionero:
conducción autónoma en un recorrido de larga distancia por carretera abierta y
en tráfico urbano
100 km de conducción
autónoma en tráfico real
Conmemorando el recorrido
que Bertha Benz realizó hace 125 años
Tecnología basada en los
sistemas Mercedes-Benz de asistencia a la conducción disponibles hoy
Durante el mes de agosto de
2013, el vehículo experimental S 500 INTELLIGENT DRIVE ha demostrado en un
trayecto de relevancia histórica que es posible una conducción autónoma,
también en carretera abierta y en tráfico urbano. Es la primera vez en el mundo
que un fabricante de automóviles presenta un vehículo de este tipo. La ruta de
unos 100 kilómetros que lleva de Mannheim a Pforzheim fue la misma elegida por
la pionera Bertha Benz, que emprendió con este trayecto el primer viaje de
larga distancia a bordo de un automóvil hace ahora exactamente 125 años.
El
denso tráfico del Siglo XXI puso a prueba las aptitudes de conducción sin
conductor de la berlina de la Clase S, que tuvo que afrontar de forma autónoma
situaciones de alta complejidad como semáforos, rotondas, peatones, ciclistas y
tranvías. Un hecho notable: para lograr
este éxito no ha sido necesario recurrir a una tecnología especial de alto
coste, sino solamente a técnica próxima a la producción en serie, muy similar a
la incorporada actualmente en los modelos de serie de la nueva Clase E y la
Clase S. Con ello, el proyecto marca un hito importante en la vía de desarrollo
del vehículo apto para moverse por sí mismo (automóvil) al vehículo capaz de
conducir sin intervención humana (autónomo).
En el mes de agosto de 1888,
Bertha Benz emprendió una singladura que la haría famosa: el primer recorrido
de larga distancia a bordo de un automóvil, de Mannheim a Pforzheim. Con esta
gesta, la esposa de Carl Benz acreditó la idoneidad del vehículo patentado a
motor para el uso cotidiano y allanó el camino a la difusión del automóvil en
todo el mundo. Exactamente 125 años más tarde, en agosto de 2013, Mercedes-Benz
completó en la misma ruta otra gesta de pionero, no menos espectacular: el
vehículo experimental S 500 INTELLIGENT DRIVE, desarrollado a partir de la
nueva Clase S, recorrió de forma autonoma los 100 kilómetros que separan
Mannheim de Pforzheim. A diferencia de Bertha Benz, el vehículo no pudo
utilizar rutas solitarias para su desplazamiento, sino carreteras y calles con
tráfico denso y situaciones complejas de conducción.
«Este Clase S demuestra
hasta dónde queremos llegar con 'Intelligent Drive', y qué potencial encierra
ya la técnica disponible en la actualidad», destaca Dieter Zetsche, Presidente
de la Junta Directiva de Daimler AG y responsable de Mercedes-Benz Cars. «No
cabe duda que hubiera sido mucho más sencillo elegir la ruta por autopista de
Mannheim a Pforzheim. Pero encontramos una motivación especial en probar la
conducción autónoma exactamente en este trayecto, 125 años después de Bertha
Benz. No seríamos Mercedes-Benz si no apuntáramos a metas muy exigentes, y si
no las lográramos a continuación.»
Conducción autónoma con
sensores próximos a la producción en serie
El vehículo experimental
Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT DRIVE utilizado en este proyecto está equipado
con sensores próximos a la producción en serie. Mediante una evolución de los
sensores incorporados ya hoy en la nueva Clase S, los responsables de
Desarrollo han enseñado a este prototipo a averiguar dónde se encuentra, a
interpretar lo que ve y a saber cómo reaccionar con autonomía: equipado con un
«piloto de ruta» altamente automatizado, el automóvil encuentra siempre el
trayecto adecuado, incluso en el denso tráfico urbano e interurbano.
«Los vehículos autónomos
constituyen un paso importante hacia una conducción sin accidentes», añade
Zetsche. «Esta técnica aumentará una vez más el confort y la seguridad de todos
los usuarios de la vía. Los vehículos autónomos reaccionan también cuando el
conductor está distraído, o no se da cuenta de un hecho relevante, y pueden
asumir tareas de conducción complicadas y difíciles.»
«El éxito de las pruebas en
carretera siguiendo los pasos de Bertha Benz demuestra que una conducción altamente
automatizada es también posible fuera de circuitos cerrados al público con
situaciones relativamente sencillas», explica Thomas Weber, miembro de la Junta
Directiva de Daimler AG responsable del área de Investigación del Grupo y del
área de Desarrollo de Mercedes-Benz Cars. «De acuerdo con el objetivo del
proyecto, hemos adquirido conocimientos esenciales acerca de las vías de
desarrollo necesarias en nuestros sistemas actuales para permitir una
conducción autónoma también fuera de la autopista. No dejó de asombrarnos lo
que es ya posible con la técnica de sensores disponible hoy en día. Por otro
lado, también sabemos cuánto tiempo y cuánto esfuerzo cuesta conseguir que el
vehículo se comporte correctamente en un gran número de situaciones en el tráfico.
Y es que cada recorrido fue diferente de los demás», prosigue Weber. La
experiencia recogida pasa a formar parte de la planificación de futuras
generaciones de vehículos que vayan a equiparse con estas innovadoras funciones
en una versión evolucionada. El miembro de la Junta Directiva de Daimler
responsable de Investigación del Grupo se muestra confiado: «Con la nueva clase
S, somos los primeros que hacemos posible conducir de forma autonoma en los
atascos. También queremos ser los primeros en introducir más funciones de
conducción autónoma en automóviles de serie. Pueden estar seguros de que lo
conseguiremos antes de que finalice este decenio."
Conducción autónoma en
varios niveles
Las ventajas esenciales de
la conducción autónoma son evidentes: llegar al destino relajado, con rapidez y
seguridad. Un vehículo autónomo puede
asistir al conductor y asumir molestas tareas repetitivas, especialmente en
recorridos rutinarios, en retenciones, en autopistas llenas con limitación de
velocidad y en zonas con accidentes frecuentes. Por otro lado, no queremos
renunciar a la experiencia de conducción y al placer de manejar personalmente
el vehículo. «Nuestros sistemas autónomos constituyen una oferta para el
conductor, le prestan asistencia y le facilitan el trabajo. Por otro lado,
quien desee conducir personalmente su vehículo puede hacerlo hoy y podrá
hacerlo también en el futuro», subraya Weber, responsable de Desarrollo en la
Junta Directiva de Daimler. «Al mismo tiempo, no cabe duda que la conducción
autónoma no se hará realidad de la noche a la mañana, sino de forma sucesiva.
Este recorrido constituye un nuevo paso importante de cara al futuro.»
Se distinguen tres niveles
de conducción autónoma, definidos por un grupo de trabajo de la Asociación
Alemana de la Industria Automotriz (VDA) en cooperación con la Oficina Federal
Alemana de Circulación por Carretera: conducción semiautomatizada, altamente
automatizada y completamente automatizada.
· En la conducción semiautomatizada, el
conductor debe supervisar permanentemente las funciones automáticas, y no puede
dedicarse a actividades diferentes de la conducción.
· En la conducción altamente
automatizada, el conductor no tiene que supervisar permanentemente el sistema.
Por lo tanto, puede asumir actividades diferentes de la conducción, pero de
forma restringida. El sistema reconoce por sí mismo sus límites, y devuelve en
caso necesario la tarea de conducción al conductor con un margen de tiempo
suficiente.
· En la conducción completamente
automatizada, el sistema puede resolver con autonomía todas las situaciones; el
conductor no tiene que supervisar el sistema y puede dedicarse a actividades
diferentes de la conducción. En este nivel es posible también una conducción
sin que haya un conductor a bordo.
Los clientes de
Mercedes-Benz pueden disfrutar ya hoy de una conducción semiautomatizada en los
nuevos modelos de la Clase E y la Clase S: El nuevo DISTRONIC PLUS con
servodirección inteligente y Stop&Go Pilot maneja la dirección del vehículo
de forma prácticamente automática, incluso en retenciones. Por lo tanto, este
sistema constituye el núcleo de «Mercedes-Benz Intelligent Drive», la
interconexión inteligente de todos los sistemas de seguridad y de confort con
vistas a una conducción sin accidentes y, en último término, a una conducción
autónoma.
Durante las pruebas de
conducción autónoma en la ruta de Bertha Benz, que han finalizado con éxito,
los investigadores de Daimler han podido recoger experiencias importantes
acerca de los desafíos que deben afrontar hasta la realización de una
conducción altamente y completamente automatizada; por ejemplo, cómo conseguir
que un automóvil pueda moverse con seguridad en situaciones de alta complejidad
con semáforos, rotondas, peatones en la calzada y tranvías.
Primeras pruebas en
carretera con prototipos basados en la Clase E y la Clase S
Sin que hubiera un reflejo
inmediato en la opinión pública, pero con las correspondientes autorizaciones
de excepción de los organismos oficiales competentes y los certificados de la
ITV, las pruebas de conducción autónoma en la ruta de Bertha Benz se iniciaron
a comienzos de 2012 con tres prototipos basados en la Clase E y la Clase S,
equipados con todos los sistemas de seguridad activa y pasiva disponibles.
En estos prototipos
experimentales se utilizó exclusivamente una tecnología de sensores similar a la
que equipan ya en la actualidad nuestros modelos de serie de Mercedes-Benz. El
motivo: estas tecnologías son ya idóneas para el uso en el tráfico real, tienen
un precio asequible y facilitan por tanto la posible incorporación de los
equipos en futuros modelos de serie. Por otro lado, se ha perfeccionado tanto
el número como la disposición de los sensores, a fin de cubrir con más amplitud
el entorno del vehículo en todas las direcciones y de obtener información
adicional acerca del espacio que lo rodea.
A partir de los datos de
estos sensores, de la determinación de la posición del propio vehículo y de las
informaciones de un mapa digital se analiza el espacio libre disponible para la
conducción autónoma y se planifica la propia trayectoria. El grupo de investigación
de Mercedes-Benz ha desarrollado los algoritmos necesarios para ello en
cooperación con el Instituto de Metrología y Técnica de Regulación del
Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
A continuación se enumeran
las adaptaciones técnicas frente a la versión de serie de un Mercedes-Benz
Clase S:
· Se ha ampliado la anchura básica (la
«separación entre ojos») de la cámara estereoscópica con el fin de poder
reconocer objetos a mayor distancia utilizando la cámara como información
complementaria al radar.
· Se han integrado dos radares
adicionales de largo alcance en los laterales de los paragolpes delanteros para
poder detectar a tiempo los vehículos que se acercan por la derecha o por la
izquierda en un cruce. Otro radar de largo alcance observa el tráfico por
detrás.
· Cuatro radares de corto alcance en las
esquinas del vehículo mejoran la detección del entorno inmediato y de otros
usuarios de la vía.
· Para observar los semáforos se utiliza
una cámara en color instalada detrás del parabrisas, con un ángulo de abertura
de 90 grados.
· Otra cámara se dirige hacia atrás a
través de la luneta trasera para poder ubicar el vehículo con ayuda de
atributos conocidos del entorno. Los atributos del entorno se registran
previamente en un mapa digital: la comparación de las imágenes captadas con la
información memorizada permite al vehículo determinar su situación con una
precisión mucho mayor que la resultante del uso exclusivo del GPS.
Para las pruebas de
conducción autónoma en la ruta de Bertha Benz, Mercedes-Benz ha creado en
cooperación con el instituto KIT y con HERE —una división de Nokia
especializada en la producción de mapas digitales de carreteras y servicios de
localización— un mapa digital tridimensional del recorrido entre Mannheim y
Pforzheim, adaptado específicamente a las exigencias de un vehículo de
conducción autónoma. Este mapa, que debe satisfacer exigencias muy elevadas en
cuanto a su precisión, no incluye solamente el trazado de la carretera, sino
también el número de carriles con el sentido de circulación correspondiente,
las señales de tráfico y la posición de los semáforos. Este tipo de mapas
digitales constituye un requisito importante para la conducción autónoma. Por
este motivo, Mercedes-Benz y HERE cooperarán también en el futuro en el
desarrollo de mapas digitales «inteligentes» en 3D para vehículos autónomos.
El piloto de ruta reacciona
a múltiples situaciones en el tráfico
El piloto de ruta en el
vehículo experimental debe asumir desafíos muy variados en las carreteras y en
el tráfico urbano: rotondas, estrechamientos de la calzada en núcleos de
población con tráfico en sentido contrario, ciclistas en la calzada, maniobras
de cambio de dirección, vehículos estacionados en segunda fila o con dos ruedas
en el carril, semáforos en rojo, cruces con preferencia para los vehículos que
se acercan por la derecha, peatones que cruzan la calle y tranvías.
Un equipo de conductores de
seguridad con instrucción específica se encargó de supervisar el funcionamiento
correcto del Clase S de conducción autónoma durante los recorridos de prueba, a
fin de poder intervenir inmediatamente y asumir el control sobre el vehículo en
caso de que el sistema tomara una decisión incorrecta. Dado que el tráfico real
no es previsible, y que no hay dos situaciones de conducción idénticas, se
documentó cada caso de intervención necesaria de los conductores de seguridad.
El equipo de desarrollo evaluó a continuación estas informaciones, ampliando de
ese modo el catálogo de maniobras del vehículo. De ese modo, a lo largo del
proceso de desarrollo, el prototipo experimental puede procesar cada vez más
situaciones en el tráfico.
Los recorridos de prueba a
lo largo de los 100 kilómetros que separan ambas ciudades suministran conocimientos
importantes para el desarrollo de la tecnología y de los productos. «Hemos
podido comprobar, por ejemplo, que la detección de las fases de los semáforos
bajo diferentes condiciones de luminosidad y la asignación correcta de los
semáforos a los carriles constituye un importante desafío», explica Ralf
Herrtwich, responsable de sistemas de asistencia a la conducción y sistemas
para el tren de rodaje en el departamento de Investigación y Desarrollo de
Daimler AG, que inició desde su cargo el proyecto de conducción autónoma. «Por
otro lado, nuestro objetivo no es conseguir que el vehículo sea capaz de
solucionar sin ayuda todos los supuestos de conducción. Por ejemplo: si una
calle está bloqueada por un camión de recogida de basuras, no queremos que el
vehículo lo adelante automáticamente. Entre otros motivos, porque la
visibilidad de los sensores del vehículo está muy limitada en ese caso. En
estas situaciones, el vehículo devuelve el control al conductor.»
Para la empresa, el éxito
del proyecto de conducción autónoma consiste sobre todo en haber identificado
los temas que el equipo de desarrollo debe estudiar con más intensidad en el
futuro. «Ahora conocemos los campos en que es necesario mejorar y perfeccionar
el catálogo programado de maniobras del vehículo, es decir, los comandos para
la dirección, el motor y los frenos en función de la situación. Un ejemplo es
la conducción autónoma en rotondas.» Otro desafío es la ubicación correcta del
vehículo en la calzada; por ejemplo, para determinar dónde debe detenerse un
vehículo ante un cruce o una incorporación a fin de poder controlar el tráfico
en dirección transversal.
Un aspecto especialmente
exigente en los vehículos autónomos es la interacción con otros usuarios de la
vía. Para llegar a un acuerdo con un vehículo circulando en sentido contrario
sobre quién atraviesa primero un estrechamiento de la calzada, se precisa un
análisis exhaustivo de la situación. «A diferencia de un conductor humano, que
es capaz de tomar la iniciativa y aprovechar con decisión el hueco disponible,
nuestro vehículo autónomo es más bien reservado», comenta Herrtwich. «Esto
puede originar a veces situaciones grotescas. Por ejemplo, si el vehículo se
detiene ante un paso de peatones y nos hacen señales de que prosigamos la
marcha, nuestro automóvil seguirá esperando estoicamente, debido a que en su
programación no hemos contemplado la posibilidad de encontrar peatones tan
amables.»
El automóvil memoriza todos
los datos captados por sus sensores para permitir que los responsables de
desarrollo puedan reproducir las decisiones del vehículo experimental autónomo
en cada una de las situaciones de conducción. Esto supone un volumen enorme de
datos. Las imágenes de la cámara estereoscópica, por ejemplo, ascienden a unos
300 Gigabytes por hora. Más adelante, una vez implementados los sistemas en
serie, será necesario memorizar asimismo una parte de estos datos. En el caso
de que un vehículo autónomo se vea involucrado en un accidente, es posible
utilizar esta información para reproducir la génesis de la situación.
Desafíos en la vía hacia una
conducción autónoma
Por otro lado, para alcanzar
la meta de una conducción altamente y completamente automatizada no es
suficiente con salvar los obstáculos técnicos en el proceso de desarrollo. La
legislación no permite en todos los países la implementación de numerosas
funciones que ya serían posibles desde el punto de vista técnico.
La regulación internacional
UN/ECE R 79 (equipos de dirección), por poner un ejemplo, permite solamente
intervenciones correctivas en el volante, pero no el manejo automático de la
dirección a velocidades superiores a 10 km/h. La Convención de Viena sobre la
circulación por carretera, en que se basa el derecho comunitario europeo,
prescribe que el conductor debe controlar de forma permanente su vehículo y que
debe poder intervenir directamente en todo momento. Dado que, en la fecha de
firma de esta convención, todavía era impensable el desarrollo de vehículos
autónomos, es necesario precisar los términos de este acuerdo en su aplicación
a vehículos altamente y completamente automatizados. En algunos estados
federales de los EE.UU., como Nevada, ya se ha llevado una especificación de
este tipo, al menos para la operación de vehículos autónomos en régimen de
pruebas. Otro requisito para la introducción de sistemas altamente y
completamente automatizados es conseguir una aceptación en la sociedad. Al
igual que sucedió en los primeros años después de la invención del automóvil, todavía
tiene que crecer la confianza en la aptitud técnica de los sistemas. Esta
premisa se ha confirmado en un estudio actual del Customer Research Center de
Mercedes-Benz con unos 100 participantes de 18 a 60 años de edad. Después de
una sesión de conducción autónoma en el simulador, desaparecieron casi
totalmente las reservas iniciales de los participantes en el estudio. El
simulador de conducción consiguió aumentar claramente la aceptación de esta
tecnología, incluso en personas que la rechazaban al comienzo del estudio.
Una solución técnica para
poder disponer siempre de datos cartográficos e informaciones actuales sobre el
recorrido es la llamada «comunicación Car-to-X». De ese modo, los vehículos
podrán ayudarse mutuamente en el futuro en la elaboración de mapas en tiempo
real pues, en teoría, cada automóvil puede registrar el trayecto recorrido y
transmitir dicha información a una base de datos. Los automóviles que esperan
parados ante un semáforo en rojo pueden informar sobre esta señal a otros usuarios
de la vía. También es imaginable que sean los semáforos mismos los que
transmitan las señales, captadas por los vehículos en su cercanía. Los
especialistas de Mercedes-Benz llevan varios años trabajando en la comunicación
de los vehículos entre sí y con su entorno. Este mismo año introducirán, antes
que cualquier otro fabricante, vehículos con «funciones Car-to-X».
PROMETHEUS - Un proyecto
pionero en la vía hacia una conducción autónoma
El éxito logrado por
Mercedes-Benz en la ruta de Bertha Benz es el fruto más reciente de muchos años
de investigación en el área de la conducción autónoma. Un hito importante fue
el proyecto de investigación iniciado por Daimler-Benz con el nombre de
EUREKA-PROMETHEUS («Programme for European Traffic with Highest Efficiency and
Unprecedented Safety»), que comenzó en el año 1986. Los vehículos de prueba
desarrollados dentro de este programa causaron sensación en el año 1994 al
recorrer unos 1.000 kilómetros de forma prácticamente autónoma en el tráfico
diario de una autopista de varios carriles en la aglomeración urbana de París.
En 1995, estos vehículos lograron desplazarse desde Múnich hasta Copenhague.
Mercedes-Benz demostró así hace ya casi veinte años la viabilidad técnica de la
conducción automatizada en autopista, incluyendo cambios de carril,
adelantamientos y observación de la separación entre vehículos.
Un resultado del programa
PROMETHEUS es, por ejemplo, el Tempomat con regulación de distancia DISTRONIC,
introducido en serie en 1998 en la Clase S. A partir de DISTRONIC,
Mercedes-Benz ha ido desarrollando sucesivamente sistemas de asistencia a la
conducción capaces de detectar situaciones peligrosas, de advertir al conductor
y, cada vez con mayor frecuencia, de intervenir automáticamente en la
conducción. El indicador de velocidad límite, introducido en serie en el año
2005, es otro resultado de este proyecto. El perfeccionamiento continuado de la
detección del entorno con ayuda de cámaras estereoscópicas —otra técnica
probada por primera vez en el proyecto Prometheus— constituye la base para la
cámara estereoscópica «6D Vision» introducida ahora en la nueva Clase E y la
nueva Clase S. Esta tecnología patentada por Daimler permite prever el
movimiento de otros usuarios de la vía en tiempo real en torno al vehículo.
Desde el punto de vista
técnico, las diferencias entre Prometheus y el Mercedes-Benz S 500 INTELLIGENT
DRIVE son espectaculares. «Este progreso ha sido posible, sobre todo, gracias
al avance del hardware y el software a lo largo de los últimos años», explica
Weber, responsable del área de Desarrollo de Mercedes-Benz. «Los módulos
técnicos de entonces eran demasiado grandes y demasiado caros para su
utilización en un automóvil de serie, y no alcanzaban la potencia y la
fiabilidad necesarias. Una situación que ha cambiado totalmente en la
actualidad. Nuestros modernos sistemas permiten la integración en unidades
compactas de control, con un rendimiento extraordinario y, al mismo tiempo, son
asequibles para el cliente. Esto es necesario para que el mayor número posible
de clientes pueda beneficiarse de las funciones autónomas en el vehículo, lo
que, en definitiva, es nuestro objetivo.»
Sistemas de asistencia a la
conducción de Mercedes-Benz con funciones de conducción semiautomatizada en los
modelos de serie
· Tempomat con regulación de distancia
DISTRONIC/DISTRONIC PLUS (1998/2005)
El Tempomat con regulación
de distancia introducido en 1998 y perfeccionado en 2005 con sensores de radar
mejorados mantiene automáticamente una separación segura respecto al vehículo
precedente. El sistema puede frenar y acelerar de forma automática.
· Freno PRE-SAFE (2006)
Este equipo frena el
vehículo automáticamente si existe peligro de colisión por alcance (frenado
autónomo parcial y a fondo).
· Control activo de ángulo muerto (2010)
Detecta si el carril vecino
está ocupado y puede intervenir en los frenos de uno de los lados para reducir
el peligro de colisión a causa del cambio de carril.
· Detector activo de cambio de carril (2010)
Gracias a la interconexión
en red con el ESP, este sistema de asistencia puede frenar las ruedas del lado
opuesto a la deriva del vehículo y devolverlo a su carril si se sobrepasan
involuntariamente las líneas delimitadoras de la calzada, continuas o discontinuas.
· Ayuda activa para aparcar (2010)
Asume el guiado transversal
al estacionar el vehículo por medio de la dirección directa electromecánica.
· DISTRONIC Plus con servodirección
inteligente y Stop&Go Pilot (2013)
Ayuda al conductor a
mantener la distancia deseada respecto al vehículo delantero y le facilita
mantener el propio vehículo en el centro del carril. De ese modo permite una
conducción autónoma en retenciones.
· Servofreno de emergencia BAS PLUS con
asistente para cruces (2013)
Puede detectar vehículos y
peatones circulando en dirección transversal y reforzar la acción de frenado
del conductor.
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