Niveles de conducción autónoma: explicación para dummies

Todos los automóviles que un usuario particular puede comprar actualmente tienen un nivel 2 de conducción autónoma. Mucha gente se sorprende al escuchar que Tesla también. Sí, únicamente nivel 2. Un nivel 2 bastante avanzado, incluso en su versión FSD (Full Self Driving), pero nivel 2 al fin y al cabo. La confusión estriba precisamente en saber en qué consisten esos niveles, cada uno de los cuales da un paso más hacia el coche autónomo.

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¿Qué son esos niveles y en que se diferencian?

Nivel 0

Poco que comentar aquí. No hay conducción autónoma, no hay control continuo del vehículo. Aquí englobamos aquellos sistemas que proporcionan un aviso al conductor (por ejemplo, un sistema de detección de objetos en el ángulo muerto o asistente al cambio de carril), un sistema de frenado automático de emergencia… hablamos, por lo tanto, de sistemas de seguridad.

Están en el mercado desde hace mucho tiempo y no se suelen considerar a la hora de hablar de conducción autónoma. Si que son, sin embargo, un bloque fundamental para poder desarrollarla – bien por sensórica o por funcionalidad.  Estos sistemas no solo son legales, sino que en muchas ocasiones se convierten en un requisito para pasar homologación. Ocurre por ejemplo con los sistemas de frenado automático de emergencia (AEB) o de ayuda al mantenimiento en carril (LDW/LKA) gracias a la General Safety Regulation II.

Fig 1: los niveles de conducción autónoma según la SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices)

Nivel 1

Los primeros sistemas de asistencia a la conducción que han ayudado al conductor de forma continua se encuentran englobados en este Nivel 1. Son aquellos capaces de controlar el vehículo bien longitudinal o lateralmente, pero nunca las dos cosas a la vez.

El ejemplo más claro, y el primero de estos sistemas en ver la luz (1998) es el ACC – Adaptive Cruise Control. Aunque hubo intentos previos que solo controlaban motor (Mitsubishi), Mercedes en 1998 lanzó en el Clase S un sistema capaz de ajustar la velocidad de forma automática al vehículo precedente, usando información de un radar situado en la parte frontal. Controlaba sistema de gestión de motor y sistema de frenado, liberando al conductor de la necesidad de pisar pedal alguno (dentro de unos límites) cuando el ACC se activaba.  Así, solo debía controlar la dirección, haciendo los viajes más relajados y seguros.

Fig 2: una de las primeras infografías de sistemas de asistencia a la conducción. Corría 1998…

En un sistema ACC, como en el resto de sistemas de Nivel 1, el conductor es siempre responsable de la conducción y no puede embarcarse en ninguna actividad paralela. El sistema, simplemente, ayuda a que la conducción sea más confortable. Hoy día sistemas como ACC son legión y se pueden encontrar desde los segmentos más bajos del mercado.

Nivel 2

Mientras en un Nivel 1 el sistema controla el vehículo longitudinal o lateralmente, en un Nivel 2 el control es longitudinal y transversal, de forma simultánea. Este pequeño matiz, sin embargo, hace que la percepción del conductor en cuanto a autonomía sea mucho mayor.

Aquí hablamos de sistemas relativamente populares y que se pueden encontrar en utilitarios como un Peugeot 208, sin ir más lejos. Al sistema ACC añaden un control de posición en el carril (centrado). El conductor no ha de tener los pies en los pedales (como en un sistema ACC), pero además existe un par de fuerza inducido en el volante que “guía” al vehículo al centro del carril. En ocasiones, se pueden soltar las manos del volante, y el vehículo seguirá en el centro del carril en vías de curvas amplias. Es debido a esto último que estos sistemas de Nivel 2 no han estado exentos de polémica. ¿Cuánto son una ayuda y cuanto son autónomos?

Primero: está claro que son una ayuda. El conductor es siempre responsable del vehículo y de su comportamiento. No puede embarcarse en ninguna acción secundaria como ver una película. Y aquí está el “problema” para algunos: dado que la percepción para el conductor es que el coche “conduce solo”, existe la tentación de hacer un mal uso de estos sistemas, no prestando atención a la conducción.

Fig 3: sigue siendo nivel 2

Suelen existir mecanismos para prevenir esto: la detección de manos en el volante para determinar si el conductor está realmente conduciendo es la más popular. Pero esto no es obstáculo para los más intrépidos conductores que engañan al sistema haciéndole creer que están conduciendo, en algunas ocasiones con fatales consecuencias. Se suelen incluir iconos claros y concisos acerca de cuando el sistema está proporcionando ayuda y de cuando no lo hace y, además, se invita al conductor a volver a tomar el control si se detecta que no lo hace. En caso extremo (conductor haciendo caso omiso de las indicaciones de tomar el control), el sistema puede incluso intentar parar el vehículo de forma autónoma y segura.

Pero, para complicar aún más las cosas, existe algo llamado Nivel 2+. No está registrado per se en la SAE, pero es un estándar de facto en la industria. ¿Y que es un Nivel 2+? Pues un Nivel 2 en el cual no se obliga al conductor a tener las manos en el volante. Sin embargo, el conductor sigue siendo responsable total de la conducción, y como tal no puede hacer ninguna tarea adicional. El pionero fue Cadillac con su SuperCruise en US, que hoy día se encuentra hasta en un Chevrolet Bolt. Después otras muchas le han seguido: BMW, NIO, Nissan (ProPilot II), próximamente Ford, Jeep, Lexus, Hyundai… y Tesla, claro.

Siguen siendo sistemas de asistencia. No son conducción autónoma. El conductor es responsable siempre, y para validar que está prestando atención a la conducción aun estando las manos fuera del volante, se suele usar una cámara que monitoriza al conductor (todos los mencionados arriba salvo Tesla, de momento). Si no hay atención, el sistema le recordará al conductor de hacerlo. En caso de ignorar el aviso, pasaremos al modo “parar en modo seguro”.

Estos sistemas Nivel 2+, por lo general, solo funcionan en zonas determinadas (por ejemplo, autopistas). Serían capaces de hacer más cosas (adelantamientos con o sin confirmación del conductor, etc). Pero seguirán siendo Nivel 2+… por mucho que los llevemos hasta el extremo, como Tesla con su FSD. En principio, con el FSD se podría disponer de un sistema de Nivel 2+ funcionando en aquellas zonas que Tesla haya “desbloqueado” primero, mediante el uso de mapas crowd-sourced. Y están en ello, basándose en la gran cantidad de vehículos grabando datos (vehículos de cliente). Pero seguirá siendo un Nivel 2. Por mucho que haya videos de Tesla gestionando rotondas, cruces e intersecciones en la versión beta de FSD, el conductor sigue siendo el único responsable. Es un nivel 2.

Nivel 3

Hemos visto que los casos de uso o los escenarios no determinan por lo general los niveles de conducción autónoma o el salto a nivel 3. Así pues, ¿que lo hace? La responsabilidad del sistema y del conductor. En un nivel 2, y no me cansaré de repetirlo, el conductor es SIEMPRE el responsable de la conducción. En un nivel 3 esto ya no es así. Vayamos por partes.

En primer lugar, el sistema controla el vehículo longitudinal y lateralmente, como en un nivel 2. Pero la diferencia estriba en que aquí el sistema es el que conduce el coche mientras se encuentre activado. Es decir – y aquí está la gran ventaja de un nivel 3 – el conductor podría dedicarse a realizar alguna actividad secundaria mientras esté en el coche. Pero (porque tiene que haber un pero), esta actividad secundaria no puede ser de una naturaleza tal que no le permita volver a retomar el control del vehículo en unos segundos si el sistema se lo pide. Y esto merece una explicación adicional.

Fig 4: sí, esto se podrá hacer en un nivel 3

Los sistemas de nivel 3 (al igual que muchos otros, pero aquí de forma muy acusada) sólo podrán ser activados en determinadas circunstancias. Dependiendo del fabricante, veremos que solo podrán funcionar en algunas autopistas alemanas y “hasta 60 km/h” (es lo que ha declarado Mercedes para su nuevo Clase S). Otros podrán limitar el funcionamiento del sistema por climatología / luminosidad exterior para asegurar que los sensores funcionen adecuadamente, etc. A esas circunstancias se le suele llamar ODD, Operational Design Domain, y describe los parámetros de entrada bajo los cuales el sistema puede funcionar.

¿Qué pasa cuando se está a punto de llegar al final del ODD? Pues que se avisa al conductor para que tome el control. Mientras que en un nivel 2 el conductor está siempre controlando el vehículo y es capaz de por ejemplo coger el volante en tiempo real (Nivel 2+) si es necesario, en un nivel 3 podemos dar unos segundos de margen. Esto marca una gran diferencia, ya que es lo que permite que el conductor pueda realizar alguna tarea adicional. El conductor podrá, por ejemplo, ver una película, leer un libro, contestar un correo electrónico, jugar a un videojuego… algo que le permita volver a retomar el control en 5-10 segundos. NO podrá dormir.

Dado que ahora el sistema es el responsable de la conducción, es necesario un salto tecnológico importante para ofrecer Nivel 3. En primer lugar, es necesaria una redundancia de sistemas (sensores, plataformas de control, actuadores, redes de datos, fuentes de alimentación…), para garantizar que no existen fuentes únicas de error. Después, a nivel de sensórica, es preciso tener información mucho más robusta del entorno (también de forma redundante). Y aquí es donde, casi toda la industria parece estar de acuerdo que el lidar es una solución adecuada para solucionar alguno de los problemas de detección de objetos en nuestro carril en circunstancias donde cámaras o radar tendrían más dificultades. Los mapas de alta resolución también juegan un papel muy importante.

Esto tiene un precio. Los sistemas de Nivel 3 no van a ser baratos, ni para el fabricante ni para el público. Un lidar, por ejemplo, tendrá un precio de entre $700-$1000. Para comparar, un radar de los que se vienen usando en múltiples aplicaciones a día de hoy se puede conseguir por poco más de $30 en grandes volúmenes.

Y finalmente, la polémica. Hay fabricantes que dicen que el Nivel 3 es una trampa mortal. Que no está claro cuando el conductor es responsable y cuando el sistema es responsable. Y que plantean pasar de Nivel 2 a Nivel 4 directamente. De momento, lo único que es oficial es que tanto Honda como Mercedes comercializarán Nivel 3 este 2021, tras el intento frustrado de Audi con su actual A8. Otros vendrán – véanse las plataformas de BMW (iX), Lexus o NIO.

Nivel 4

En un nivel 3 el conductor puede leer, ver películas, jugar a un videojuego, comer… pero no puede dormir. En un nivel 4, esto si estaría permitido. Y esta es la gran – y no pequeña – diferencia. Pero vayamos al principio. El nivel 4 no está disponible para el gran público en sus vehículos privados ni lo estará en un corto espacio de tiempo. Si estamos viendo avances en nivel 4 en compañías que se dedican a los robotaxis – Waymo es quizá el ejemplo más claro.

Fig 5: vehículo Nivel 4 de Waymo. La sensórica no tiene nada que ver con la de un coche de pasajeros convencional, aquí no se trata de integración homogénea. Los costes de materiales también pasan a un segundo plano – ¡el modelo de negocio para una empresa de robo-taxis es otro!

En un nivel 4, el conductor no es responsable de la conducción, pero es que tampoco se le reclamara para que tome el control si es necesario. El vehículo funcionará de forma totalmente autónoma dentro de un ODD específico, y antes de llegar al final de ese ODD – con bastante antelación, si es que el destino final cae fuera de ese ODD – podrá informar de que será necesaria intervención humana para llegar al final del trayecto. Si no se consigue que el conductor retome el control, se estacionara de forma segura.

Existe, de nuevo, mucha confusión entre nivel 3 y nivel 4. Cuando acaba uno y empieza el otro es una de las mayores dudas. Pero lo que sí está claro es que se prevén tres casos de uso / modelo de negocio principales:

• Las empresas de robo-taxis, donde el ODD es una zona geo-localizada y fuera de la cual no funcionaria el sistema. Aquí no es necesario que el vehículo disponga de elementos como volante. O funciona en autónomo o no funciona. No se aceptarían viajes fuera de esa zona geo-localizada, y en caso de factores externos como baja visibilidad, se llama a la flota y no opera. ODD muy concreto, muy limitado y muy controlado. Modelo de negocio muy apetitoso – los conductores de Uber representan hasta el 70% de los gastos de la empresa.
• Uso privado en transporte. El sector de transporte por carretera está, obviamente, muy interesado. Permitiría mayores descansos a los conductores
• Uso privado en vehículos de pasajeros. ¿A quien no le apetecería poder delegar al coche la tarea de conducir de Madrid a Barcelona por autopista, y que el sistema nos despierte suavemente 15 minutos antes de llegar a destino?

Aquí, a las complicaciones de un nivel 3 se le suma el hecho de que el nivel 4 ha de funcionar de manera autónoma y redundante por mucho más tiempo. En un nivel 2, se puede considerar que el conductor es el sistema de redundancia siempre. En un nivel 3, el conductor es el sistema de redundancia pasados unos segundos. En un nivel 4, eso no se puede asumir, y el tiempo de supervivencia de los sistemas secundarios cuando por ejemplo ha caído el sistema principal se medirá en muchos minutos.

Aún no hay nivel 4 disponible. Si hay pruebas en diversas ciudades, campus universitarios, etc. por compañías de robo taxis, principalmente. Pero no hay un despliegue a gran escala. En cuanto a uso privado, primero posiblemente veamos empresas de transporte. En cuanto a vehículos particulares, no va a ser en el corto plazo.

Nivel 5

En nivel 4 el conductor puede dormir, pero está limitado a un ODD concreto. El nivel 5 es… conducción autónoma sin ODD. Siempre, en cualquier momento, de cualquier punto A a cualquier punto B. Desde un pueblo en la Castilla profunda hasta París. Con sol, lluvia o nieve. Hay gente que llama Nivel 5 a los robotaxis descritos en Nivel 4, pero según la definición de la SAE, eso no es así.

Fig 6: Nivel 5 de conducción autónoma… y no estoy tan seguro de que sea Nivel 5 de verdad

A día de hoy, huelga decirlo, no hay nivel 5 de conducción autónoma. Ni lo habrá en el corto/medio plazo. Los hay que dicen que jamás lo habrá. Los casos de uso, los escenarios, los “corner use cases” son todos tan complejos que nadie en la industria en su sano juicio pone fechas a un nivel 5. ¿Nadie?

En resumen

• Solo hay hasta nivel 2 en el mercado a día de hoy.
• El conductor es SIEMPRE el responsable hasta Nivel 2. A partir de Nivel 3 el sistema es responsable.
• Hay nivel 2 y nivel 2+. Este último representa un sistema más avanzado que permite circular con las manos fuera del volante.
• Incluso dentro del nivel 2+ hay diferencias – Tesla por ejemplo, con su FSD, lo lleva al extremo y permitiría conducir “manos libres” pero con responsabilidad del conductor en entornos urbanos.
• La conducción autónoma comienza en Nivel 3. Hasta nivel 2 es asistida.
• Nivel 3 se confía en que llegue este año, pero en todo el mundo. Japón y Alemania serán los primeros.
• Nivel 4, para uso privado, no se espera hasta bien entrada la década.
• Nivel 5 ni está ni se le espera en el medio plazo. Si alguien dice que es capaz de solucionar el nivel 5 de conducción autónoma, o viene de un futuro muy lejano o miente.

Fig 7: Los niveles de conducción autónoma, en detalle

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