LIDAR، والليزر، والمنطق: تشريح مركبة مستقلة

تحظى المركبات ذاتية القيادة بالكثير من الاهتمام في الآونة الأخيرة، وإذا كان هذا هو الأخير تنبأ CES أي شيء، هو أن هذا الاتجاه التكنولوجي له بعض المسافة الكبيرة. مع شركات مثل أودي, لكزس، و جوجل وباستكشاف طرق لدفع تجربة القيادة إلى القرن الحادي والعشرين، فإننا لسنا بعيدين عن المستقبل حيث تتم القيادة بواسطة الآلة - وليس الإنسان. ولكن قبل أن تتمكن من التوجه بسرعة إلى الوكيل المحلي لديك (فقط أمزح؛ لا يوجد أي منها لدى الوكيل المحلي لديك) لإلقاء نظرة على أسيادنا الآليين، ستلاحظ تشابهًا مذهلاً بين جميع الطرازات تقريبًا: LIDAR. نحن نعرف ما تفكر فيه: ماذا-DAR؟

ليزر فريكين

أحد أكثر قطع المعدات تكاملاً وتكلفة وملاحظة الموجودة في السيارة ذاتية القيادة هو مستشعر LIDAR المثبت على السقف والذي يشبه نجمة الموت. LIDAR، وهي اختصار لـ Light Detection and Rangen، هي تقنية للاستشعار عن بعد تقوم بقياس المسافة إلى الأهداف ورسم خرائط لها، بالإضافة إلى خصائص الخصائص الأخرى للأشياء الموجودة في طريقها. يقوم LIDAR بشكل أساسي بتخطيط المناطق المحيطة به من خلال إضاءة أهدافه باستخدام ضوء الليزر ثم تحليل هذا الضوء لإنشاء صورة رقمية عالية الدقة.

في حين يتم استخدام مستشعرات LIDAR في جميع مركبات الأبحاث ذاتية القيادة تقريبًا، فقد ظهرت هذه التقنية بالفعل في السيارات المزودة بأنظمة التحكم التكيفي في السرعة (ACC).

في المركبات المزودة بنظام التحكم النشط في الحركة (ACC)، يتم استخدام جهاز LIDAR المثبت في مقدمة السيارة، مثل المصد، لمراقبة المسافة بين تلك السيارة وأي سيارة أمامها. إذا أبطأت السيارة التي أمامك سرعتها أو اقتربت كثيرًا، يقوم نظام ACC بتطبيق المكابح بشكل مستقل لإبطاء سرعة السيارة. عندما تكون ظروف الطريق مفتوحة، يسمح نظام ACC للمركبة بالتسارع إلى السرعة التي يحددها السائق مسبقًا. الرجوع إلى تقييمي ل 2013 مرسيدس SL550 للحصول على مثال لمركبة مزودة بنظام تثبيت السرعة التكيفي.

ومع ذلك، تعمل أجهزة استشعار LIDAR المثبتة على السقف بشكل مختلف قليلاً، وتتصرف بشكل مشابه لما تراه فوق تركيب قمر صناعي في مطار أو على متن سفينة صيد صغيرة.

هنا لدينا طبق منخفض الدوران (على سبيل المثال، 1 دورة في الدقيقة) يجمع استهدافًا طويل المدى ومنخفض الدقة لأشياء أخرى (سفن أو طائرات أخرى على سبيل المثال). قد تعمل هذه التعليقات منخفضة الدقة مع التركيبات الثابتة، لكن المركبات تحتاج إلى صور ذات دقة أعلى بكثير وعلى مسافة أقرب بكثير.

على الرغم من أن هذه الأرقام ليست رسمية، إلا أن عدد دورات المحرك في الدقيقة يعتمد على، على سبيل المثال، سيارة لكزس AASRV، كما هو موضح في معرض CES، قد يدور بسرعة 600 دورة في الدقيقة. تتيح هذه الزيادة في عدد دورات المحرك في الدقيقة للمركبة رسم خريطة لمحيطها بمزيد من التفاصيل والسرعة (أقل من عشرات المللي ثانية)، والدقة، وهو أمر ضروري على الطريق حيث تكون الظروف باستمرار تغيير.

في الوقت الحالي، لا يتم تصنيع أجهزة استشعار LIDAR داخليًا، ولكنها متاحة تجاريًا - ومكلفة. أوه مكلفة للغاية. على سبيل المثال، يمكن لجهاز استشعار من طراز Velodyne أن يباع بمبلغ 70 ألف دولار للقطعة الواحدة، ويمكن العثور عليه وهو يدور بشكل منوم فوق مركبات الأبحاث التابعة لشركة Google، وLexus، وAudi.

خارطة الطريق إلى الحكم الذاتي

قد يكون LIDAR هو الجزء الأكثر بروزًا في تكنولوجيا القيادة الذاتية، ولكن كما قال بول ويليامسن، المدير العالمي للتعليم والتدريب بالنسبة لشركة لكزس إنترناشونال، كما أخبرني، فإن تشريح المركبات ذاتية القيادة، بما في ذلك LIDAR، يشمل أربعة أنواع واسعة نسبيًا المجالات:

• صنع مركبة يمكنك من خلالها التحكم في التوجيه، وإيصال الطاقة، والكبح - كل ذلك تلقائيًا.
• التكنولوجيا التي تسمح للمركبة باستشعار البيئة المحيطة بها
• المعالجة - ما الذي تحدده تلك السيارة، وما هي القرارات التي تتخذها بناءً على استشعار ما يجري حولها
• الإخراج – ما هي الإجراءات التي تقوم بها السيارة بناءً على تلك المعالجة

موجة المستقبل

بالإضافة إلى توفير LIDAR لردود الفعل الحسية، تستخدم المركبات ذاتية القيادة تقنية ليست جديدة تمامًا تسمى رادار بموجة ملليمترية، يتضمن أجهزة استشعار مختلفة تعمل بالأشعة تحت الحمراء والبصرية موضوعة في الأمام والجوانب والخلف أرباع السيارة.

كما تتذكر بلا شك من دروس العلوم في المدرسة الثانوية، فإن رادار الموجات المليمترية يصدر ترددات عالية للغاية (قصيرة) الأطوال الموجية، وهي مثالية لاكتشاف الأشياء (السيارات والمشاة والحيوانات الكبيرة) في المنطقة المباشرة للمركبة المناطق المجاورة.

تتميز أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء والضوئية بشكل كبير بالفعل في سيارات أودي ولكزس وأكورا وسوبارو ومرسيدس الحالية. لكزس 2013 ال اس 460، على سبيل المثال، الرياضة ما يسمى نظام ما قبل الاصطدام المتقدم (A-PCS). يعمل هذا جنبًا إلى جنب مع رادار الموجة المليمترية، وأجهزة عرض أمامية تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة، وكاميرا استريو مثبتة في الأمام. بشكل أساسي، تم تصميم A-PCS لتجنب الاصطدامات منخفضة السرعة عن طريق مسح المركبات في المنطقة القريبة إلى البعيدة، وتحديد الاصطدامات المحتملة، وإصدار مؤشرات صوتية ومرئية في حالة وجود خطر، وفي النهاية تعمل بشكل مستقل من خلال تطبيق إجراءات الكبح الطارئة.

كما ترون، تكنولوجيا المركبات ذاتية القيادة هي مزيج من بروتوكولات الاستشعار والمعالجة. بينما يمكن وضع أجهزة استشعار رادارية بموجة ملليمترية داخل السيارة وحولها، مثل تلك التي شوهدت في نماذج Google وLexus الأولية، تتميز عادةً بوجود المزيد من أجهزة الاستشعار المعلقة بين قوسين في السيارة مصدات. وهذا يسمح باستشعار راداري أكبر لجوانب السيارة، بدلاً من المقدمة فقط. وبهذه الطريقة، يمكن جمع المعلومات بدقة في الممرات المجاورة والشوارع المتقاطعة والتقاطعات.

أدمغة المجموعة

وبطبيعة الحال، يجب جمع كل هذه المعلومات ومعالجتها، ولهذا السبب ستستفيد المركبات ذاتية القيادة الآن وفي المستقبل من أجهزة الكمبيوتر القوية نسبيًا الموجودة على متنها. وكما يوضح بول ويليامسن من شركة لكزس: "إن السيارة التي عرضناها في معرض CES تحتوي في الواقع على عدد من أجهزة الكمبيوتر عالية الطاقة في صندوق السيارة، وأجهزة كمبيوتر قد نمتلكها أنا وأنت على سطح مكتبك."

في المقابل، فإن أجهزة الكمبيوتر التي تشغل حاليًا مساحة في سياراتنا هي أجهزة كمبيوتر غبية نسبيًا بالمقارنة، كما يوضح ويليامسن أيضًا، "أقوى أجهزة الكمبيوتر الكمبيوتر الموجود في مركبة تقليدية هو جهاز كمبيوتر بسيط للغاية، لأننا نحتاج إلى موثوقية كاملة مطلقة، فهو يعمل بسرعة ساعة بطيئة إلى حد ما، ويعمل بسرعة كمية منخفضة إلى حد ما من الذاكرة، وعدد بسيط إلى حد ما من الكلمات في إجمالي برمجتهم، وذلك لأننا نحتاج إلى مستويات مطلقة من مرساة القارب مصداقية"

"بالنسبة لأبحاث المركبات ذاتية القيادة، نستخدم أجهزة كمبيوتر... أقوى بمئات أو آلاف المرات للقيام بالمعالجة قم بتجميع المعلومات الموجودة في صور LIDAR المعقدة والمعلومات التي نحصل عليها من أجهزة استشعار الرادار ذات الموجات المليمترية المتعددة.

القيادة، دون السائق

إذًا لدينا LIDAR، ولدينا رادار بموجة ملليمترية، ولدينا عقل Autobot قوي للغاية يدير العرض. ولكن ما الذي يدفع الآنسة ديزي الرقمية بالفعل؟ لكي تعمل السيارة المستقلة، يجب أن يتم التحكم فيها إلكترونيًا، أو تلقائيًا، أو آليًا، إذا استعرنا مصطلحًا أكثر خيالًا علميًا. لن تطيح هذه "الروبوتات" بالحكومة، بل ستتولى بدلاً من ذلك كل التفاصيل الدقيقة للقيادة. والأكثر من ذلك، أنهم جميعا بحاجة إلى العمل في انسجام تام، وربما الأهم من ذلك، أن يكونوا مستقلين عن أي مدخلات بشرية.

في حالة تويوتا/لكزس، فإن سياراتها، وبالتحديد سياراتها الهجين، لديها بالفعل ما تشير إليه الشركة باعتباره "نظامًا هجينًا متطورًا" قادرًا على التحكم إلكترونيًا في الفرامل والتوجيه التسريع. يعد هذا المجال الخاص لتكنولوجيا المركبات ذاتية القيادة أمرًا ضروريًا، وهو أحد الأسباب التي تجعل Google تستخدم سيارات تويوتا/لكزس الهجينة. ومن خلال القيام بذلك، لا تحتاج شركة الإنترنت العملاقة إلى تطوير واجهة خاصة بها يتم التحكم فيها إلكترونيًا، بل تحتاج إلى ذلك ببساطة اكتشف طريقة لإجراء هندسة عكسية للاتصالات التي تسمح لها بإنشاء توجيهات مختلفة، ودواسة الوقود، والكبح الأوامر.

في حين أن LIDAR هو بالتأكيد القطعة الأكثر بروزًا بصريًا في تكنولوجيا القيادة الذاتية، فإن كل جانب من جوانب السيارة ذاتية القيادة يتشابك بدقة مع هذه القطعة المركزية الدوارة. تعتمد أدوات التحكم في التوجيه الآلي على رادار الموجات المليمترية، في حين يقوم نظام LIDAR المثبت على السقف بجمع المعلومات الحيوية ورسم خرائط لها بشكل محموم. يجب معالجة هذه المعلومات وحسابها وإعادتها في النهاية إلى الضوابط الآلية؛ وبذلك أكملت هذه الدائرة الذهبية من سحر السيارات.

توصيات المحررين

• كيف مهدت شاحنة زرقاء كبيرة من عام 1986 الطريق للسيارات ذاتية القيادة
• ستكون سيارة Apple Car ذاتية القيادة بالكامل دون الحاجة إلى إدخال السائق، كما يدعي المطلعون
• تكشف شركة فورد عن السيارة المخصصة لخدمات السيارات ذاتية القيادة
• الركوب في سيارة Audi AI: أنا، سيارة المدينة ذاتية القيادة في المستقبل
• يمكن الآن لسكان كاليفورنيا توصيل مشترياتهم من البقالة بواسطة المركبات ذاتية القيادة