LIDAR, лазери и логика: Анатомия на автономно превозно средство

Автономните превозни средства получават много внимание напоследък и ако това е последното CES пророкува каквото и да е, това е, че тази технологична тенденция има сериозен пробег. С компании като Audi, Lexus, и Google проучвайки начини да пренесем изживяването при шофиране в 21-ви век, не сме далеч от бъдещето, в което шофирането се извършва от машина, а не от човек. Но преди да можете да се втурнете към местния дилър (шегувам се; никой от тях не е при вашия местен дилър), за да зърнете нашите автоматизирани господари, ще забележите едно поразително сходство между почти всички модели: LIDAR. Знаем какво си мислите: какво-DAR?

Лазери Frikkin

Едно от най-интегралните, скъпи и забележими части от оборудването, намиращо се в автономно превозно средство, е монтираният на покрива LIDAR сензор, подобен на Звездата на смъртта. LIDAR, което означава Light Detection and Ranging, е технология за дистанционно наблюдение, която измерва и картографира разстоянието до целите, както и други характеристики на свойствата на обектите по пътя си. LIDAR по същество картографира заобикалящата го среда, като осветява своите цели с лазерна светлина и след това анализира тази светлина, за да създаде цифрово изображение с висока разделителна способност.

Докато сензорите LIDAR се използват в почти всички автономни изследователски превозни средства, технологията вече е включена в автомобили с адаптивни системи за круиз контрол (ACC).

В превозни средства с ACC, LIDAR устройство, монтирано в предната част на превозното средство, подобно на бронята, се използва за наблюдение на разстоянието между това превозно средство и всяка кола пред него. Ако превозното средство отпред забави или се приближи твърде много, ACC самостоятелно задейства спирачките, за да забави автомобила. Когато пътните условия се подобрят, ACC позволява на автомобила да ускори до скорост, предварително зададена от водача. Вижте моя преглед на 2013 Мерцедес SL550 за пример на автомобил с адаптивен круиз контрол.

Монтираните на покрива LIDAR сензори обаче функционират малко по-различно и се държат подобно на това, което бихте видели на върха на сателитна инсталация на летище или на борда на малък риболовен кораб.

Тук имаме антена с ниско въртене (да речем 1 оборота в минута), събираща насочване на далечни разстояния и ниска разделителна способност на други обекти (например други плавателни съдове или самолети). Тази обратна връзка с ниска разделителна способност може да работи за стационарни инсталации, но превозните средства се нуждаят от изображения с много по-висока разделителна способност и на много по-близко разстояние.

Въпреки че не са официални данни, оборотите се разчитат на, да речем, Превозното средство AASRV на Lexus, показан на CES, може да се върти при 600 об./мин. Това увеличение на оборотите позволява на превозното средство да картографира заобикалящата го среда с по-големи детайли, скорост (по-малка от a дузина милисекунди) и точност, която е от съществено значение на пътя, където условията са постоянни промяна.

Понастоящем сензорите LIDAR не се изграждат вътрешно, но се предлагат в търговската мрежа – и са скъпи. О, много скъпо. Най-добрият сензор Velodyne, например, може да донесе $70 000 на брой и може да бъде намерен хипнотично въртящ се върху изследователските превозни средства на Google, Lexus и Audi.

Пътна карта към автономия

LIDAR може да е най-забележимата част от безпилотната технология, но както Пол Уилямсън, глобален мениджър по образование и обучение за Lexus International ми казва, че анатомията на автономните превозни средства, включително LIDAR, обхваща четири относително широки домейни:

• Създаване на превозно средство, в което можете да контролирате управлението, подаването на мощност и спирането - всичко автоматично.
• Технология, която позволява на превозното средство да усеща околната среда около себе си
• Обработката – какво определя това превозно средство, какви решения взема въз основа на усещането за това, което се случва около него
• Резултатът – какви действия извършва превозното средство въз основа на тази обработка

Вълната на бъдещето

В допълнение към LIDAR, осигуряващ сензорна обратна връзка, автономните превозни средства използват не толкова нова технология, наречена радар с милиметрови вълни, който включва различни инфрачервени и оптични сензори, разположени отпред, отстрани и отзад четвъртини на превозно средство.

Както несъмнено си спомняте от часовете по природни науки в гимназията, радарът с милиметрови вълни излъчва изключително висока честота (късо) дължини на вълните, което е идеално за откриване на обекти (коли, пешеходци и големи животни) в непосредствена близост до автомобила близост.

Инфрачервените и оптичните сензори вече присъстват широко в настоящите автомобили Audi, Lexus, Acura, Subaru и Mercedes. Lexus 2013 LS 460, например, предлага това, което се нарича Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Това работи във връзка с радар с милиметрови вълни, предни инфрачервени проектори и монтирана отпред стерео камера. По същество A-PCS е проектиран да избягва сблъсъци при ниска скорост чрез сканиране на превозни средства в близка до далечна близост, определяне на потенциални сблъсъци, и излъчване на аудиовизуални индикатори, ако е налице опасност, и в крайна сметка да работи автономно чрез прилагане на контрамерки за аварийно спиране.

Както можете да видите, технологията за автономно превозно средство е смесица от протоколи за отчитане и обработка. Въпреки че радарните сензори с милиметрови вълни могат да бъдат поставени в и около превозното средство, такива примери, като тези, които виждате както на прототипите на Google, така и на Lexus, обикновено разполагат с още повече сензори, окачени от скоби на автомобила брони. Те позволяват още по-добро радарно отчитане отстрани на автомобила, за разлика само отпред. По този начин информацията може да се събира точно в съседните платна, пресечки и кръстовища.

Мозъците на групата

Разбира се, цялата тази информация трябва да се събира и обработва, поради което автономните превозни средства сега и в бъдеще ще използват сравнително мощни бордови компютри. Както обяснява Пол Уилямсън от Lexus, „Превозното средство, което показахме на CES, всъщност има редица мощни компютри в багажника на колата, компютри, които вие и аз може да имаме на вашия работен плот.“

За разлика от това, компютрите, които в момента заемат място в нашите превозни средства, са сравнително малоумни в сравнение, както обяснява Уилямсън, „най-мощните компютърът в конвенционално превозно средство е много прост компютър, защото се нуждаем от абсолютна пълна надеждност, те работят на доста ниска тактова честота, работят на сравнително малко количество памет и с доста прост брой думи в общото им програмиране и това е, защото се нуждаем от абсолютни нива на лодка-котва надеждност”

„За изследване на автономни превозни средства ние използваме компютри … които са стотици или хиляди пъти по-мощни, за да извършват обработката, събира информацията от сложните LIDAR изображения и информацията, която получаваме от множество радарни сензори с милиметрови вълни.“

Шофиране, минус водача

Така че имаме LIDAR, имаме радар с милиметрови вълни и имаме всемогъщ мозък на автобот, който управлява шоуто. Но какво всъщност движи дигиталната Мис Дейзи? За да работи едно автономно превозно средство, то трябва да се управлява електронно, автоматично, или да заимствам много по-фантастичен термин, роботизирано. Тези „роботи“ няма да свалят правителството, а вместо това любезно ще поемат всички тънкости на шофирането. Нещо повече, всички те трябва да работят в унисон и, може би по-важното, независимо от какъвто и да е човешки принос.

В случая на Toyota/Lexus, нейните превозни средства, а именно нейните хибридни превозни средства, вече имат това, за което компанията се позовава като „усъвършенствана хибридна система“, способна да контролира електронно спирането, управлението и ускорение. Този конкретен домейн на технологията за автономни превозни средства е от съществено значение и е една от причините Google да използва хибридите Toyota/Lexus. При това интернет гигантът не трябва да разработва свой собствен електронно управляван интерфейс, а просто измислете начин за обратно инженерство на комуникациите, които му позволяват да създава различни кормилни, дроселни и спирачни команди.

Въпреки че LIDAR със сигурност е най-видимата част от безпилотната технология, всеки аспект на автономното превозно средство е деликатно преплетен с този въртящ се център. Автоматичното кормилно управление зависи от радара с милиметрови вълни, докато монтираният на покрива LIDAR трескаво събира и картографира жизненоважна информация. Тази информация трябва да бъде обработена, изчислена и в крайна сметка подадена обратно към автоматизираните контроли; по този начин завършвайки този спокоен кръг на автомобилното вълшебство.

Препоръки на редакторите

• Как голям син ван от 1986 г. проправи пътя на самоуправляващите се автомобили
• Apple Car ще бъде напълно автономен без водач, твърдят запознати
• Ford разкрива превозното средство, предназначено за неговите услуги за автономни автомобили
• Автостоп с AI на Audi: Аз, автономната градска кола на бъдещето
• Калифорнийците вече могат да доставят хранителните си стоки от автономни превозни средства