LIDAR, lasery a logika: Anatomie autonomního vozidla

Autonomním vozidlům je v poslední době věnována velká pozornost, a pokud to vydrží CES prorokoval nic, jde o to, že tento technologický trend má nějaké vážné kilometry. S firmami jako Audi, Lexus, a Google zkoumáme způsoby, jak posunout zážitek z jízdy do 21. století, nejsme daleko od budoucnosti, kde řízení bude zajišťovat stroj – ne člověk. Ale než budete moci vyrazit k místnímu prodejci (jen si dělám srandu; žádný z nich není u vašeho místního prodejce), abyste mohli zahlédnout naše automatizované suverény, všimnete si jedné nápadné podobnosti prakticky u všech modelů: LIDAR. Víme, co si myslíte: Co-DAR?

Frikkinovy ​​lasery

Jedním z nejúčinnějších, nejdražších a nejpozoruhodnějších součástí vybavení autonomního vozidla je senzor LIDAR podobný Hvězdě smrti na střeše. LIDAR, což je zkratka pro Light Detection and Ranging, je technologie dálkového průzkumu, která měří a mapuje vzdálenost k cílům, stejně jako další vlastnosti vlastností objektů v její cestě. LIDAR v podstatě mapuje své okolí tím, že osvětluje své cíle laserovým světlem a poté toto světlo analyzuje, aby vytvořil digitální obraz s vysokým rozlišením.

Zatímco senzory LIDAR se používají prakticky ve všech autonomních výzkumných vozidlech, tato technologie se již objevila v automobilech se systémy adaptivního tempomatu (ACC).

Ve vozidlech s ACC se zařízení LIDAR namontované na přední části vozidla, jako je nárazník, používá ke sledování vzdálenosti mezi tímto vozidlem a jakýmkoli vozem před ním. Pokud vozidlo vpředu zpomalí nebo se příliš přiblíží, ACC nezávisle zabrzdí, aby vozidlo zpomalilo. Když se podmínky na silnici otevřou, ACC umožní vozidlu zrychlit na rychlost přednastavenou řidičem. Podívejte se na mou recenzi na Mercedes SL550 z roku 2013 pro příklad vozidla s adaptivním tempomatem.

Senzory LIDAR na střeše však fungují trochu jinak a chovají se podobně jako to, co byste viděli na vrcholu satelitní instalace na letišti nebo na palubě malého rybářského plavidla.

Zde máme nízko rotující parabolu (řekněme 1 otáčky za minutu) shromažďující velký dosah, nízké rozlišení zaměřování jiných objektů (například jiných plavidel nebo letadel). Tato zpětná vazba s nízkým rozlišením může fungovat pro stacionární instalace, ale vozidla potřebují snímky s mnohem vyšším rozlišením a na mnohem bližší vzdálenost.

I když to nejsou oficiální údaje, otáčky počítají např. Vozidlo AASRV Lexus, ukázaný na CES, se může otáčet rychlostí 600 ot./min. Toto zvýšení otáček umožňuje vozidlu mapovat své okolí s většími detaily, rychlostí (méně než a tucet milisekund) a přesnost, která je nezbytná na vozovce, kde jsou podmínky neustále měnící se.

V současné době se senzory LIDAR nestaví interně, ale jsou komerčně dostupné – a drahé. Oh tak velmi drahé. Špičkový senzor Velodyne může například vynést 70 000 dolarů a lze jej nalézt hypnoticky rotující na výzkumných vozidlech Google, Lexus a Audi.

Cestovní mapa k autonomii

LIDAR může být nejnápadnějším dílem technologie bez řidiče, ale Paul Williamsen, globální manažer vzdělávání a školení pro Lexus International mi říká, že anatomie autonomních vozidel, včetně LIDAR, zahrnuje čtyři relativně široké domény:

• Vyrobte vozidlo, ve kterém můžete ovládat řízení, přenos síly a brzdění – vše automaticky.
• Technologie, která umožňuje vozidlu vnímat okolní prostředí
• Zpracování – co vozidlo určuje, jaká rozhodnutí činí na základě vnímání toho, co se kolem něj děje
• Výstup – jaké akce provádí vozidlo na základě tohoto zpracování

Vlna budoucnosti

Kromě LIDARu poskytujícího senzorickou zpětnou vazbu využívají autonomní vozidla nepříliš novou technologii tzv milimetrový radar, který zahrnuje různé infračervené a optické senzory umístěné vpředu, po stranách a vzadu čtvrtiny vozidla.

Jak si nepochybně pamatujete z hodin přírodopisu na střední škole, radar s milimetrovými vlnami vysílá extrémně vysokou frekvenci (krátkou) vlnových délek, což je ideální pro detekci objektů (auta, chodci a velká zvířata) v bezprostřední blízkosti vozidla okolí.

Infračervené a optické senzory se již hojně vyskytují v současných vozidlech Audi, Lexus, Acura, Subaru a Mercedes. Lexus 2013 LS 460, například sporty, které se nazývají Advanced Pre-Collision System (A-PCS). To funguje ve spojení s radarem s milimetrovými vlnami, předními blízkými infračervenými projektory a přední stereo kamerou. A-PCS je v zásadě navržen tak, aby se vyhnul srážkám při nízké rychlosti skenováním vozidel v blízkém až vzdáleném okolí a určením potenciálních kolize, a vydávání audiovizuálních indikátorů, pokud je přítomno nebezpečí, a případně provozování autonomně použitím protiopatření nouzového brzdění.

Jak vidíte, technologie autonomních vozidel je směsí protokolů snímání a zpracování. Zatímco ve vozidle a kolem něj mohou být umístěny radarové senzory s milimetrovými vlnami, takové příklady, jako jsou ty, které jsou vidět na prototypech Google i Lexus obvykle obsahují ještě více senzorů zavěšených na držákech na vozidle nárazníky. Ty umožňují ještě větší radarové snímání po stranách vozidla, na rozdíl od pouze přední části. Tímto způsobem lze přesně sbírat informace v přilehlých pruzích, křižovatkách a křižovatkách.

Mozek celé skupiny

Všechny tyto informace je samozřejmě potřeba shromažďovat a zpracovávat, a proto budou autonomní vozidla nyní i v budoucnu využívat relativně výkonné palubní počítače. Jak vysvětluje Paul Williamsen z Lexusu: „Vozidlo, které jsme ukázali na CES, má ve skutečnosti v kufru auta řadu vysoce výkonných počítačů, počítačů, které vy i já můžeme mít na vašem stole.“

Naproti tomu počítače, které v současné době zabírají místo v našich vozidlech, jsou ve srovnání s nimi poměrně hloupé, jak dále vysvětluje Williamsen, „nejvýkonnější počítač v konvenčním vozidle je velmi jednoduchý počítač, protože potřebujeme absolutní naprostou spolehlivost, běží na poměrně nízké rychlosti, běží na poměrně malé množství paměti a při poměrně jednoduchém počtu slov v jejich celkovém programování, a to proto, že potřebujeme absolutní úrovně ukotvení lodí spolehlivost"

„Pro výzkum autonomních vozidel používáme počítače…, které jsou stokrát nebo tisíckrát výkonnější pro zpracování, dát dohromady informace z komplexních snímků LIDAR a informace, které získáváme z radarových senzorů s několika milimetrovými vlnami."

Řízení, mínus řidič

Takže máme LIDAR, máme radar s milimetrovými vlnami a máme všemocný mozek Autobota, který řídí show. Ale co ve skutečnosti řídí digitální slečnu Daisy? Aby autonomní vozidlo fungovalo, musí být řízeno elektronicky, automaticky, nebo si vypůjčit mnohem sci-fi termín, roboticky. Tito „roboti“ nesvrhnou vládu, ale místo toho laskavě převezmou všechny drobnosti řízení. Více než to, všichni potřebují pracovat jednotně a, což je možná důležitější, nezávisle na jakémkoli lidském vstupu.

V případě Toyoty/Lexusu už její vozidla, konkrétně hybridní vozidla, mají to, na co se společnost odvolává jako „sofistikovaný hybridní systém“ schopný elektronicky ovládat brzdění, řízení a akcelerace. Tato konkrétní doména technologie autonomních vozidel je zásadní a je jedním z důvodů, proč Google využívá hybridy Toyota/Lexus. Internetový gigant přitom nemusí vyvíjet vlastní elektronicky řízené rozhraní, ale jednoduše vymyslet způsob, jak zpětně analyzovat komunikaci, která mu umožňuje vytvářet různá řízení, plyn a brzdění příkazy.

I když je LIDAR jistě vizuálně nejprominentnějším dílem technologie bez řidiče, každý aspekt autonomního vozidla je jemně propojen s tímto rotujícím středobodem. Automatické ovládání řízení závisí na radaru s milimetrovými vlnami, zatímco LIDAR na střeše horečně sbírá a mapuje důležité informace. Tyto informace je třeba zpracovat, vypočítat a nakonec vrátit zpět do automatizovaných kontrol; a tím završit tento halcyon kruh automobilových kouzel.

Doporučení redakce

• Jak velká modrá dodávka z roku 1986 vydláždila cestu samořiditelným autům
• Apple Car bude plně autonomní bez zásahu řidiče, tvrdí zasvěcení
• Ford odhaluje vozidlo určené pro jeho autonomní služby
• Projeďte se v Audi’s AI: Me, autonomním městském autě budoucnosti
• Kaliforňané si nyní mohou nechat dovézt potraviny autonomními vozidly