LIDAR, Laser und Logik: Anatomie eines autonomen Fahrzeugs

Autonome Fahrzeuge erhalten in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit, und wenn das so bleibt CES prophezeite Was auch immer, es ist so, dass dieser Technologietrend eine ernsthafte Tragweite hat. Mit Unternehmen wie Audi, Lexus, Und Google Während wir nach Möglichkeiten suchen, das Fahrerlebnis ins 21. Jahrhundert zu bringen, sind wir nicht weit von einer Zukunft entfernt, in der das Fahren von Maschinen und nicht von Menschen erledigt wird. Aber bevor Sie zu Ihrem Händler vor Ort eilen können (nur ein Scherz; Wenn Sie einen Blick auf unsere automatisierten Overlords werfen, werden Sie eine auffällige Ähnlichkeit bei praktisch allen Modellen bemerken: den LIDAR. Wir wissen, was Sie denken: Das Was-DAR?

Frikkin-Laser

Eines der integralsten, teuersten und auffälligsten Ausrüstungsteile eines autonomen Fahrzeugs ist der auf dem Dach montierte, dem Todesstern ähnliche LIDAR-Sensor. LIDAR steht für Light Detection and Ranging und ist eine Fernerkundungstechnologie, die die Entfernung zu Zielen sowie andere Eigenschaften von Objekten auf ihrem Weg misst und kartiert. LIDAR kartiert im Wesentlichen seine Umgebung, indem es seine Ziele mit Laserlicht beleuchtet und dieses Licht dann analysiert, um ein hochauflösendes digitales Bild zu erstellen.

Während LIDAR-Sensoren in praktisch allen autonomen Forschungsfahrzeugen eingesetzt werden, kommt die Technologie bereits in Autos mit adaptivem Tempomat (ACC) zum Einsatz.

Bei Fahrzeugen mit ACC wird ein LIDAR-Gerät, das wie die Stoßstange an der Vorderseite des Fahrzeugs montiert ist, verwendet, um den Abstand zwischen diesem Fahrzeug und jedem vorausfahrenden Auto zu überwachen. Wenn das vorausfahrende Fahrzeug langsamer wird oder zu nahe kommt, betätigt ACC selbstständig die Bremsen, um das Fahrzeug abzubremsen. Wenn sich die Straßenverhältnisse verbessern, ermöglicht ACC einem Fahrzeug, auf eine vom Fahrer voreingestellte Geschwindigkeit zu beschleunigen. Siehe meine Rezension dazu 2013 Mercedes SL550 als Beispiel für ein Fahrzeug mit adaptiver Geschwindigkeitsregelung.

Auf dem Dach montierte LIDAR-Sensoren funktionieren jedoch etwas anders und verhalten sich ähnlich wie auf einer Satelliteninstallation auf einem Flugplatz oder an Bord eines kleinen Fischereifahrzeugs.

Hier haben wir eine sich langsam drehende Schüssel (z. B. 1 U/min), die andere Objekte (z. B. andere Schiffe oder Flugzeuge) mit großer Reichweite und geringer Auflösung anvisiert. Dieses Feedback mit niedriger Auflösung mag für stationäre Installationen funktionieren, aber Fahrzeuge benötigen Bilder mit viel höherer Auflösung und aus viel geringerer Entfernung.

Obwohl es sich nicht um offizielle Zahlen handelt, basieren die Drehzahlzahlen beispielsweise auf Das AASRV-Fahrzeug von Lexus, das auf der CES gezeigt wurde, könnte sich mit 600 U/min drehen. Diese Erhöhung der Drehzahl ermöglicht es dem Fahrzeug, seine Umgebung detaillierter und schneller abzubilden (weniger als a). Dutzende Millisekunden) und Genauigkeit, was auf einer Straße mit ständig wechselnden Bedingungen unerlässlich ist Ändern.

Derzeit werden LIDAR-Sensoren nicht selbst gebaut, sind aber im Handel erhältlich – und teuer. Oh, so sehr teuer. Ein Velodyne-Sensor der Spitzenklasse kann beispielsweise 70.000 US-Dollar pro Stück einbringen und ist hypnotisch auf den Forschungsfahrzeugen von Google, Lexus und Audi zu finden.

Roadmap zur Autonomie

LIDAR ist vielleicht das auffälligste Stück fahrerloser Technologie, aber wie Paul Williamsen, Global Manager für Bildung und Ausbildung, sagt Laut Lexus International umfasst die Anatomie autonomer Fahrzeuge, einschließlich LIDAR, vier relativ große Bereiche Domänen:

• Bauen Sie ein Fahrzeug, bei dem Sie die Lenkung, die Leistungsabgabe und die Bremse steuern können – alles automatisch.
• Technologie, die es dem Fahrzeug ermöglicht, die Umgebung um es herum wahrzunehmen
• Die Verarbeitung – was bestimmt dieses Fahrzeug, welche Entscheidungen trifft es auf der Grundlage der Wahrnehmung dessen, was um es herum geschieht
• Die Ausgabe – welche Aktionen führt das Fahrzeug basierend auf dieser Verarbeitung aus?

Die Welle der Zukunft

Zusätzlich zum LIDAR, das sensorisches Feedback liefert, nutzen autonome Fahrzeuge eine nicht ganz so neue Technologie namens „ Millimeterwellenradar, bei dem verschiedene Infrarot- und optische Sensoren vorne, an den Seiten und hinten angebracht sind Viertel eines Fahrzeugs.

Wie Sie sich sicher noch aus dem Naturwissenschaftsunterricht in der Oberschule erinnern, strahlt Millimeterwellenradar extrem hohe Frequenzen (kurz) aus. Wellenlängen, die ideal für die Erkennung von Objekten (Autos, Fußgänger und große Tiere) in der unmittelbaren Umgebung eines Fahrzeugs sind Nähe.

Infrarot- und optische Sensoren sind in aktuellen Fahrzeugen von Audi, Lexus, Acura, Subaru und Mercedes bereits stark vertreten. Lexus‘ 2013 LS 460verfügt beispielsweise über ein sogenanntes Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Dies funktioniert in Verbindung mit Millimeterwellenradar, nach vorne gerichteten Nahinfrarotprojektoren und einer an der Vorderseite montierten Stereokamera. Im Wesentlichen ist A-PCS darauf ausgelegt, Kollisionen bei niedriger Geschwindigkeit zu vermeiden, indem es Fahrzeuge in der näheren Umgebung scannt und potenzielle Kollisionen ermittelt. und das Aussenden audiovisueller Indikatoren, wenn eine Gefahr besteht, und schließlich den autonomen Betrieb durch die Anwendung von Notbremsungs-Gegenmaßnahmen.

Wie Sie sehen, ist die autonome Fahrzeugtechnologie eine Mischung aus Erfassungs- und Verarbeitungsprotokollen. Während Millimeterwellen-Radarsensoren im und um das Fahrzeug herum angebracht werden können, sind solche Beispiele wie die hier gezeigten Sowohl bei Google- als auch bei Lexus-Prototypen sind in der Regel noch mehr Sensoren vorhanden, die an Halterungen am Fahrzeug befestigt sind Stoßstangen. Diese ermöglichen eine noch bessere Radarerkennung an den Seiten des Fahrzeugs statt nur an der Vorderseite. Auf diese Weise können Informationen auf Nebenspuren, Querstraßen und Kreuzungen präzise erfasst werden.

Das Gehirn der Gruppe

Natürlich müssen all diese Informationen gesammelt und verarbeitet werden, weshalb autonome Fahrzeuge heute und in Zukunft auf relativ leistungsstarke Bordcomputer zurückgreifen werden. Paul Williamsen von Lexus erklärt: „Das Fahrzeug, das wir auf der CES gezeigt haben, verfügt tatsächlich über eine Reihe leistungsstarker Computer im Kofferraum des Autos, Computer, die Sie und ich vielleicht auf Ihrem Desktop haben.“

Im Gegensatz dazu sind die Computer, die derzeit in unseren Fahrzeugen Platz beanspruchen, im Vergleich relativ dämlich, wie Williamsen weiter erklärt, „die leistungsstärksten.“ Computer in einem herkömmlichen Fahrzeug sind sehr einfache Computer, da wir absolute Zuverlässigkeit benötigen, sie laufen mit einer ziemlich langsamen Taktrate, sie laufen mit einer relativ wenig Speicher und eine relativ einfache Anzahl von Wörtern in ihrer Gesamtprogrammierung, und das liegt daran, dass wir absolute Bootsankerniveaus benötigen Zuverlässigkeit"

„Für die Forschung zu autonomen Fahrzeugen verwenden wir Computer … die für die Verarbeitung hunderte oder tausende Male leistungsfähiger sind Wir haben die Informationen der komplexen LIDAR-Bilder und die Informationen, die wir von Radarsensoren mit mehreren Millimeterwellen erhalten, zusammengeführt.“

Fahren, ohne Fahrer

Wir haben also LIDAR, wir haben Millimeterwellenradar und wir haben ein allmächtiges Autobot-Gehirn, das die Show leitet. Aber was treibt eigentlich die digitale Miss Daisy an? Damit ein autonomes Fahrzeug funktioniert, muss es elektronisch, automatisch oder, um einen viel wissenschaftlicheren Begriff zu verwenden, robotergesteuert gesteuert werden. Diese „Roboter“ werden die Regierung nicht stürzen, sondern freundlicherweise alle Details des Fahrens übernehmen. Darüber hinaus müssen sie alle im Einklang und, was vielleicht noch wichtiger ist, unabhängig von jeglichem menschlichen Input arbeiten.

Im Fall von Toyota/Lexus verfügen die Fahrzeuge, nämlich die Hybridfahrzeuge, bereits über das, was das Unternehmen nennt als „hochentwickeltes Hybridsystem“, das in der Lage ist, Bremsen, Lenkung usw. elektronisch zu steuern Beschleunigung. Dieser spezielle Bereich der autonomen Fahrzeugtechnologie ist von entscheidender Bedeutung und einer der Gründe, warum Google Toyota/Lexus-Hybride einsetzt. Dabei muss der Internetriese keine eigene elektronisch gesteuerte Schnittstelle entwickeln, sondern einfach Finden Sie einen Weg, die Kommunikation zurückzuentwickeln, die es ihm ermöglicht, verschiedene Lenk-, Gas- und Bremsfunktionen zu erzeugen Befehle.

Während LIDAR sicherlich das optisch auffälligste Stück fahrerloser Technologie ist, ist jeder Aspekt eines autonomen Fahrzeugs eng mit diesem rotierenden Herzstück verknüpft. Die automatisierten Lenksteuerungen basieren auf dem Millimeterwellenradar, während das auf dem Dach montierte LIDAR hektisch wichtige Informationen sammelt und kartiert. Diese Informationen müssen verarbeitet, berechnet und schließlich an die automatisierten Kontrollen zurückgegeben werden; Damit vervollständigt er diesen glücklichen Kreis der Automobil-Zauberei.

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