LIDAR, laserid ja loogika: autonoomse sõiduki anatoomia

Autonoomsed sõidukid pälvivad viimasel ajal palju tähelepanu, ja kui see viimane on CES ennustas midagi, see on see, et sellel tehnikatrendil on tõsine läbisõit. Selliste ettevõtetega nagu Audi, Lexusja Google Uurides viise, kuidas sõidukogemust 21. sajandisse viia, ei ole me kaugel tulevikust, kus autot juhib masin, mitte inimene. Kuid enne, kui saate oma kohaliku edasimüüja juurde kiirustada (nali naljaks; ükski neist pole teie kohalikul edasimüüjal), et heita pilk meie automatiseeritud ülevalitsejatele, märkate peaaegu kõigi mudelite puhul üht silmatorkavat sarnasust: LIDAR. Me teame, mida sa mõtled: mis-DAR?

Frikkini laserid

Üks autonoomse sõiduki kõige lahutamatumaid, kallimaid ja märgatavamaid seadmeid on katusele paigaldatud surmatähe sarnane LIDAR-andur. LIDAR, mis tähendab valguse tuvastamist ja kaugust, on kaugseiretehnoloogia, mis mõõdab ja kaardistab kaugust sihtmärkideni, samuti muid oma teel olevate objektide omadusi. LIDAR sisuliselt kaardistab oma ümbrust, valgustades oma sihtmärke laservalgusega ja seejärel analüüsides seda valgust, et luua kõrge eraldusvõimega digitaalne pilt.

Kui LIDAR-andureid kasutatakse peaaegu kõigis autonoomsetes uurimissõidukites, on seda tehnoloogiat juba kasutatud adaptiivse püsikiiruse regulaatoriga (ACC) autodes.

ACC-ga sõidukites kasutatakse sõiduki esiosale paigaldatud LIDAR-seadet, nagu ka kaitseraua, et jälgida selle sõiduki ja selle ees sõitvate autode vahelist kaugust. Kui eessõitev sõiduk aeglustab või jõuab liiga lähedale, rakendab ACC iseseisvalt pidureid, et sõidukit aeglustada. Kui teeolud avanevad, võimaldab ACC sõidukil kiirendada juhi poolt määratud kiiruseni. Vaadake minu arvustust 2013 aasta Mercedes SL550 näiteks adaptiivse püsikiiruse regulaatoriga sõiduki kohta.

Katusele paigaldatavad LIDAR-andurid toimivad aga veidi teisiti ja käituvad sarnaselt sellega, mida näete lennuväljal või väikese kalalaeva pardal asuva satelliidipaigaldise peal.

Siin on meil madala pöörlemissagedusega taldrik (ütleme 1 pööret minutis), mis kogub pikamaa ja madala eraldusvõimega muid objekte (näiteks teisi laevu või õhusõidukeid). See madala eraldusvõimega tagasiside võib toimida statsionaarsete seadmete puhul, kuid sõidukid vajavad palju suurema eraldusvõimega pilte ja palju lähemalt.

Kuigi need ei ole ametlikud arvud, arvestavad pöörded näiteks Lexuse AASRV sõiduk, näidatud CES-il, võib pöörlema ​​hakata kiirusel 600 p/min. See pöörete arvu suurenemine võimaldab sõidukil kaardistada oma ümbrust üksikasjalikumalt, kiirusega (vähem kui a tosin millisekundit) ja täpsus, mis on pidevate tingimustega sõiduteel hädavajalik muutumas.

Praegu ei ehitata LIDAR-andureid ettevõttesiseselt, kuid need on kaubanduslikult saadaval – ja kallid. Oh kui väga kallis. Tipptasemel Velodyne'i andur võib näiteks maksta 70 000 dollarit popi eest ja seda võib hüpnootiliselt keerlemas Google'i, Lexuse ja Audi uurimissõidukite peal.

Autonoomia teekaart

LIDAR võib olla juhita tehnoloogia kõige silmatorkavam osa, kuid Paul Williamsen, ülemaailmne haridus- ja koolitusjuht Lexus International ütleb mulle, et autonoomsete sõidukite, sealhulgas LIDAR, anatoomia hõlmab nelja suhteliselt laia domeenid:

• Looge sõiduk, milles saate juhtida rooli, jõuülekannet ja purunemist – kõike seda automaatselt.
• Tehnoloogia, mis võimaldab sõidukil tajuda ümbritsevat keskkonda
• Töötlemine – mida see sõiduk määrab, milliseid otsuseid see ümber toimuva tajumise põhjal teeb
• Väljund – milliseid toiminguid sõiduk selle töötlemise põhjal teeb

Tuleviku laine

Lisaks sensoorse tagasiside pakkumisele LIDAR-ile kasutavad autonoomsed sõidukid mitte nii uut tehnoloogiat, mida nimetatakse millimeeterlaine radar, mis hõlmab mitmesuguseid infrapuna- ja optilisi andureid, mis on paigutatud esiküljele, külgedele ja taga veerand sõidukist.

Nagu te kahtlemata keskkooli loodusõpetuse tunnist mäletate, kiirgab millimeeterlaine radar ülikõrge sagedusega (lühike) lainepikkused, mis on ideaalne objektide (autod, jalakäijad ja suured loomad) tuvastamiseks sõidukis läheduses.

Infrapuna- ja optilised andurid on juba praegustes Audi, Lexuse, Acura, Subaru ja Mercedese sõidukites. Lexuse 2013 LS 460Näiteks sportides, mida nimetatakse täiustatud kokkupõrkeeelseks süsteemiks (A-PCS). See töötab koos millimeeterlaine radariga, esiküljega infrapunaprojektorite lähedal ja ette paigaldatud stereokaameraga. Põhimõtteliselt on A-PCS loodud selleks, et vältida väikese kiirusega kokkupõrkeid, skaneerides lähedalasuvaid sõidukeid, määrates kindlaks võimalikud kokkupõrked, ja audiovisuaalsete indikaatorite kiirgamine, kui oht on olemas, ja lõpuks töötab autonoomselt, rakendades hädapidurduse vastumeetmeid.

Nagu näete, on autonoomsete sõidukite tehnoloogia segu tuvastus- ja töötlemisprotokollidest. Kuigi millimeeterlaine radari andureid saab paigutada sõidukisse ja selle ümber, on selliseid näiteid nagu nähtud nii Google'i kui ka Lexuse prototüüpidel on tavaliselt veelgi rohkem andureid, mis riputatakse sõiduki külge kaitserauad. Need võimaldavad veelgi suuremat radari tuvastamist sõiduki külgedel, mitte ainult ees. Nii saab naaberradadel, ristuvatel tänavatel ja ristmikel infot täpselt koguda.

Kampaania ajud

Loomulikult tuleb kogu see teave koguda ja töödelda, mistõttu kasutavad autonoomsed sõidukid praegu ja tulevikus suhteliselt võimsaid pardaarvuteid. Nagu Lexuse Paul Williamsen selgitab: "Sõidukil, mida me CES-il näitasime, on auto pagasiruumis tegelikult mitu suure võimsusega arvuteid, arvutid, mis teil ja minul võib teie töölaual olla."

Seevastu arvutid, mis praegu meie sõidukites ruumi hõivavad, on võrreldes sellega suhteliselt hämarad, nagu Williamsen täiendavalt selgitab: "kõige võimsamad tavalises sõidukis olev arvuti on väga lihtne arvuti, sest me vajame absoluutset täielikku töökindlust, nad töötavad üsna aeglasel taktsagedusel, nad töötavad üsna väikese mälumahuga ja üsna lihtsa sõnade arvuga nende kogu programmeerimises ning seda seetõttu, et vajame absoluutset ankrutaseme usaldusväärsus"

„Autonoomsete sõidukite uurimisel kasutame arvuteid, mis on sadu või tuhandeid kordi võimsamad, et teha töötlemist, pane kokku keeruliste LIDAR-piltide teabe ja teabe, mida saame mitme millimeetri laine radari anduritest.

Sõit, miinus juht

Nii et meil on LIDAR, meil on millimeeterlaine radar ja meil on kõikvõimas Autoboti aju, mis juhib saadet. Aga mis tegelikult juhib digitaalset preili Daisyt? Selleks, et autonoomne sõiduk töötaks, tuleb seda juhtida elektrooniliselt, automaatselt või kui laenata palju ulmelisemat terminit, robotiliselt. Need "robotid" ei kukuta valitsust, vaid võtavad lahkelt üle kõik sõidu pisiasjad. Veelgi enam, nad peavad kõik töötama ühtselt ja, mis võib-olla veelgi olulisem, sõltumata inimese panusest.

Toyota/Lexuse puhul on tema sõidukitel, nimelt hübriidsõidukitel juba see, millele ettevõte viitab "keerulise hübriidsüsteemina", mis suudab elektrooniliselt juhtida pidurdamist, roolimist ja kiirendus. See autonoomse sõidukitehnoloogia konkreetne valdkond on oluline ja on üks põhjusi, miks Google kasutab Toyota/Lexuse hübriide. Seda tehes ei pea Interneti-hiiglane välja töötama oma elektrooniliselt juhitavat liidest, vaid lihtsalt mõelge välja viis kommunikatsiooni pöördprojekteerimiseks, mis võimaldab luua erinevaid rooli-, gaasi- ja pidurdusmehhanisme käske.

Kuigi LIDAR on kindlasti visuaalselt kõige silmapaistvam juhita tehnoloogia osa, on autonoomse sõiduki kõik aspektid selle pöörleva keskosaga õrnalt läbi põimunud. Automaatsed rooliseadmed sõltuvad millimeeterlaineradarist, katusele paigaldatud LIDAR aga kogub ja kaardistab meeletult olulist teavet. Seda teavet tuleb töödelda, arvutada ja lõpuks automaatjuhtimisseadmetele tagasi anda; lõpetades sellega selle autotööstuse võlurite ringi.

Toimetajate soovitused

• Kuidas 1986. aastast pärit suur sinine kaubik sillutas teed isejuhtivatele autodele
• Apple Car on täielikult autonoomne ja ilma juhi sisendita, väidavad siseringid
• Ford tutvustab sõidukit, mis on mõeldud autonoomsete autode teenustele
• Audi AI-ga sõitmine: mina, tuleviku autonoomne linnaauto
• Kalifornialased saavad nüüd lasta oma toidukaubad kohale toimetada autonoomsete sõidukitega