LIDAR, lasers en logica: anatomie van een autonoom voertuig

Autonome voertuigen krijgen de laatste tijd veel aandacht, en als dit zo blijft CES voorspelde Wat dan ook, het is dat deze technologische trend een serieuze voorsprong heeft. Met bedrijven als Audi, Lexus, En Googlen Door manieren te onderzoeken om de rijervaring naar de 21e eeuw te brengen, zijn we niet ver verwijderd van een toekomst waarin autorijden door machines wordt gedaan – en niet door mensen. Maar voordat u zich naar uw plaatselijke dealer kunt haasten (grapje; geen van deze is bij uw plaatselijke dealer verkrijgbaar) om een ​​glimp op te vangen van onze geautomatiseerde overlords, zult u bij vrijwel alle modellen één opvallende overeenkomst opmerken: de LIDAR. We weten wat je denkt: de wat-DAR?

Frikkin-lasers

Een van de meest integrale, dure en opvallende onderdelen van een autonoom voertuig is de op het dak gemonteerde, Death Star-achtige LIDAR-sensor. LIDAR, wat staat voor Light Detection and Ranging, is een technologie voor teledetectie die de afstand tot doelen meet en in kaart brengt, evenals andere eigenschappen van objecten op zijn pad. LIDAR brengt in wezen zijn omgeving in kaart door zijn doelen te verlichten met laserlicht en dat licht vervolgens te analyseren om een ​​digitaal beeld met hoge resolutie te creëren.

Hoewel LIDAR-sensoren in vrijwel alle autonome onderzoeksvoertuigen worden gebruikt, is de technologie al toegepast in auto's met adaptieve cruisecontrolsystemen (ACC).

In voertuigen met ACC wordt een LIDAR-apparaat dat aan de voorkant van het voertuig is gemonteerd, zoals de bumper, gebruikt om de afstand tussen dat voertuig en de auto ervoor te controleren. Als het voorligger langzamer gaat rijden of te dichtbij komt, remt ACC zelfstandig af om het voertuig af te remmen. Wanneer de wegomstandigheden zich verbeteren, zorgt ACC ervoor dat een voertuig kan accelereren tot een door de bestuurder vooraf ingestelde snelheid. Zie mijn recensie van de MercedesSL550 uit 2013 voor een voorbeeld van een voertuig met adaptieve cruisecontrol.

Op het dak gemonteerde LIDAR-sensoren werken echter iets anders en gedragen zich op dezelfde manier als wat je zou zien bovenop een satellietinstallatie op een vliegveld of aan boord van een klein vissersvaartuig.

Hier hebben we een laag draaiende schotel (zeg 1 rpm) die zich richt op lange afstanden en lage resolutie op andere objecten (bijvoorbeeld andere schepen of vliegtuigen). Deze feedback met lage resolutie werkt mogelijk voor stationaire installaties, maar voertuigen hebben beelden met een veel hogere resolutie en op veel dichterbij bereik nodig.

Hoewel het geen officiële cijfers zijn, rekenen de toerentallen bijvoorbeeld op: Het AASRV-voertuig van Lexus, getoond op CES, zou kunnen draaien met 600 tpm. Door deze verhoging van het toerental kan het voertuig zijn omgeving gedetailleerder in kaart brengen, met een snelheid (minder dan a tientallen milliseconden) en nauwkeurigheid, wat essentieel is op een rijbaan waar de omstandigheden constant zijn veranderen.

Momenteel worden LIDAR-sensoren niet in eigen huis gebouwd, maar ze zijn in de handel verkrijgbaar – en duur. Oh zo ontzettend duur. Een topmodel Velodyne-sensor kan bijvoorbeeld 70.000 dollar per stuk opbrengen en kan hypnotiserend worden aangetroffen boven op de onderzoeksvoertuigen van Google, Lexus en Audi.

Routekaart naar autonomie

LIDAR is misschien wel het meest opvallende stukje technologie zonder bestuurder, maar zoals Paul Williamsen, Global Manager of Education and Training voor Lexus International, zo vertelt mij, omvat de anatomie van autonome voertuigen, inclusief LIDAR, vier relatief brede domeinen:

• Een voertuig maken waarin je de besturing, de vermogensafgifte en het remmen kunt regelen – allemaal automatisch.
• Technologie waarmee het voertuig de omgeving eromheen kan waarnemen
• De verwerking – wat bepaalt dat voertuig, welke beslissingen neemt het op basis van de waarneming van wat er om hem heen gebeurt
• De output – welke acties voert het voertuig uit op basis van die verwerking

De golf van de toekomst

Naast dat LIDAR sensorische feedback geeft, maken autonome voertuigen gebruik van een niet zo nieuwe technologie genaamd millimetergolfradar, waarbij verschillende infrarood- en optische sensoren aan de voorkant, zijkanten en achterkant zijn geplaatst kwartier van een voertuig.

Zoals je je ongetwijfeld nog wel zult herinneren uit de natuurkundeles op de middelbare school, zendt de millimetergolfradar een extreem hoge frequentie (kort) uit. golflengten, wat ideaal is voor het detecteren van objecten (auto's, voetgangers en grote dieren) in de directe omgeving van een voertuig nabijheid.

Infrarood- en optische sensoren zijn al volop aanwezig in de huidige voertuigen van Audi, Lexus, Acura, Subaru en Mercedes. Lexus’ LS 460 uit 2013, bijvoorbeeld, beschikt over een zogenaamd Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Dit werkt in combinatie met millimetergolfradar, naar voren gerichte nabij-infraroodprojectoren en een aan de voorzijde gemonteerde stereocamera. In wezen is A-PCS ontworpen om botsingen bij lage snelheid te voorkomen door voertuigen in de nabije tot verre omgeving te scannen, potentiële botsingen te bepalen, en het uitzenden van audiovisuele indicatoren als er gevaar aanwezig is, en uiteindelijk autonoom opereren door noodremmaatregelen toe te passen.

Zoals u kunt zien, is autonome voertuigtechnologie een mengeling van detectie- en verwerkingsprotocollen. Terwijl millimetergolfradarsensoren in en rond het voertuig kunnen worden geplaatst, zijn er voorbeelden zoals die je ziet Op de prototypes van zowel Google als Lexus zijn doorgaans nog meer sensoren aanwezig die aan beugels van een voertuig hangen bumpers. Deze zorgen voor een nog grotere radardetectie aan de zijkanten van het voertuig, in plaats van alleen aan de voorkant. Op deze manier kan informatie nauwkeurig worden verzameld in aangrenzende rijstroken, dwarsstraten en kruispunten.

De hersenen van het stel

Uiteraard moet al deze informatie verzameld en verwerkt worden. Daarom zullen autonome voertuigen nu en in de toekomst gebruik maken van relatief krachtige boordcomputers. Zoals Paul Williamsen van Lexus uitlegt: “Het voertuig dat we op CES hebben getoond, heeft feitelijk een aantal krachtige computers in de kofferbak van de auto, computers die jij en ik misschien op je bureaublad hebben staan.”

Daarentegen zijn de computers die momenteel ruimte innemen in onze voertuigen in vergelijking relatief dom, zoals Williamsen verder uitlegt: “de krachtigste computer in een conventioneel voertuig is een heel eenvoudige computer, omdat we absolute volledige betrouwbaarheid nodig hebben, ze werken op een vrij lage kloksnelheid, ze werken op een vrij lage hoeveelheid geheugen, en bij een vrij eenvoudig aantal woorden in hun totale programmering, en dat komt omdat we absolute boot-ankerniveaus nodig hebben betrouwbaarheid"

“Voor autonoom voertuigonderzoek gebruiken we computers … die honderden of duizenden keren krachtiger zijn om de verwerking uit te voeren hebben de informatie van de complexe LIDAR-beelden samengebracht met de informatie die we krijgen van meerdere millimetergolfradarsensoren.”

Rijden, minus de bestuurder

We hebben dus LIDAR, we hebben millimetergolfradar en we hebben een almachtig Autobot-brein dat de show leidt. Maar wat drijft digitale Miss Daisy eigenlijk? Om een ​​autonoom voertuig te laten werken, moet het elektronisch en automatisch worden bestuurd, of, om een ​​veel meer science-fictionele term te gebruiken: robotachtig. Deze ‘robots’ zullen de regering niet omverwerpen, maar in plaats daarvan alle details van het autorijden overnemen. Sterker nog: ze moeten allemaal samenwerken en, misschien nog belangrijker, onafhankelijk van enige menselijke inbreng.

In het geval van Toyota/Lexus hebben zijn voertuigen, namelijk de hybride voertuigen, al waar het bedrijf naar verwijst als een ‘geavanceerd hybridesysteem’ dat in staat is om het remmen, de besturing en de besturing elektronisch te regelen versnelling. Dit specifieke domein van autonome voertuigtechnologie is essentieel en is een van de redenen waarom Google hybrides van Toyota/Lexus gebruikt. Daarbij hoeft de internetgigant niet zijn eigen elektronisch gestuurde interface te ontwikkelen, maar gewoonweg een manier bedenken om de communicatie te reverse-engineeren die het mogelijk maakt om op verschillende manieren te sturen, gas te geven en te remmen opdrachten.

Hoewel LIDAR zeker het meest visueel prominente stukje zelfrijdende technologie is, is elk aspect van een autonoom voertuig subtiel verweven met dit draaiende middelpunt. De geautomatiseerde stuurbediening is afhankelijk van de millimetergolfradar, terwijl de op het dak gemonteerde LIDAR verwoed vitale informatie verzamelt en in kaart brengt. Die informatie moet worden verwerkt, berekend en uiteindelijk worden teruggekoppeld naar de geautomatiseerde controles; Daarmee is deze halcyon-cirkel van auto-tovenarij compleet.

Aanbevelingen van de redactie

• Hoe een grote blauwe bestelwagen uit 1986 de weg vrijmaakte voor zelfrijdende auto’s
• Apple Car zal volledig autonoom zijn zonder input van de bestuurder, beweren insiders
• Ford onthult het voertuig dat bestemd is voor zijn autonome autodiensten
• Meeliften in Audi’s AI: Me, de autonome stadsauto van de toekomst
• Californiërs kunnen hun boodschappen nu laten bezorgen door autonome voertuigen