LIDAR, lasery i logika: Anatomia pojazdu autonomicznego

Pojazdy autonomiczne cieszą się ostatnio dużym zainteresowaniem, a jeśli już, to już ostatnie CES przepowiedział cokolwiek, chodzi o to, że ten trend technologiczny ma poważne skutki. Z firmami takimi jak Audi, Lexusa, I Google Badając sposoby na przeniesienie wrażeń z jazdy w XXI wiek, niedaleko jesteśmy do przyszłości, w której za prowadzeniem pojazdu odpowiedzialna będzie maszyna, a nie człowiek. Ale zanim będziesz mógł spieszyć się do lokalnego sprzedawcy (tylko żartuję; żadnego z nich nie znajdziesz u lokalnego dealera), aby rzucić okiem na naszych zautomatyzowanych władców, zauważysz jedno uderzające podobieństwo pomiędzy praktycznie wszystkimi modelami: LIDAR. Wiemy, co myślisz: What-DAR?

Lasery Frikkina

Jednym z najbardziej integralnych, drogich i zauważalnych elementów wyposażenia pojazdu autonomicznego jest montowany na dachu czujnik LIDAR przypominający Gwiazdę Śmierci. LIDAR, czyli Light Detection and Ranging, to technologia teledetekcji, która mierzy i mapuje odległość do celów, a także inne cechy obiektów na swojej drodze. LIDAR zasadniczo mapuje swoje otoczenie, oświetlając cele światłem lasera, a następnie analizując to światło, aby stworzyć cyfrowy obraz o wysokiej rozdzielczości.

Chociaż czujniki LIDAR są stosowane w praktycznie wszystkich autonomicznych pojazdach badawczych, technologia ta znalazła już zastosowanie w samochodach wyposażonych w adaptacyjne systemy tempomatu (ACC).

W pojazdach z ACC urządzenie LIDAR zamontowane z przodu pojazdu, podobnie jak zderzak, służy do monitorowania odległości między tym pojazdem a samochodem jadącym przed nim. Jeśli pojazd poprzedzający zwalnia lub zbliża się zbyt blisko, ACC niezależnie uruchamia hamulce, aby spowolnić pojazd. Gdy warunki na drodze się poprawią, ACC umożliwia przyspieszenie pojazdu do prędkości ustawionej przez kierowcę. Zapoznaj się z moją recenzją nt Mercedesa SL550 z 2013 roku na przykład pojazd z adaptacyjnym tempomatem.

Czujniki LIDAR montowane na dachu działają jednak nieco inaczej i zachowują się podobnie do tego, co można zobaczyć na szczycie instalacji satelitarnej na lotnisku lub na pokładzie małego statku rybackiego.

Tutaj mamy nisko wirującą antenę (powiedzmy 1 obr./min) zbierającą dane o dalekim zasięgu i niskiej rozdzielczości namierzające inne obiekty (na przykład inne statki lub samoloty). Informacje zwrotne o niskiej rozdzielczości mogą działać w przypadku instalacji stacjonarnych, ale pojazdy wymagają obrazów o znacznie wyższej rozdzielczości i ze znacznie bliższej odległości.

Chociaż nie są to oficjalne dane, obroty liczą się, powiedzmy, Pojazd AASRV Lexusapokazany na targach CES może obracać się z prędkością 600 obr./min. Ten wzrost prędkości obrotowej umożliwia pojazdowi mapowanie otoczenia z większą szczegółowością i prędkością (mniej niż 1,5 km). kilkanaście milisekund) i dokładność, która jest niezbędna na jezdni, gdzie warunki są stałe wymiana pieniędzy.

Obecnie czujników LIDAR nie buduje się samodzielnie, ale są one dostępne na rynku – i są drogie. Och, bardzo drogie. Na przykład najwyższej klasy czujnik Velodyne może kosztować 70 000 dolarów za sztukę i można go zobaczyć hipnotycznie wirującego na pojazdach badawczych Google, Lexusa i Audi.

Droga do autonomii

LIDAR może być najbardziej rzucającym się w oczy elementem technologii autonomicznej, ale jak zauważył Paul Williamsen, globalny menedżer ds. edukacji i szkoleń w przypadku Lexus International, mówi mi, anatomia pojazdów autonomicznych, w tym LIDAR, obejmuje cztery stosunkowo szerokie domeny:

• Stworzenie pojazdu, w którym można sterować układem kierowniczym, dostarczaniem mocy i hamowaniem – wszystko automatycznie.
• Technologia, która pozwala pojazdowi wyczuwać otoczenie
• Przetwarzanie – co ten wehikuł określa, jakie decyzje podejmuje na podstawie wyczucia tego, co się wokół niego dzieje
• Wynik – jakie działania wykonuje pojazd w oparciu o to przetwarzanie

Fala przyszłości

Oprócz LIDAR-u zapewniającego informację zwrotną sensoryczną, pojazdy autonomiczne wykorzystują niezbyt nową technologię zwaną radar fal milimetrowych, który obejmuje różne czujniki podczerwieni i optyczne umieszczone z przodu, po bokach i z tyłu ćwiartki pojazdu.

Jak zapewne pamiętasz z lekcji przedmiotów ścisłych w szkole średniej, radar fal milimetrowych emituje niezwykle wysoką częstotliwość (krótko) długości fal, co idealnie nadaje się do wykrywania obiektów (samochodów, pieszych i dużych zwierząt) w pobliżu pojazdu sąsiedztwo.

Czujniki podczerwieni i czujniki optyczne są już powszechnie stosowane w obecnych pojazdach marek Audi, Lexus, Acura, Subaru i Mercedes. Lexus LS 460 z 2013 rokuna przykład wyposażony jest w tak zwany zaawansowany system przedkolizyjny (A-PCS). Działa to w połączeniu z radarem działającym na falach milimetrowych, skierowanymi do przodu projektorami bliskiej podczerwieni i zamontowaną z przodu kamerą stereo. Zasadniczo A-PCS zaprojektowano tak, aby unikać kolizji przy małych prędkościach poprzez skanowanie pojazdów w bliskim i dalekim sąsiedztwie, określając potencjalne kolizje, oraz emitowanie wskaźników dźwiękowo-wizualnych w przypadku wystąpienia niebezpieczeństwa i ostatecznie działanie autonomiczne poprzez zastosowanie środków zaradczych podczas hamowania awaryjnego.

Jak widać technologia pojazdów autonomicznych to połączenie protokołów wykrywania i przetwarzania. Chociaż czujniki radarowe działające na falach milimetrowych można umieścić w pojeździe i wokół niego, takie przykłady jak te widoczne zarówno w prototypach Google, jak i Lexusa, zazwyczaj są wyposażone w jeszcze więcej czujników zawieszonych na wspornikach nad pojazdem zderzaki. Umożliwiają one jeszcze lepsze wykrywanie radaru po bokach pojazdu, a nie tylko z przodu. W ten sposób można dokładnie zbierać informacje o sąsiednich pasach ruchu, skrzyżowaniach i skrzyżowaniach.

Mózgi bandy

Oczywiście wszystkie te informacje trzeba zebrać i przetworzyć, dlatego pojazdy autonomiczne teraz i w przyszłości będą korzystać ze stosunkowo wydajnych komputerów pokładowych. Jak wyjaśnia Paul Williamsen z Lexusa: „Pojazd, który pokazaliśmy na targach CES, faktycznie ma w bagażniku kilka komputerów o dużej mocy, które ty i ja możemy mieć na biurku”.

Dla kontrastu, komputery zajmujące obecnie miejsce w naszych pojazdach są stosunkowo tępe, jak wyjaśnia dalej Williamsen, „najpotężniejszy komputer w konwencjonalnym pojeździe jest bardzo prostym komputerem, ponieważ potrzebujemy absolutnie całkowitej niezawodności, działają one z dość niską częstotliwością zegara, działają z szybkością dość małą ilość pamięci i przy dość prostej liczbie słów w ich całkowitym zaprogramowaniu, a to dlatego, że potrzebujemy bezwzględnych poziomów kotwicy łodzi niezawodność"

„Do badań nad pojazdami autonomicznymi używamy komputerów… które przetwarzają dane setki lub tysiące razy wydajniej połączyć informacje zawarte w złożonych obrazach LIDAR z informacjami, które otrzymujemy z czujników radarowych wykorzystujących wiele fal milimetrowych.”

Jazda bez kierowcy

Mamy więc LIDAR, mamy radar pracujący na falach milimetrowych i mamy wszechpotężny mózg Autobota, który kieruje przedstawieniem. Ale co tak naprawdę napędza cyfrową Miss Daisy? Aby pojazd autonomiczny mógł działać, musi być sterowany elektronicznie, automatycznie lub – używając określenia bardziej science-fiction – robotycznie. Te „roboty” nie obalą rządu, ale zamiast tego przejmą wszystkie najdrobniejsze szczegóły związane z prowadzeniem pojazdu. Co więcej, wszyscy muszą działać zgodnie i, co być może ważniejsze, niezależnie od jakiegokolwiek wkładu człowieka.

W przypadku Toyoty/Lexusa jej pojazdy, a mianowicie pojazdy hybrydowe, mają już to, o czym mówi firma jako „wyrafinowany układ hybrydowy” zdolny do elektronicznego sterowania hamowaniem, kierowaniem i przyśpieszenie. Ta szczególna dziedzina technologii pojazdów autonomicznych jest niezbędna i jest jednym z powodów, dla których Google wykorzystuje hybrydy Toyoty i Lexusa. W tym celu internetowy gigant nie musi opracowywać własnego, sterowanego elektronicznie interfejsu, ale po prostu znaleźć sposób na odtworzenie komunikacji, która umożliwi mu tworzenie różnych układów sterowania, przepustnicy i hamowania polecenia.

Chociaż LIDAR jest z pewnością najbardziej rzucającym się w oczy elementem technologii autonomicznej, każdy aspekt pojazdu autonomicznego jest delikatnie spleciony z tym obracającym się elementem centralnym. Zautomatyzowane elementy sterujące działają w oparciu o radar pracujący na falach milimetrowych, a zamontowany na dachu LIDAR gorączkowo zbiera i mapuje istotne informacje. Informacje te muszą zostać przetworzone, obliczone i ostatecznie przekazane z powrotem do zautomatyzowanych kontroli; kończąc w ten sposób ten pełen szaleństw krąg motoryzacyjnej magii.

Zalecenia redaktorów

• Jak duży niebieski van z 1986 roku utorował drogę samochodom autonomicznym
• Znawcy twierdzą, że Apple Car będzie w pełni autonomiczny, bez udziału kierowcy
• Ford przedstawia pojazd przeznaczony do usług samochodów autonomicznych
• Łapiemy przejażdżkę AI: Me, autonomicznym miejskim samochodem przyszłości Audi
• Kalifornijczycy mogą teraz dostarczać artykuły spożywcze autonomicznymi pojazdami