LIDAR, lasere și logică: Anatomia unui vehicul autonom

Vehiculele autonome primesc foarte multă atenție în ultimul timp, și dacă aceasta durează CES a profețit orice, este că această tendință tehnologică are un kilometraj serios. Cu companii ca Audi, Lexus, și Google explorând modalități de a împinge experiența de conducere în secolul 21, nu suntem departe de un viitor în care conducerea se face cu o mașină, nu cu un om. Dar înainte de a te putea grăbi la dealerul tău local (glumesc; niciunul dintre acestea nu se află la dealerul dvs. local) pentru a arunca o privire asupra stăpânilor noștri automati, veți observa o similitudine izbitoare în aproape toate modelele: LIDAR. Știm la ce te gândești: ce-DAR?

Laserele Frikkin

Una dintre cele mai integrate, scumpe și vizibile piese de echipamente găsite într-un vehicul autonom este senzorul LIDAR, asemănător Steaua Morții, montat pe acoperiș. LIDAR, care înseamnă Light Detection and Ranging, este o tehnologie de teledetecție care măsoară și mapează distanța până la ținte, precum și alte caracteristici de proprietate ale obiectelor în calea sa. LIDAR cartografiază în esență împrejurimile iluminându-și țintele cu lumină laser și apoi analizând acea lumină pentru a crea o imagine digitală de înaltă rezoluție.

În timp ce senzorii LIDAR sunt folosiți în aproape toate vehiculele de cercetare autonome, tehnologia a apărut deja în mașinile cu sisteme adaptive de control al vitezei de croazieră (ACC).

La vehiculele cu ACC, un dispozitiv LIDAR montat pe partea din față a vehiculului, precum bara de protecție, este utilizat pentru a monitoriza distanța dintre acel vehicul și orice mașină din fața acestuia. Dacă vehiculul din față încetinește sau se apropie prea mult, ACC acționează independent frânele pentru a încetini vehiculul. Când condițiile de drum se deschid, ACC permite unui vehicul să accelereze până la o viteză prestabilită de șofer. Consultați recenzia mea despre Mercedes SL550 2013 pentru un exemplu de vehicul cu control adaptiv al vitezei de croazieră.

Senzorii LIDAR montați pe acoperiș funcționează însă puțin diferit și se comportă similar cu ceea ce ați vedea pe o instalație de satelit pe un aerodrom sau la bordul unei nave de pescuit mici.

Aici avem o antenă cu învârtire scăzută (să zicem 1 rpm) care adună țintirea cu rază lungă, rezoluție scăzută a altor obiecte (alte nave sau avioane, de exemplu). Acest feedback de joasă rezoluție poate funcționa pentru instalații staționare, dar vehiculele au nevoie de imagini cu rezoluție mult mai mare și la o distanță mult mai apropiată.

Deși nu sunt cifre oficiale, turația se bazează pe, să zicem, Vehiculul AASRV al lui Lexus, prezentat la CES, s-ar putea roti la 600 rpm. Această creștere a rpm-ului permite vehiculului să cartografieze împrejurimile cu mai multe detalii, viteză (mai puțin de a zeci de milisecunde) și precizie, care este esențială pe un drum unde condițiile sunt constant schimbându-se.

În prezent, senzorii LIDAR nu sunt construiți în interior, dar sunt disponibili comercial – și sunt scumpi. Oh, atât de scump. Un senzor Velodyne de ultimă generație, de exemplu, poate aduce 70.000 de dolari un pop și poate fi găsit învârtindu-se hipnotic pe vehiculele de cercetare Google, Lexus și Audi.

Foaia de parcurs spre autonomie

LIDAR ar putea fi cea mai vizibilă piesă de tehnologie fără șofer, dar așa cum Paul Williamsen, manager global de educație și formare pentru Lexus International, îmi spune, anatomia vehiculelor autonome, inclusiv LIDAR, cuprinde patru relativ largi domenii:

• Realizarea unui vehicul în care puteți controla direcția, livrarea puterii și frânarea - toate automat.
• Tehnologie care permite vehiculului să simtă mediul înconjurător
• Prelucrarea – ce determină acel vehicul, ce decizii ia pe baza percepției a ceea ce se întâmplă în jurul lui
• Ieșirea – ce acțiuni face vehiculul pe baza acelei procesări

Valul viitorului

Pe lângă faptul că LIDAR oferă feedback senzorial, vehiculele autonome folosesc o tehnologie nu atât de nouă numită radar cu unde milimetrice, care implică diverși senzori optici și infraroșii plasați în față, lateral și în spate sferturi de vehicul.

După cum vă veți aminti fără îndoială de la ora de științe de la liceu, radarul cu unde milimetrice emite frecvență extrem de înaltă (scurtă) lungimi de undă, care este ideală pentru detectarea obiectelor (mașini, pietoni și animale mari) în imediata apropiere a unui vehicul apropiere.

Senzorii optici și cu infraroșu sunt deja prezenți la vehiculele actuale Audi, Lexus, Acura, Subaru și Mercedes. LS 460 de la Lexus 2013, de exemplu, prezintă ceea ce se numește Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Acesta funcționează împreună cu un radar cu unde milimetrice, cu proiectoare cu infraroșu apropiat și cu o cameră stereo montată în față. În esență, A-PCS este conceput pentru a evita coliziunile cu viteză redusă prin scanarea vehiculelor din vecinătatea apropiată și îndepărtată, determinând potențialele coliziuni, și emiterea de indicatoare audio-vizuale dacă este prezent un pericol și, eventual, funcționarea autonomă prin aplicarea contramăsurilor de frânare de urgență.

După cum puteți vedea, tehnologia vehiculelor autonome este un amestec de protocoale de detectare și procesare. În timp ce senzorii radar cu unde milimetrice pot fi plasați în și în jurul vehiculului, astfel de exemple, precum cele văzute atât pe prototipurile Google, cât și pe cele Lexus, prezintă de obicei și mai mulți senzori agățați de suporturi de pe un vehicul. barele de protecție. Acestea permit o detecție radar și mai mare în părțile laterale ale vehiculului, spre deosebire de doar în față. În acest fel, informațiile pot fi adunate cu precizie în benzile adiacente, străzile și intersecțiile adiacente.

Creierele grupului

Desigur, toate aceste informații trebuie colectate și procesate, motiv pentru care vehiculele autonome acum și în viitor vor folosi computere de bord relativ puternice. După cum explică Paul Williamsen de la Lexus, „Vehiculul pe care l-am prezentat la CES are de fapt o serie de computere de mare putere în portbagajul mașinii, computere pe care tu și cu mine am putea avea pe desktop.”

În schimb, computerele care ocupă în prezent spațiu în vehiculele noastre sunt relativ neclare prin comparație, după cum explică în continuare Williamsen, „cel mai puternic computerul dintr-un vehicul convențional este un computer foarte simplu, deoarece avem nevoie de o fiabilitate absolută completă, funcționează la o viteză de ceas destul de mică, funcționează la o o cantitate destul de mică de memorie și un număr destul de simplu de cuvinte în programarea lor totală și asta pentru că avem nevoie de niveluri absolute de ancorare a barcii. fiabilitate"

„Pentru cercetarea vehiculelor autonome folosim computere... care sunt de sute sau de mii de ori mai puternice pentru a face procesarea, pentru a reuniți informațiile imaginilor complexe LIDAR și informațiile pe care le obținem de la mai mulți senzori radar cu unde milimetrice.”

Condus, minus șoferul

Deci avem LIDAR, avem radar cu unde milimetrice și avem un creier atotputernic Autobot care conduce spectacolul. Dar ce o conduce de fapt pe Miss Daisy digitală? Pentru ca un vehicul autonom să funcționeze, acesta trebuie să fie controlat electronic, automat sau să împrumute un termen mult mai științifico-fantastic, robot. Acești „roboți” nu vor răsturna guvernul, ci vor prelua cu amabilitate toate detaliile conducerii. Mai mult decât atât, toți trebuie să lucreze la unison și, poate mai important, independent de orice aport uman.

În cazul Toyota/Lexus, vehiculele sale, și anume vehiculele sale hibride, au deja ceea ce se referă compania ca un „sistem hibrid sofisticat” capabil să controleze electronic frânarea, direcția și accelerare. Acest domeniu special al tehnologiei vehiculelor autonome este esențial și este unul dintre motivele pentru care Google utilizează hibrizi Toyota/Lexus. Făcând acest lucru, gigantul internetului nu trebuie să-și dezvolte propria interfață controlată electronic, ci pur și simplu găsiți o modalitate de a face inginerie inversă a comunicațiilor care îi permit să creeze diverse direcție, accelerație și frânare comenzi.

În timp ce LIDAR este cu siguranță cea mai proeminentă piesă vizuală a tehnologiei fără șofer, fiecare aspect al unui vehicul autonom este delicat împletit cu această piesă centrală care se rotește. Comenzile automate ale direcției depind de radarul cu unde milimetrice, în timp ce LIDAR-ul montat pe acoperiș colectează și cartografiază în mod frenetic informații vitale. Aceste informații trebuie procesate, calculate și, în cele din urmă, transmise controalelor automate; completând astfel acest cerc alcyon de vrăjitorie auto.

Recomandările editorilor

• Cum o dubă mare albastră din 1986 a deschis calea pentru mașinile care se conduc singure
• Apple Car va fi complet autonomă, fără intervenția șoferului, susțin cei din interior
• Ford dezvăluie vehiculul destinat serviciilor sale de mașini autonome
• Călătorind cu AI Audi: eu, mașina autonomă de oraș a viitorului
• Californianii își pot livra acum alimentele cu vehicule autonome