ЛИДАР, лазеры и логика: анатомия автономного транспортного средства

В последнее время беспилотным транспортным средствам уделяется много внимания, и если так будет продолжаться CES предсказал Да ничего, дело в том, что эта технологическая тенденция имеет серьезный опыт. С такими компаниями, как Ауди, Лексус, и Google Изучая способы перенести опыт вождения в XXI век, мы недалеко от будущего, в котором вождение будет осуществляться машиной, а не человеком. Но прежде чем вы сможете помчаться к местному дилеру (шучу; ничего из этого нет у вашего местного дилера), чтобы взглянуть на наших автоматизированных повелителей, вы заметите одно поразительное сходство практически во всех моделях: LIDAR. Мы знаем, о чем вы думаете: что-DAR?

Лазеры Фриккина

Одним из наиболее важных, дорогих и заметных элементов оборудования автономного автомобиля является установленный на крыше датчик лидара, напоминающий Звезду Смерти. LIDAR, что означает «Обнаружение света и определение дальности», представляет собой технологию дистанционного зондирования, которая измеряет и отображает расстояние до целей, а также другие характеристики свойств объектов на своем пути. LIDAR, по сути, картирует свое окружение, освещая цели лазерным светом, а затем анализируя этот свет для создания цифрового изображения с высоким разрешением.

Хотя датчики LIDAR используются практически во всех автономных исследовательских транспортных средствах, эта технология уже используется в автомобилях с адаптивными системами круиз-контроля (ACC).

В транспортных средствах с ACC устройство LIDAR, установленное в передней части автомобиля, например на бампере, используется для контроля расстояния между этим транспортным средством и любым автомобилем перед ним. Если идущий впереди автомобиль замедляет скорость или приближается слишком близко, ACC самостоятельно задействует тормоза, чтобы замедлить автомобиль. В сложных дорожных условиях ACC позволяет автомобилю разогнаться до заданной водителем скорости. Обратите внимание на мой обзор 2013 Мерседес СЛ550 для примера автомобиля с адаптивным круиз-контролем.

Однако датчики LIDAR, установленные на крыше, работают немного по-другому и ведут себя аналогично тому, что вы можете увидеть на спутниковой установке на аэродроме или на борту небольшого рыболовного судна.

Здесь у нас есть тарелка с низкой скоростью вращения (скажем, 1 об/мин), собирающая нацеливание на другие объекты на большом расстоянии и с низким разрешением (например, другие суда или самолеты). Эта обратная связь с низким разрешением может работать для стационарных установок, но транспортным средствам необходимы изображения с гораздо более высоким разрешением и с гораздо более близкого расстояния.

Хотя это и не официальные цифры, но число оборотов рассчитывается, скажем, на Автомобиль Lexus AASRV, показанный на выставке CES, может вращаться со скоростью 600 об/мин. Такое увеличение оборотов позволяет транспортному средству составить карту своего окружения с большей детализацией, а скорость (менее дюжины миллисекунд) и точность, которая очень важна на дороге, где условия постоянно меняется.

В настоящее время датчики LIDAR не производятся собственными силами, но они коммерчески доступны и дороги. Ох, очень дорого. Например, первоклассный датчик Velodyne может стоить 70 000 долларов за штуку, и его можно найти гипнотически вращающимся на исследовательских автомобилях Google, Lexus и Audi.

Дорожная карта к автономии

LIDAR может быть самой заметной частью беспилотной технологии, но, как говорит Пол Уильямсен, глобальный менеджер по образованию и обучению для Lexus International, говорит мне, анатомия автономных транспортных средств, включая LIDAR, включает в себя четыре относительно широких домены:

• Создание автомобиля, в котором вы можете контролировать рулевое управление, подачу мощности и торможение – и все это автоматически.
• Технология, которая позволяет автомобилю чувствовать окружающую среду вокруг него.
• Обработка – что определяет это транспортное средство, какие решения оно принимает на основе восприятия того, что происходит вокруг него.
• Результат – какие действия совершает транспортное средство на основе этой обработки.

Волна будущего

Помимо LIDAR, обеспечивающего сенсорную обратную связь, в автономных транспортных средствах используется не такая уж новая технология, называемая радар миллиметрового диапазона, который включает в себя различные инфракрасные и оптические датчики, расположенные спереди, по бокам и сзади. четверти транспортного средства.

Как вы наверняка помните из уроков естествознания в средней школе, радар миллиметрового диапазона излучает чрезвычайно высокие частоты (короткие) длины волн, что идеально подходит для обнаружения объектов (автомобилей, пешеходов и крупных животных) в непосредственной близости от транспортного средства. окрестности.

Инфракрасные и оптические датчики уже активно используются в современных автомобилях Audi, Lexus, Acura, Subaru и Mercedes. Лексус LS 460 2013 года выпуска, например, оснащен так называемой усовершенствованной системой предотвращения столкновений (A-PCS). Это работает в сочетании с радаром миллиметрового диапазона, фронтальными проекторами ближнего инфракрасного диапазона и фронтальной стереокамерой. По сути, A-PCS предназначена для предотвращения столкновений на низкой скорости путем сканирования транспортных средств, находящихся в ближней или дальней близости, определения потенциальных столкновений, и подачу аудиовизуальных индикаторов в случае присутствия опасности и, в конечном итоге, работу автономно, применяя меры противодействия экстренному торможению.

Как видите, технология беспилотных транспортных средств представляет собой смесь протоколов измерения и обработки данных. Хотя радарные датчики миллиметрового диапазона могут быть размещены внутри автомобиля и вокруг него, такие примеры, как те, что мы видели, на прототипах Google и Lexus обычно имеется еще больше датчиков, подвешенных на кронштейнах автомобиля. бамперы. Это обеспечивает еще большую эффективность радиолокационного обнаружения по бокам автомобиля, а не только спереди. Таким образом, можно точно собирать информацию о соседних полосах движения, перекрестках и перекрестках.

Мозги группы

Конечно, всю эту информацию необходимо собирать и обрабатывать, поэтому в беспилотных транспортных средствах сейчас и в будущем будут использоваться относительно мощные бортовые компьютеры. Как объясняет Пол Уильямсен из Lexus: «Автомобиль, который мы показали на выставке CES, на самом деле имеет в багажнике несколько мощных компьютеров, компьютеров, которые мы с вами могли бы иметь на вашем рабочем столе».

Напротив, компьютеры, которые в настоящее время занимают место в наших транспортных средствах, по сравнению с ними относительно тупы, как далее объясняет Уильямсен, «самые мощные компьютеры». компьютер в обычном автомобиле — это очень простой компьютер, потому что нам нужна абсолютная полная надежность, они работают на довольно низкой тактовой частоте, они работают с довольно небольшой объем памяти и довольно простое количество слов в их общей программе, и это потому, что нам нужны абсолютные уровни якоря лодки. надежность»

«Для исследования беспилотных транспортных средств мы используем компьютеры… которые в сотни или тысячи раз мощнее для обработки данных, объединить информацию сложных изображений LIDAR и информацию, которую мы получаем от нескольких радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона».

Вождение без водителя

Итак, у нас есть ЛИДАР, у нас есть радар миллиметрового диапазона, и у нас есть всемогущий мозг автоботов, который всем управляет. Но что на самом деле движет цифровой Мисс Дейзи? Чтобы автономное транспортное средство работало, оно должно управляться электронно, автоматически или, если использовать гораздо более научно-фантастический термин, роботизированно. Эти «роботы» не свергнут правительство, а вместо этого любезно возьмут на себя все мелочи вождения. Более того, все они должны работать в унисон и, что, возможно, более важно, независимо от какого-либо участия человека.

В случае Toyota/Lexus их автомобили, а именно гибридные автомобили, уже имеют то, на что указывает компания. как «сложная гибридная система», способная электронно управлять торможением, рулевым управлением и ускорение. Эта конкретная область технологии беспилотных транспортных средств имеет важное значение и является одной из причин, по которой Google использует гибриды Toyota/Lexus. При этом интернет-гиганту не нужно разрабатывать собственный интерфейс с электронным управлением, а просто найти способ перепроектировать коммуникации, которые позволят ему создавать различные рулевые, дроссельные и тормозные системы. команды.

Хотя LIDAR, безусловно, является наиболее визуально заметной частью беспилотной технологии, каждый аспект автономного транспортного средства тонко переплетается с этой вращающейся центральной частью. Автоматизированное рулевое управление зависит от радара миллиметрового диапазона, а установленный на крыше лидар лихорадочно собирает и отображает важную информацию. Эту информацию необходимо обработать, вычислить и, в конечном итоге, передать обратно в автоматизированные средства управления; таким образом завершая этот безмятежный круг автомобильного волшебства.

Рекомендации редакции

• Как большой синий фургон 1986 года проложил путь беспилотным автомобилям
• Apple Car будет полностью автономным, без участия водителя, утверждают инсайдеры
• Ford представляет автомобиль, предназначенный для обслуживания беспилотных автомобилей
• Поездка на искусственном интеллекте Audi: я, автономный городской автомобиль будущего
• Калифорнийцы теперь могут доставлять продукты беспилотными транспортными средствами