LIDAR, lasery a logika: Anatómia autonómneho vozidla

Autonómnym vozidlám sa v poslednej dobe venuje veľká pozornosť, a ak to vydrží CES prorokoval čokoľvek, ide o to, že tento technologický trend má vážne najazdené kilometre. So spoločnosťami ako Audi, Lexus, a Google skúmajúc spôsoby, ako posunúť zážitok z jazdy do 21. storočia, nie sme ďaleko od budúcnosti, kde šoférovanie bude vykonávať stroj – nie človek. Ale predtým, než sa budete môcť ponáhľať k miestnemu predajcovi (len si robím srandu; žiadny z nich nie je u vášho miestneho predajcu), aby ste si mohli pozrieť našich automatizovaných vládcov, všimnete si jednu pozoruhodnú podobnosť prakticky vo všetkých modeloch: LIDAR. Vieme, čo si myslíte: Čo-DAR?

Frikkinove lasery

Jedným z najintegrálnejších, najdrahších a najpozoruhodnejších prvkov vybavenia, ktoré sa nachádza v autonómnom vozidle, je senzor LIDAR podobný Hviezde smrti namontovaný na streche. LIDAR, čo je skratka pre Light Detection and Ranging, je technológia diaľkového snímania, ktorá meria a mapuje vzdialenosť k cieľom, ako aj ďalšie vlastnosti objektov v ceste. LIDAR v podstate mapuje svoje okolie osvetlením svojich cieľov laserovým svetlom a následnou analýzou tohto svetla na vytvorenie digitálneho obrazu s vysokým rozlíšením.

Zatiaľ čo senzory LIDAR sa používajú prakticky vo všetkých autonómnych výskumných vozidlách, táto technológia sa už objavila v automobiloch so systémami adaptívneho tempomatu (ACC).

Vo vozidlách s ACC sa zariadenie LIDAR namontované na prednej časti vozidla, podobne ako nárazník, používa na sledovanie vzdialenosti medzi týmto vozidlom a akýmkoľvek vozidlom pred ním. Ak vozidlo vpredu spomalí alebo sa príliš priblíži, ACC nezávisle zabrzdí, aby vozidlo spomalilo. Keď sa podmienky na ceste otvoria, ACC umožní vozidlu zrýchliť na rýchlosť prednastavenú vodičom. Pozrite si moju recenziu na Mercedes SL550 z roku 2013 pre príklad vozidla s adaptívnym tempomatom.

Strešné senzory LIDAR však fungujú trochu inak a správajú sa podobne ako to, čo by ste videli na vrchu satelitnej inštalácie na letisku alebo na palube malej rybárskej lode.

Tu máme nízko rotujúcu parabolu (povedzme 1 otáčky za minútu), ktorá zhromažďuje veľký dosah a nízke rozlíšenie na iné objekty (napríklad iné plavidlá alebo lietadlá). Táto spätná väzba s nízkym rozlíšením môže fungovať pri stacionárnych inštaláciách, ale vozidlá potrebujú snímky s oveľa vyšším rozlíšením a na oveľa bližšiu vzdialenosť.

Hoci to nie sú oficiálne čísla, otáčky počítajú napr. Vozidlo AASRV Lexus, zobrazený na CES, sa môže točiť rýchlosťou 600 ot./min. Toto zvýšenie otáčok umožňuje vozidlu mapovať svoje okolie s väčšími detailmi, rýchlosťou (menej ako a tucet milisekúnd) a presnosť, ktorá je nevyhnutná na vozovke, kde sú neustále podmienky meniace sa.

V súčasnosti nie sú senzory LIDAR zabudované, ale sú komerčne dostupné – a drahé. Oh tak veľmi drahé. Špičkový snímač Velodyne napríklad dokáže vyniesť 70 000 dolárov a možno ho nájsť hypnoticky otáčajúci sa na vrchole výskumných vozidiel Google, Lexus a Audi.

Cestovná mapa k autonómii

LIDAR môže byť najnápadnejším dielom technológie bez vodiča, ale Paul Williamsen, globálny manažér vzdelávania a školenia pre Lexus International mi hovorí, že anatómia autonómnych vozidiel, vrátane LIDAR, zahŕňa štyri relatívne široké domény:

• Vytvorenie vozidla, v ktorom môžete ovládať riadenie, prenos sily a brzdenie – všetko automaticky.
• Technológia, ktorá umožňuje vozidlu vnímať okolité prostredie
• Spracovanie – čo vozidlo určuje, aké rozhodnutia robí na základe vnímania toho, čo sa okolo neho deje
• Výstup – aké akcie vykoná vozidlo na základe tohto spracovania

Vlna budúcnosti

Okrem LIDARu poskytujúceho senzorickú spätnú väzbu využívajú autonómne vozidlá nie až tak novú technológiu tzv milimetrový radar, ktorý zahŕňa rôzne infračervené a optické senzory umiestnené vpredu, po stranách a vzadu štvrtiny vozidla.

Ako si určite pamätáte na hodine prírodovedných predmetov na strednej škole, radar s milimetrovými vlnami vysiela extrémne vysokú frekvenciu (krátke) vlnových dĺžok, čo je ideálne na detekciu objektov (autá, chodcov a veľkých zvierat) v bezprostrednej blízkosti vozidla blízkosti.

Infračervené a optické senzory sa už vo veľkej miere vyskytujú v súčasných vozidlách Audi, Lexus, Acura, Subaru a Mercedes. Lexus 2013 LS 460, napríklad šport, ktorý sa nazýva pokročilý predkolízny systém (A-PCS). Funguje to v spojení s radarom s milimetrovými vlnami, prednými infračervenými projektormi a prednou stereo kamerou. A-PCS je v podstate navrhnutý tak, aby sa vyhlo kolíziám pri nízkej rýchlosti skenovaním vozidiel v blízkom až vzdialenom okolí a určením potenciálnych kolízií, a vysielanie audio-vizuálnych indikátorov, ak je prítomné nebezpečenstvo, a prípadne fungujúce autonómne použitím protiopatrení núdzového brzdenia.

Ako vidíte, technológia autonómnych vozidiel je zmesou protokolov snímania a spracovania. Zatiaľ čo radarové senzory s milimetrovými vlnami môžu byť umiestnené vo vozidle a okolo neho, také príklady, ako sú tie videné na prototypoch Google aj Lexus zvyčajne obsahujú ešte viac senzorov zavesených na držiakoch na vozidle nárazníky. Tie umožňujú ešte lepšie radarové snímanie na bokoch vozidla, na rozdiel len od prednej časti. Týmto spôsobom je možné presne zbierať informácie v priľahlých jazdných pruhoch, križovatkách a križovatkách.

Mozgy skupiny

Všetky tieto informácie je samozrejme potrebné zbierať a spracovávať, a preto budú autonómne vozidlá v súčasnosti aj v budúcnosti využívať pomerne výkonné palubné počítače. Ako vysvetľuje Paul Williamsen z Lexusu: „Vozidlo, ktoré sme ukázali na CES, má v kufri auta v skutočnosti niekoľko výkonných počítačov, ktoré by ste vy aj ja mohli mať na svojom pracovnom stole.“

Naproti tomu počítače, ktoré v súčasnosti zaberajú priestor v našich vozidlách, sú v porovnaní s nimi relatívne hlúpe, ako ďalej vysvetľuje Williamsen, „najvýkonnejšie počítač v bežnom vozidle je veľmi jednoduchý počítač, pretože potrebujeme absolútnu absolútnu spoľahlivosť, bežia na pomerne nízkej rýchlosti, bežia na pomerne nízke množstvo pamäte a pri pomerne jednoduchom počte slov v ich celkovom naprogramovaní, a to preto, že potrebujeme absolútne úrovne kotvenia lode spoľahlivosť"

„Na výskum autonómnych vozidiel používame počítače..., ktoré sú stokrát alebo tisíckrát výkonnejšie na spracovanie, dať dokopy informácie z komplexných obrázkov LIDAR a informácie, ktoré získavame z radarových senzorov s viacerými milimetrovými vlnami."

Šoférovanie mínus vodič

Takže máme LIDAR, máme radar s milimetrovými vlnami a máme všemocný mozog Autobota, ktorý riadi show. Ale čo vlastne poháňa digitálnu slečnu Daisy? Aby autonómne vozidlo fungovalo, je potrebné ho ovládať elektronicky, automaticky, alebo si požičať oveľa vedeckejší pojem, roboticky. Títo „roboti“ nezvrhnú vládu, ale namiesto toho láskavo prevezmú všetky drobnosti jazdy. Viac než to, všetci musia pracovať jednotne a čo je možno dôležitejšie, nezávisle od akéhokoľvek ľudského zásahu.

V prípade Toyoty/Lexusu jej vozidlá, konkrétne hybridné vozidlá, už majú to, na čo sa spoločnosť odvoláva ako „sofistikovaný hybridný systém“ schopný elektronicky ovládať brzdenie, riadenie a zrýchlenie. Táto konkrétna doména technológie autonómnych vozidiel je nevyhnutná a je jedným z dôvodov, prečo Google využíva hybridy Toyota/Lexus. Internetový gigant tak nemusí vyvíjať svoje vlastné elektronicky riadené rozhranie, ale jednoducho vymyslieť spôsob spätného inžinierstva komunikácií, ktoré mu umožňujú vytvárať rôzne riadenie, plyn a brzdenie príkazy.

Zatiaľ čo LIDAR je určite vizuálne najvýznamnejším dielom technológie bez vodiča, každý aspekt autonómneho vozidla je jemne prepojený s týmto otáčavým stredobodom. Automatické ovládacie prvky riadenia závisia od radaru s milimetrovými vlnami, zatiaľ čo LIDAR namontovaný na streche horúčkovito zbiera a mapuje dôležité informácie. Tieto informácie je potrebné spracovať, vypočítať a v konečnom dôsledku odovzdať späť do automatizovaných kontrol; čím sa zavŕši tento halcyon kruh automobilových kúziel.

Odporúčania redaktorov

• Ako veľká modrá dodávka z roku 1986 vydláždila cestu samoriadiacim autám
• Apple Car bude plne autonómne bez zásahu vodiča, tvrdia zasvätení
• Ford odhaľuje vozidlo určené pre jeho služby autonómnych vozidiel
• Zapriahajte sa v Audi’s AI: Me, autonómnom mestskom aute budúcnosti
• Kalifornčania si teraz môžu nechať dovážať potraviny autonómnymi vozidlami