LIDAR, laserji in logika: Anatomija avtonomnega vozila

Avtonomna vozila v zadnjem času dobivajo veliko pozornosti in če je to zadnje CES je prerokoval karkoli, to je, da ima ta tehnološki trend resno kilometrino. S podjetji, kot je Audi, Lexus, in Google Če raziskujemo načine, kako prenesti vozniško izkušnjo v 21. stoletje, nismo daleč od prihodnosti, kjer bo vožnjo opravljal stroj – ne človek. Toda preden lahko odhitiš do lokalnega prodajalca (šalim se; nobeden od teh ni pri vašem lokalnem prodajalcu), če si želite ogledati naše avtomatizirane nadzornike, boste opazili eno osupljivo podobnost pri skoraj vseh modelih: LIDAR. Vemo, kaj mislite: Kaj-DAR?

Frikkin laserji

Eden najbolj integralnih, dragih in opaznih delov opreme, ki jih najdemo v avtonomnem vozilu, je senzor LIDAR, nameščen na strehi, podoben Zvezdi smrti. LIDAR, kar pomeni Light Detection and Ranging, je tehnologija daljinskega zaznavanja, ki meri in preslika razdaljo do tarč ter druge značilnosti lastnosti predmetov na svoji poti. LIDAR v bistvu preslika svojo okolico tako, da svoje cilje osvetli z lasersko svetlobo in nato to svetlobo analizira, da ustvari digitalno sliko visoke ločljivosti.

Medtem ko so senzorji LIDAR uporabljeni v skoraj vseh avtonomnih raziskovalnih vozilih, je tehnologija že predstavljena v avtomobilih s prilagodljivimi sistemi tempomata (ACC).

V vozilih z ACC se naprava LIDAR, nameščena na sprednjem delu vozila, tako kot odbijač, uporablja za nadzor razdalje med tem vozilom in avtomobilom pred njim. Če spredaj vozeče vozilo upočasni ali se preveč približa, ACC neodvisno zavira, da vozilo upočasni. Ko se razmere na cesti spremenijo, ACC omogoča, da vozilo pospeši do hitrosti, ki jo nastavi voznik. Glejte moj pregled o Mercedes SL550 letnik 2013 za primer vozila s prilagodljivim tempomatom.

Strešni senzorji LIDAR pa delujejo nekoliko drugače in se obnašajo podobno kot tisto, kar bi videli na satelitski namestitvi na letališču ali na krovu majhnega ribiškega plovila.

Tu imamo krožnik z nizkim vrtenjem (recimo 1 vrtljajev na minuto), ki zajema ciljanje drugih predmetov z dolgim ​​dosegom in nizko ločljivostjo (na primer druga plovila ali letala). Ta povratna informacija nizke ločljivosti morda deluje pri stacionarnih napravah, vendar vozila potrebujejo veliko višjo ločljivost posnetkov in veliko bližje razdalje.

Čeprav niso uradne številke, število vrtljajev na minuto, recimo, Lexusovo vozilo AASRV, prikazan na CES, se lahko vrti s 600 vrt./min. To povečanje vrtljajev omogoča vozilu, da preslika svojo okolico z več podrobnostmi, hitrostjo (manj kot a ducat milisekund) in natančnost, ki je bistvenega pomena na cestišču, kjer so razmere konstantne zamenjati.

Trenutno senzorjev LIDAR ne izdelujejo sami, so pa komercialno dostopni – in dragi. Oh, tako zelo drago. Vrhunski senzor Velodyne, na primer, lahko doseže 70.000 $ na kos in ga je mogoče hipnotično vrteti na vrhu Googlovih, Lexusovih in Audijevih raziskovalnih vozil.

Načrt do avtonomije

LIDAR je morda najbolj opazen del tehnologije brez voznika, a kot pravi Paul Williamsen, globalni vodja izobraževanja in usposabljanja za Lexus International mi pravi, da anatomija avtonomnih vozil, vključno z LIDARjem, zajema štiri relativno široke domene:

• Izdelava vozila, v katerem lahko nadzorujete krmiljenje, prenos moči in zaviranje – vse samodejno.
• Tehnologija, ki vozilu omogoča zaznavanje okolja okoli sebe
• Obdelava – kaj to vozilo določa, kakšne odločitve sprejema na podlagi zaznavanja dogajanja okoli sebe
• Rezultat – kakšna dejanja izvaja vozilo na podlagi te obdelave

Val prihodnosti

Poleg LIDAR-ja, ki zagotavlja senzorične povratne informacije, avtonomna vozila uporabljajo ne tako novo tehnologijo, imenovano radar z milimetrskimi valovi, ki vključuje različne infrardeče in optične senzorje, nameščene spredaj, ob straneh in zadaj četrtine vozila.

Kot se boste nedvomno spomnili pri pouku naravoslovja v srednji šoli, radar milimetrskih valov oddaja izjemno visoko frekvenco (kratko) valovnih dolžin, kar je idealno za zaznavanje predmetov (avtomobilov, pešcev in velikih živali) v neposredni bližini vozila. bližina.

Infrardeči in optični senzorji so že močno prisotni v sedanjih vozilih Audi, Lexus, Acura, Subaru in Mercedes. Lexusov 2013 LS 460, na primer, ima tako imenovani napredni sistem pred trkom (A-PCS). To deluje v povezavi z radarjem milimetrskih valov, spredaj obrnjenimi bližnjimi infrardečimi projektorji in spredaj nameščeno stereo kamero. V bistvu je A-PCS zasnovan tako, da se izogne ​​trkom pri nizki hitrosti s pregledovanjem vozil v bližnji in daljni bližini, ugotavljanju morebitnih trkov, in oddajanje zvočnih vizualnih indikatorjev, če je prisotna nevarnost, in sčasoma samostojno delovanje z uporabo protiukrepov zaviranja v sili.

Kot lahko vidite, je tehnologija avtonomnih vozil mešanica protokolov zaznavanja in obdelave. Radarske senzorje z milimetrskimi valovi je mogoče namestiti v vozilo in okoli njega, primeri, kot so vidni na Googlovih in Lexusovih prototipih je običajno še več senzorjev, obešenih na nosilcih vozila. odbijači. Ti omogočajo še boljše radarsko zaznavanje ob straneh vozila, v nasprotju s samo sprednjim delom. Na ta način je mogoče natančno zbrati informacije v sosednjih pasovih, križiščih in križiščih.

Možgani skupine

Vse te informacije je seveda treba zbirati in obdelati, zato bodo avtonomna vozila zdaj in v prihodnosti uporabljala razmeroma zmogljive vgrajene računalnike. Kot pojasnjuje Paul Williamsen iz Lexusa: "Vozilo, ki smo ga pokazali na CES-u, ima dejansko številne visoko zmogljive računalnike v prtljažniku avtomobila, računalnike, ki bi jih morda imeli vi in ​​jaz na namizju."

Nasprotno pa so računalniki, ki trenutno zasedajo prostor v naših vozilih, v primerjavi s tem razmeroma maloumni, kot nadalje pojasnjuje Williamsen, »najmočnejši računalnik v običajnem vozilu je zelo preprost računalnik, ker potrebujemo absolutno popolno zanesljivost, delujejo s precej nizko hitrostjo, delujejo z dokaj nizko količino pomnilnika in pri dokaj preprostem številu besed v njihovem skupnem programiranju, in to zato, ker potrebujemo absolutne ravni sidra zanesljivost”

»Za raziskave avtonomnih vozil uporabljamo računalnike … ki so več sto ali tisočkrat močnejši za obdelavo, združiti informacije kompleksnih slik LIDAR in informacije, ki jih dobimo iz več radarskih senzorjev milimetrskih valov.«

Vožnja, brez voznika

Torej imamo LIDAR, imamo radar z milimetrskimi valovi in ​​imamo vsemogočne možgane Autobota, ki vodijo predstavo. Toda kaj pravzaprav poganja digitalno Miss Daisy? Da bi avtonomno vozilo delovalo, ga je treba krmiliti elektronsko, avtomatsko, ali če si sposodimo veliko bolj znanstvenofantastični izraz, robotsko. Ti "roboti" ne bodo strmoglavili vlade, temveč bodo prijazno prevzeli vse malenkosti vožnje. Še več, vsi morajo delovati usklajeno in, kar je morda še pomembneje, neodvisno od človeškega vložka.

V primeru Toyote/Lexusa njena vozila, in sicer njena hibridna vozila, že imajo tisto, na kar se sklicuje podjetje kot "sofisticiran hibridni sistem", ki je zmožen elektronskega nadzora zaviranja, krmiljenja in pospešek. Ta posebna domena tehnologije avtonomnih vozil je bistvena in je eden od razlogov, zakaj Google uporablja hibride Toyota/Lexus. Pri tem internetnemu gigantu ni treba razviti lastnega elektronsko nadzorovanega vmesnika, ampak preprosto poiskati način povratnega inženiringa komunikacij, ki mu omogočajo ustvarjanje različnih krmiljenja, plina in zaviranja ukazi.

Medtem ko je LIDAR zagotovo vizualno najvidnejši del tehnologije brez voznika, je vsak vidik avtonomnega vozila prefinjeno prepleten s tem vrtečim se središčem. Samodejne krmilne naprave so odvisne od radarja milimetrskega valovanja, medtem ko strešni LIDAR mrzlično zbira in preslika pomembne informacije. Te informacije je treba obdelati, izračunati in na koncu poslati nazaj avtomatiziranim kontrolam; s čimer je sklenjen ta mirni krog avtomobilske čarovnije.

Priporočila urednikov

• Kako je velik modri kombi iz leta 1986 utrl pot samovozečim avtomobilom
• Poznavalci trdijo, da bo Apple Car popolnoma avtonomen brez vnosa voznika
• Ford razkriva vozilo, namenjeno njegovim storitvam avtonomnih avtomobilov
• Avtostopanje z Audijevim AI: jaz, avtonomni mestni avto prihodnosti
• Prebivalci Kalifornije lahko zdaj živila dostavijo z avtonomnimi vozili