LIDAR เลเซอร์ และตรรกะ: กายวิภาคของยานยนต์อัตโนมัติ

ยานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติกำลังได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงปลายปี และหากเป็นเช่นนี้ต่อไป CES ทำนายไว้ อะไรก็ตาม เทรนด์เทคโนโลยีนี้มีระยะทางที่ร้ายแรง กับบริษัทอย่าง ออดี้, เล็กซัส, และ Google การสำรวจวิธีผลักดันประสบการณ์การขับขี่สู่ศตวรรษที่ 21 เราอยู่ไม่ไกลจากอนาคตที่การขับขี่ทำได้โดยใช้เครื่องจักร ไม่ใช่มนุษย์ แต่ก่อนที่คุณจะรีบไปหาตัวแทนจำหน่ายในพื้นที่ของคุณเสียก่อน (ล้อเล่นนะ สิ่งเหล่านี้ไม่มีจำหน่ายที่ตัวแทนจำหน่ายในพื้นที่ของคุณ) หากต้องการดูโอเวอร์ลอร์ดแบบอัตโนมัติของเรา คุณจะสังเกตเห็นความคล้ายคลึงที่โดดเด่นอย่างหนึ่งในแทบทุกรุ่น: LIDAR เรารู้ว่าคุณกำลังคิดอะไร: อะไร-DAR?

เลเซอร์ฟริกกิ้น

หนึ่งในอุปกรณ์ที่สำคัญ มีราคาแพง และสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดที่พบในรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติคือเซ็นเซอร์ LIDAR ที่มีลักษณะคล้ายดาวมรณะซึ่งติดตั้งบนหลังคา LIDAR ซึ่งย่อมาจาก Light Detection and Ranging เป็นเทคโนโลยีการรับรู้ระยะไกลที่ใช้วัดและแมประยะทางไปยังเป้าหมาย รวมถึงคุณลักษณะอื่นๆ ของวัตถุในเส้นทางของมัน LIDAR ทำแผนที่สภาพแวดล้อมโดยพื้นฐานแล้วให้แสงสว่างแก่เป้าหมายด้วยแสงเลเซอร์ จากนั้นวิเคราะห์แสงนั้นเพื่อสร้างภาพดิจิทัลที่มีความละเอียดสูง

แม้ว่าเซ็นเซอร์ LIDAR จะถูกนำมาใช้ในยานยนต์วิจัยไร้คนขับแทบทุกคัน แต่เทคโนโลยีดังกล่าวก็ได้ถูกนำมาใช้ในรถยนต์ที่มีระบบควบคุมความเร็วคงที่แบบปรับได้ (ACC) แล้ว

ในรถยนต์ที่มี ACC อุปกรณ์ LIDAR ที่ติดตั้งอยู่ที่ด้านหน้าของรถ เช่น กันชน จะถูกใช้ในการตรวจสอบระยะห่างระหว่างรถคันนั้นกับรถคันใดๆ ที่อยู่ข้างหน้า หากรถคันหน้าชะลอความเร็วหรือเข้าใกล้เกินไป ACC จะใช้เบรกอย่างอิสระเพื่อชะลอรถ เมื่อสภาพถนนเปิด ACC จะอนุญาตให้รถเร่งความเร็วตามความเร็วที่คนขับกำหนดไว้ อ้างถึงบทวิจารณ์ของฉัน 2013 เมอร์เซเดส SL550 ตัวอย่างรถยนต์ที่มีระบบควบคุมความเร็วคงที่แบบปรับได้

อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ LIDAR ที่ติดตั้งบนหลังคาจะทำงานแตกต่างออกไปเล็กน้อย และมีพฤติกรรมคล้ายกับที่คุณเห็นบนการติดตั้งดาวเทียมในสนามบินหรือบนเรือประมงขนาดเล็ก

ที่นี่เรามีจานหมุนต่ำ (เช่น 1 รอบต่อนาที) ซึ่งรวบรวมการกำหนดเป้าหมายระยะไกลและความละเอียดต่ำของวัตถุอื่นๆ (เช่น เรือหรือเครื่องบินอื่นๆ) การตอบสนองที่มีความละเอียดต่ำนี้อาจใช้ได้กับการติดตั้งแบบอยู่กับที่ แต่ยานพาหนะต้องการภาพที่มีความละเอียดสูงกว่ามากและอยู่ในระยะใกล้กว่ามาก

แม้ว่าจะไม่ใช่ตัวเลขอย่างเป็นทางการ แต่รอบต่อนาทีก็นับว่า รถยนต์ AASRV ของ Lexusที่แสดงในงาน CES อาจหมุนที่ 600 รอบต่อนาที รอบต่อนาทีที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้ยานพาหนะสามารถสร้างแผนที่สภาพแวดล้อมด้วยรายละเอียด ความเร็วที่มากขึ้น (น้อยกว่า a โหลมิลลิวินาที) และความแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญบนถนนที่มีสภาวะต่างๆ อยู่ตลอดเวลา การเปลี่ยนแปลง.

ปัจจุบันเซ็นเซอร์ LIDAR ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นภายในบริษัท แต่มีจำหน่ายในท้องตลาดและมีราคาแพง โอ้แพงมากเลย ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ Velodyne ระดับแนวหน้าสามารถดึงเงินได้ 70,000 ดอลลาร์ต่อป๊อป และสามารถพบได้อย่างสะกดจิตบนยานพาหนะวิจัยของ Google, Lexus และ Audi

แผนงานสู่เอกราช

LIDAR อาจเป็นเทคโนโลยีไร้คนขับที่โดดเด่นที่สุด แต่ในฐานะ Paul Williamsen ผู้จัดการระดับโลกด้านการศึกษาและการฝึกอบรม สำหรับ Lexus International บอกฉันว่ากายวิภาคของยานยนต์ไร้คนขับ รวมถึง LIDAR ครอบคลุมสี่ส่วนที่ค่อนข้างกว้าง โดเมน:

• การสร้างยานพาหนะที่คุณสามารถควบคุมการบังคับเลี้ยว การส่งกำลัง และการเบรกได้ ทั้งหมดนี้โดยอัตโนมัติ
• เทคโนโลยีที่ช่วยให้ยานพาหนะรับรู้ถึงสภาพแวดล้อมรอบตัว
• การประมวลผล – ยานพาหนะนั้นกำหนดอะไร การตัดสินใจทำอะไรตามการรับรู้ถึงสิ่งที่เกิดขึ้นรอบตัว
• ผลลัพธ์ – ยานพาหนะทำอะไรตามการประมวลผลนั้น

คลื่นแห่งอนาคต

นอกเหนือจาก LIDAR ที่ให้การตอบสนองทางประสาทสัมผัสแล้ว ยานพาหนะอัตโนมัติยังใช้เทคโนโลยีที่ไม่ใหม่ที่เรียกว่า เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร ซึ่งเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์อินฟราเรดและออปติคัลต่างๆ ที่ด้านหน้า ด้านข้าง และด้านหลัง หนึ่งในสี่ของยานพาหนะ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคุณจะจำชั้นเรียนวิทยาศาสตร์ระดับมัธยมปลายได้ เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรจะปล่อยความถี่ที่สูงมาก (สั้น) ความยาวคลื่นซึ่งเหมาะสำหรับการตรวจจับวัตถุ (รถยนต์ คนเดินถนน และสัตว์ใหญ่) ในยานพาหนะ บริเวณใกล้เคียง

เซ็นเซอร์อินฟราเรดและออปติคอลมีการใช้งานอย่างมากในรถยนต์ Audi, Lexus, Acura, Subaru และ Mercedes ในปัจจุบัน เลกซัส 2013 LS 460ตัวอย่างเช่น กีฬาที่เรียกว่า Advanced Pre-Collision System (A-PCS) ซึ่งทำงานร่วมกับเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร กล้องด้านหน้าใกล้กับโปรเจคเตอร์อินฟราเรด และกล้องสเตอริโอที่ติดตั้งด้านหน้า โดยพื้นฐานแล้ว A-PCS ได้รับการออกแบบมาเพื่อหลีกเลี่ยงการชนที่ความเร็วต่ำโดยการสแกนยานพาหนะในบริเวณใกล้เคียงถึงไกล เพื่อระบุการชนที่อาจเกิดขึ้น และส่งสัญญาณภาพและเสียงออกมาหากเกิดอันตราย และในที่สุดก็ทำงานโดยอัตโนมัติโดยการใช้มาตรการตอบโต้การเบรกฉุกเฉิน

อย่างที่คุณเห็น เทคโนโลยียานยนต์ไร้คนขับเป็นส่วนผสมของโปรโตคอลการตรวจจับและการประมวลผล ในขณะที่เซนเซอร์เรดาร์คลื่นมิลลิเมตรสามารถวางไว้ในและรอบๆ ยานพาหนะได้ เช่นตัวอย่างที่เห็น บนรถต้นแบบของ Google และ Lexus โดยทั่วไปจะมีเซ็นเซอร์มากกว่าที่แขวนไว้จากวงเล็บปิดตัวรถ กันชน สิ่งเหล่านี้ช่วยให้ตรวจจับเรดาร์ที่ด้านข้างของรถได้ดียิ่งขึ้น เมื่อเทียบกับด้านหน้า ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถรวบรวมข้อมูลได้อย่างแม่นยำในช่องทางที่อยู่ติดกัน ทางแยกถนน และทางแยก

สมองของพวง

แน่นอนว่าข้อมูลทั้งหมดนี้จำเป็นต้องได้รับการรวบรวมและประมวลผล ซึ่งเป็นสาเหตุที่ยานยนต์อัตโนมัติทั้งในปัจจุบันและอนาคตจะใช้ประโยชน์จากคอมพิวเตอร์ออนบอร์ดที่ค่อนข้างทรงพลัง ดังที่ Paul Williamsen จาก Lexus อธิบายว่า “รถยนต์ที่เราจัดแสดงในงาน CES จริงๆ แล้วมีคอมพิวเตอร์กำลังสูงจำนวนหนึ่งอยู่ที่ท้ายรถ ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่คุณและฉันอาจมีอยู่บนเดสก์ท็อปของคุณ”

ในทางตรงกันข้าม คอมพิวเตอร์ที่ใช้พื้นที่ในยานพาหนะของเราในปัจจุบันนั้นค่อนข้างปัญญาอ่อนเมื่อเปรียบเทียบ ดังที่วิลเลียมเซ่นอธิบายเพิ่มเติมว่า “คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุด คอมพิวเตอร์ในรถยนต์ทั่วไปเป็นคอมพิวเตอร์ที่เรียบง่าย เนื่องจากเราต้องการความน่าเชื่อถือที่สมบูรณ์อย่างยิ่ง คอมพิวเตอร์ทำงานด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ค่อนข้างช้า ทำงานที่ หน่วยความจำค่อนข้างต่ำ และจำนวนคำที่ค่อนข้างง่ายในการเขียนโปรแกรมทั้งหมด นั่นเป็นเพราะเราต้องการระดับจุดยึดเรือที่แน่นอน ความน่าเชื่อถือ”

“สำหรับการวิจัยยานยนต์ไร้คนขับ เราใช้คอมพิวเตอร์ … ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าหลายร้อยหรือหลายพันเท่าในการประมวลผล รวบรวมข้อมูลของภาพ LIDAR ที่ซับซ้อนและข้อมูลที่เราได้รับจากเซ็นเซอร์เรดาร์คลื่นหลายมิลลิเมตร”

ขับรถลบคนขับ

เรามี LIDAR เรามีเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร และเรามีสมองของออโต้บอทที่ทรงพลังทั้งหมดคอยควบคุมการแสดง แต่จริงๆ แล้วอะไรคือสิ่งที่ขับเคลื่อน Miss Daisy ในโลกดิจิทัล เพื่อให้ยานยนต์ไร้คนขับทำงานได้ จำเป็นต้องควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ อัตโนมัติ หรือยืมคำศัพท์เชิงวิทยาศาสตร์มาใช้อย่างหุ่นยนต์ “หุ่นยนต์” เหล่านี้จะไม่โค่นล้มรัฐบาล แต่กรุณาเข้าควบคุมทุกรายละเอียดในการขับรถแทน ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขาทั้งหมดต้องทำงานพร้อมเพรียงกัน และที่สำคัญกว่านั้นคือ เป็นอิสระจากข้อมูลของมนุษย์

ในกรณีของ Toyota/Lexus ยานพาหนะของบริษัท ซึ่งก็คือรถยนต์ไฮบริด มีสิ่งที่บริษัทอ้างถึงอยู่แล้ว ในฐานะ “ระบบไฮบริดที่ซับซ้อน” ที่สามารถควบคุมการเบรก การบังคับเลี้ยว และการควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ การเร่งความเร็ว ขอบเขตเฉพาะของเทคโนโลยียานยนต์ไร้คนขับนี้มีความสำคัญ และเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ Google ใช้รถยนต์ไฮบริดของ Toyota/Lexus ในการทำเช่นนั้น ยักษ์ใหญ่อินเทอร์เน็ตไม่จำเป็นต้องพัฒนาอินเทอร์เฟซที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ของตนเอง แต่ทำเพียงแค่เท่านั้น หาวิธีย้อนกลับวิศวกรรมการสื่อสารที่ช่วยให้สามารถสร้างการบังคับเลี้ยว คันเร่ง และการเบรกได้หลากหลาย คำสั่ง

แม้ว่า LIDAR จะเป็นเทคโนโลยีไร้คนขับที่มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด แต่ทุกแง่มุมของยานยนต์ไร้คนขับก็มีความเกี่ยวพันอย่างประณีตกับชิ้นส่วนที่หมุนอยู่ตรงกลางนี้ ระบบควบคุมการบังคับเลี้ยวแบบอัตโนมัติขึ้นอยู่กับเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร ในขณะที่ LIDAR ที่ติดตั้งบนหลังคาจะรวบรวมและจัดทำแผนที่ข้อมูลสำคัญอย่างบ้าคลั่ง ข้อมูลดังกล่าวจำเป็นต้องได้รับการประมวลผล คำนวณ และป้อนกลับไปยังการควบคุมอัตโนมัติในท้ายที่สุด จึงทำให้วงกลมแห่งเวทย์มนตร์ด้านยานยนต์สมบูรณ์

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• รถตู้สีน้ำเงินคันใหญ่จากปี 1986 ปูทางไปสู่รถยนต์ไร้คนขับได้อย่างไร
• Apple Car จะเป็นระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบโดยไม่มีการป้อนข้อมูลจากคนขับ คนวงในอ้าง
• ฟอร์ดเผยโฉมรถยนต์ที่มุ่งให้บริการรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติ
• ออกเดินทางใน AI ของ Audi: Me รถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติในเมืองแห่งอนาคต
• ขณะนี้ชาวแคลิฟอร์เนียสามารถจัดส่งของชำด้วยยานพาหนะที่เป็นอิสระได้