ЛІДАР, лазери та логіка: анатомія автономного автомобіля

Останнім часом автономні транспортні засоби привертають велику увагу, і якщо це останнє CES пророкував будь-що, це те, що ця технологічна тенденція має серйозний пробіг. З такими компаніями, як Audi, Lexus, і Google досліджуючи способи перенести досвід водіння в 21 століття, ми недалекі від майбутнього, де керуватиме машина, а не людина. Але перш ніж ви зможете поспішити до свого місцевого дилера (жартую; жодного з них немає у вашого місцевого дилера), щоб поглянути на наші автоматичні володарі, ви помітите одну разючу подібність практично в усіх моделях: LIDAR. Ми знаємо, про що ви думаєте: що-DAR?

Лазери Фрікіна

Одним із найбільш невід’ємних, дорогих і помітних елементів обладнання в автономному транспортному засобі є встановлений на даху сенсор LIDAR, схожий на Зірку Смерті. LIDAR, що розшифровується як Light Detection and Ranging, — це технологія дистанційного зондування, яка вимірює та відображає відстань до цілей, а також інші властивості об’єктів на своєму шляху. LIDAR по суті створює карту свого оточення, освітлюючи свої цілі лазерним світлом, а потім аналізуючи це світло для створення цифрового зображення високої роздільної здатності.

Хоча датчики LIDAR використовуються практично в усіх автономних дослідницьких транспортних засобах, ця технологія вже була представлена ​​в автомобілях з адаптивною системою круїз-контролю (ACC).

У транспортних засобах з ACC пристрій LIDAR, встановлений на передній частині транспортного засобу, як і на бампері, використовується для контролю відстані між цим транспортним засобом і будь-яким автомобілем попереду. Якщо автомобіль попереду сповільнюється або наближається занадто близько, ACC самостійно застосовує гальма, щоб уповільнити автомобіль. Коли дорожні умови сприятливі, ACC дозволяє транспортному засобу розігнатися до швидкості, заданої водієм. Зверніться до мого огляду Mercedes SL550 2013 року для прикладу автомобіля з адаптивним круїз-контролем.

Однак датчики LIDAR, встановлені на даху, функціонують дещо інакше та ведуть себе подібно до того, що ви побачите на супутниковій установці на аеродромі або на борту невеликого рибальського судна.

Тут ми маємо тарілку з низьким обертанням (скажімо, 1 об/хв), яка збирає націлювання на інші об’єкти (наприклад, інші судна чи літаки) з великою відстанню та низькою роздільною здатністю. Цей зворотний зв’язок із низькою роздільною здатністю може працювати для стаціонарних установок, але транспортним засобам потрібні зображення з набагато вищою роздільною здатністю та на набагато ближчій відстані.

Хоча це не офіційні дані, кількість обертів на хвилину, скажімо, Автомобіль Lexus AASRV, показаний на CES, може обертатися зі швидкістю 600 об/хв. Це збільшення обертів на хвилину дозволяє транспортному засобу складати карту свого оточення з більшою деталізацією, швидкістю (менше a десятки мілісекунд) і точність, яка є важливою на дорозі, де умови постійні змінюється.

На даний момент датчики LIDAR не створюються власними силами, але вони є комерційно доступними та дорогі. О, дуже дорого. Наприклад, першокласний датчик Velodyne може коштувати 70 000 доларів за штуку, і його можна знайти, як гіпнотично обертається на дослідницьких автомобілях Google, Lexus і Audi.

Дорожня карта до автономії

LIDAR може бути найпомітнішою частиною безпілотних технологій, але, як зазначив Пол Вільямсен, глобальний менеджер з освіти та навчання для Lexus International, каже мені, анатомія автономних транспортних засобів, включаючи LIDAR, охоплює чотири відносно широкі домени:

• Створення транспортного засобу, в якому ви можете контролювати рульове керування, подачу потужності та гальмування – все автоматично.
• Технологія, яка дозволяє транспортному засобу відчувати навколишнє середовище
• Обробка – що визначає цей транспортний засіб, які рішення він приймає на основі відчуття того, що відбувається навколо нього
• Результат – які дії виконує транспортний засіб на основі цієї обробки

Хвиля майбутнього

На додаток до LIDAR, що забезпечує сенсорний зворотний зв’язок, автономні транспортні засоби використовують не дуже нову технологію під назвою радар міліметрового діапазону, який включає різні інфрачервоні та оптичні датчики, розміщені спереду, з боків і ззаду чверті автомобіля.

Як ви, безсумнівно, пам’ятаєте на уроці природознавства в середній школі, радар міліметрового діапазону випромінює надзвичайно високу частоту (коротку) довжин хвиль, що ідеально підходить для виявлення об’єктів (автомобілів, пішоходів і великих тварин) у безпосередній близькості від автомобіля поблизу.

Інфрачервоні та оптичні датчики вже широко представлені в сучасних автомобілях Audi, Lexus, Acura, Subaru та Mercedes. Lexus 2013 LS 460, наприклад, має так звану Advanced Pre-Collision System (A-PCS). Це працює в поєднанні з радаром міліметрового діапазону, інфрачервоними проекторами на передній панелі та стереокамерою, встановленою на передній панелі. По суті, A-PCS розроблено для уникнення зіткнень на низькій швидкості шляхом сканування транспортних засобів, що знаходяться поблизу, і визначення потенційних зіткнень, і випромінювання аудіовізуальних індикаторів, якщо існує небезпека, і зрештою працює автономно, застосовуючи контрзаходи екстреного гальмування.

Як бачите, технологія автономного транспортного засобу — це суміш протоколів вимірювання й обробки. Хоча радіолокаційні датчики міліметрового діапазону можна розмістити в автомобілі та навколо нього, такі приклади, як ті, що ми бачили як на прототипах Google, так і на прототипах Lexus зазвичай є ще більше датчиків, підвішених до кронштейнів автомобіля бампери. Вони дозволяють ще краще розпізнавати радар з боків автомобіля, а не лише спереду. Таким чином можна точно збирати інформацію на суміжних смугах, перехрестях і перехрестях.

Мізки зграї

Звичайно, всю цю інформацію потрібно збирати та обробляти, тому автономні транспортні засоби зараз і в майбутньому використовуватимуть відносно потужні бортові комп’ютери. Як пояснює Пол Вільямсен з Lexus: «Автомобіль, який ми показали на виставці CES, насправді має багато потужних комп’ютерів у багажнику автомобіля, комп’ютерів, які ми з вами могли б мати на своєму робочому столі».

Навпаки, комп’ютери, які зараз займають простір у наших транспортних засобах, відносно туманні порівняно з тим, як далі пояснює Вільямсен, «найпотужніші комп’ютер у звичайному транспортному засобі – це дуже простий комп’ютер, тому що нам потрібна абсолютна повна надійність, вони працюють на досить низькій тактовій частоті, вони працюють із досить низький обсяг пам’яті та досить проста кількість слів у їхньому загальному програмуванні, і це тому, що нам потрібні абсолютні рівні якоря надійність»

«Для дослідження автономних транспортних засобів ми використовуємо комп’ютери… які в сотні чи тисячі разів потужніші для обробки, щоб зібрати разом інформацію складних зображень LIDAR та інформацію, яку ми отримуємо від кількох радарних датчиків міліметрового діапазону».

Водіння, мінус водій

Отже, у нас є LIDAR, у нас є радар міліметрового діапазону, і у нас є всемогутній мозок автобота, який керує шоу. Але що насправді рухає цифровою міс Дейзі? Щоб автономний транспортний засіб працював, ним потрібно керувати електронно, автоматично, або запозичити набагато більш науково-фантастичний термін, роботизовано. Ці «роботи» не скинуть уряд, а натомість люб’язно візьмуть на себе всі дрібниці водіння. Більше того, усі вони мають працювати в унісон і, що, можливо, важливіше, незалежно від людського впливу.

У випадку Toyota/Lexus, її транспортні засоби, а саме її гібридні транспортні засоби, вже мають те, на що посилається компанія як «складну гібридну систему», здатну електронним способом керувати гальмуванням, рульовим управлінням і прискорення. Ця конкретна сфера технологій автономних транспортних засобів є важливою, і це одна з причин, чому Google використовує гібриди Toyota/Lexus. При цьому інтернет-гіганту не потрібно розробляти власний інтерфейс з електронним керуванням, а просто знайти спосіб зворотного проектування комунікацій, які дозволяють створювати різні системи керування, газу та гальмування команди.

Незважаючи на те, що LIDAR, безперечно, є найвидатнішою візуально частиною безпілотних технологій, усі аспекти автономного транспортного засобу делікатно переплітаються з цією центральною частиною, що обертається. Автоматичне керування кермом залежить від радара міліметрового діапазону, а LIDAR, встановлений на даху, гарячково збирає та наносить на карту важливу інформацію. Цю інформацію потрібно обробити, обчислити та, зрештою, передати в автоматизований контроль; таким чином завершуючи це спокійне коло автомобільного чарівництва.

Рекомендації редакції

• Як великий синій фургон 1986 року проклав шлях до безпілотних автомобілів
• Інсайдери стверджують, що Apple Car буде повністю автономним без участі водія
• Ford показує автомобіль, призначений для служб автономних автомобілів
• Поїздка автостопом у AI від Audi: я, автономний міський автомобіль майбутнього
• Жителі Каліфорнії тепер можуть доставляти продукти автономними транспортними засобами