Dezamăgirea magiei din spatele senzorilor utilizați în vehiculele care conduc singuri

Într-o dimineață frumoasă traversezi drumul pentru a ajunge la biroul tău de cealaltă parte, exact când ești la jumătatea drumului, observi o bucată de metal fără șofer, un robot, care avansează spre și te afli într-o dilemă care decide să treci drum sau nu? O întrebare puternică vă apasă mintea: „Mașina m-a observat?” Apoi, vă simțiți ușurat când observați că viteza vehiculului este încetinită automat și vă face o ieșire. Dar țineți ce tocmai s-a întâmplat? Cum a obținut o mașină inteligență la nivel uman?

În acest articol vom încerca să răspundem la aceste întrebări aruncând o privire aprofundată asupra senzorilor utilizați în mașinile cu conducere automată și cum se pregătesc să conducă mașinile viitorului nostru. Înainte de a ne arunca cu capul în asta, haideți să ajungem și la noțiunile de bază ale vehiculelor autonome, standardelor lor de conducere, principalii jucători cheie, stadiul actual de dezvoltare și desfășurare etc. cota vehiculelor autonome.

Istoria autoturismelor

Mașinile cu conducere automată fără șofer au ieșit inițial din science fiction, dar acum sunt aproape gata să intre pe drumuri. Dar tehnologia nu a apărut peste noapte; experimentele pe mașinile cu conducere automată au început la sfârșitul anilor 1920, cu mașinile controlate cu ajutorul undelor radio de la distanță. Cu toate acestea, procesul promițător al acestor mașini a început să apară în anii 1950-1960, fiind finanțat direct și susținut de organizații de cercetare precum DARPA.

Lucrurile au început să fie realiste abia în anii 2000, când gigantii tehnologici, cum ar fi Google, încep să vină înainte pentru a da o lovitură companiilor sale din domeniu, cum ar fi motoare generale, Ford și altele. Google a început prin a-și dezvolta proiectul de mașină cu conducere automată numit acum ca Google waymo. Compania de taxi Uber își prezintă, de asemenea, mașina cu conducere automată la rând, împreună cu concurența cu Toyota, BMW, Mercedes Benz și alți jucători importanți de pe piață, iar până când Tesla condus de Elon Musk a lovit piața pentru a face lucruri picant.

Standarde de conducere

Există o mare diferență între termenul de mașină cu conducere automată și mașină complet autonomă. Această diferență se bazează pe nivelul de conducere standard, care este explicat mai jos. Aceste standarde sunt date de secțiunea J3016 a asociației internaționale de inginerie și industrie auto, SAE (Society of Automotive Engineers), iar în Europa de către Institutul Federal de Cercetare a Autostrăzilor. Este o clasificare de șase niveluri de la nivelul zero la nivelul cinci. Cu toate acestea, nivelul zero nu presupune nicio automatizare, ci un control uman complet al vehiculului.

Nivelul 1 - Asistență șofer: O asistență la nivel scăzut a mașinii, cum ar fi controlul accelerației sau comanda direcției, dar nu ambele simultan. Aici sarcinile majore, cum ar fi direcția, spargerea, cunoașterea împrejurimilor sunt încă controlate de șofer.

Nivelul 2 - Automatizare parțială: la acest nivel, mașina poate ajuta atât direcția, cât și accelerația, în timp ce majoritatea caracteristicilor critice sunt încă monitorizate de șofer. Acesta este cel mai comun nivel pe care îl putem găsi în mașinile care circulă în zilele noastre.

Nivelul 3 - Automatizare condiționată : Trecerea la nivelul 3, unde mașina monitorizează condițiile de mediu folosind senzori și ia măsurile necesare, cum ar fi frânarea și rularea pe direcție, în timp ce șoferul uman este acolo pentru a interveni în cazul în care apare o condiție neașteptată.

Nivelul 4 - Automatizare înaltă : Acesta este un nivel înalt de automatizare în care mașina este capabilă să finalizeze întreaga călătorie fără aportul uman. Cu toate acestea, acest caz vine cu condiția proprie ca șoferul să poată comuta mașina în acest mod numai atunci când sistemul detectează că condițiile de trafic sunt sigure și nu există blocaj.

Nivelul 5 - Automatizare completă : acest nivel este pentru mașinile complet automatizate care nu există până în prezent. Inginerii încearcă să realizeze acest lucru. Acest lucru ne va permite să ajungem la destinație fără o comandă manuală la direcție sau la frâne.

Diferite tipuri de senzori utilizați în vehicule autonome / autonome

Există diferite tipuri de senzori utilizați în vehiculele autonome, dar majoritatea acestora includ utilizarea de camere, RADAR-uri, LIDAR-uri și senzori cu ultrasunete. Poziția și tipul senzorilor utilizați în mașinile autonome sunt prezentate mai jos.

Toți senzorii menționați mai sus alimentează datele în timp real către unitatea de control electronic, cunoscută și sub numele de Fusion ECU, unde datele sunt procesate pentru a obține informațiile de 360 de grade ale mediului înconjurător. Cei mai importanți senzori care formează inima și sufletul autovehiculelor sunt senzorii RADAR, LIDAR și ai camerei, dar nu putem ignora contribuția altor senzori, cum ar fi senzorii cu ultrasunete, senzorii de temperatură, senzorii de detectare a benzii de rulare și GPS, de asemenea..

Graficul prezentat mai jos provine din studiul de cercetare realizat pe brevetele Google, care se concentrează pe utilizarea senzorilor în vehicule autonome sau cu conducere automată, studiul analizează numărul câmpului de brevet pe fiecare tehnologie (senzori multipli, inclusiv, Lidar, sonar, radar și camere pentru detectarea, clasificarea și urmărirea obiectelor și obstacolelor) utilizând senzori de bază utilizați în fiecare vehicul cu conducere automată.

Graficul de mai sus prezintă tendințele de depunere a brevetelor pentru vehiculele cu conducere automată, concentrându-se pe utilizarea senzorilor din acesta, deoarece s-ar putea interpreta că dezvoltarea acestor vehicule cu ajutorul senzorilor a început în jurul anilor 1970. Deși ritmul de dezvoltare nu a fost suficient de rapid, ci a crescut într-un ritm foarte lent. Motivele pot fi numeroase, cum ar fi fabricile nedezvoltate, facilitățile de cercetare și laboratoarele nedezvoltate, indisponibilitatea computerelor de ultimă generație și, desigur, indisponibilitatea internetului de mare viteză, arhitecturilor cloud și de margine pentru calculul și luarea deciziilor vehiculelor cu conducere automată.

În 2007-2010 a existat o creștere bruscă a acestei tehnologii. Deoarece, în această perioadă, a existat o singură companie responsabilă de aceasta, adică General Motors, iar în următorii ani acestei curse i s-a alăturat gigantul tehnologic Google, iar acum diverse companii lucrează la această tehnologie.

În următorii ani se poate prognoza că un set complet nou de companii vor intra în acest domeniu tehnologic, ducând cercetarea mai departe în diferite moduri.

RADAR-urile în autovehicule cu conducere automată

Radarul joacă un rol important, ajutând vehiculele să-i înțeleagă sistemul, am construit deja un sistem radar cu ultrasunete simplu, cu ultrasunete. Tehnologia radar și-a găsit prima dată utilizarea larg răspândită în timpul celui de-al doilea război mondial, cu aplicarea inventatorului german Christian Huelsmeyer brevetată „telemobiloscopul”, o implementare timpurie a tehnologiei radar care ar putea detecta nave de până la 3000 m distanță.

Avansată rapid astăzi, dezvoltarea tehnologiei radar a adus numeroase cazuri de utilizare în întreaga lume în armată, avioane, nave și submarine.

Cum funcționează radarul?

RADAR este un acronim pentru ra dio d etection a doua r anging, și destul de mult de la numele său, se poate înțelege că funcționează pe unde radio. Un transmițător transmite semnalele radio în toate direcțiile și dacă există un obiect sau un obstacol în cale, aceste unde radio se reflectă înapoi la receptorul radar, diferența de frecvență a transmițătorului și a receptorului este proporțională cu timpul de deplasare și poate fi utilizată pentru a măsura distanțează și distinge între diferite tipuri de obiecte.

Imaginea de mai jos prezintă graficul de transmisie și recepție radar, unde linia roșie este semnalul transmis, iar liniile albastre sunt semnalele primite de la diferite obiecte în timp. Deoarece cunoaștem timpul semnalului transmis și primit putem efectua analize FFT pentru a calcula distanța obiectului de la senzor.

Utilizarea RADAR în mașinile cu autovehicule

RADAR este unul dintre senzorii care se deplasează în spatele tablelor de mașină pentru ao face autonomă, este o tehnologie care a fost în producția de mașini de la 20 de ani până acum și face posibil ca o mașină să aibă control automat al vitezei de croazieră și automat frânarea de urgență. Spre deosebire de sistemele de vizionare, cum ar fi camera, poate vedea noaptea sau pe vreme rea și poate prezice distanța și viteza obiectului de la sute de metri.

Dezavantajul cu RADAR este că, chiar și radarele extrem de avansate nu își pot prezice mediul în mod clar. Luați în considerare faptul că sunteți un ciclist care stă în fața unei mașini, aici Radar nu poate prezice cu siguranță că sunteți un ciclist, dar vă poate identifica ca obiect sau obstacol și poate face acțiunile necesare, de asemenea, nu poate prezice direcția în cu care te confrunți nu poate detecta decât viteza și direcția de mișcare.

Pentru a conduce ca oamenii, vehiculele trebuie să vadă mai întâi ca oamenii. Din păcate, RADAR nu este foarte detaliat, trebuie utilizat în combinație cu alți senzori din vehiculele autonome. Majoritatea companiilor producătoare de mașini precum Google, Uber, Toyota și Waymo se bazează foarte mult pe un alt senzor numit LiDAR, deoarece sunt specifice detaliilor, dar autonomia lor este de doar câteva sute de metri. Aceasta este o singură excepție de la producătorul autonom TESLA, deoarece utilizează RADAR ca senzor principal și Musk este încrezător că nu vor avea niciodată nevoie de LiDAR în sistemele lor.

Anterior, nu s-au întâmplat prea multe dezvoltări cu tehnologia radar, dar acum cu importanța lor în vehiculele autonome. Progresul în sistemul RADAR este creat de diverse companii și startup-uri de tehnologie. Cele Companiile care sunt reinventarea rolul RADAR în mobilitate sunt enumerate mai jos

BOSCH

Cea mai recentă versiune RADAR de la Bosch ajută la crearea unei hărți locale pe care vehiculul poate circula. Folosesc un strat de hartă în combinație cu RADAR care permite stabilirea locației pe baza informațiilor GPS și RADAR similare cu crearea semnăturilor rutiere.

Prin adăugarea intrărilor de pe GPS și RADAR, sistemul Bosch poate prelua date în timp real și le poate compara cu harta de bază, potrivi modelele dintre cele două și poate determina locațiile sale cu o precizie ridicată.

Cu ajutorul acestei tehnologii, mașina se poate conduce singură în condiții meteorologice nefavorabile, fără să se bazeze prea mult pe camere și LiDAR.

WaveSense

WaveSense este o companie RADAR din Boston, care consideră că mașinile cu conducere automată nu trebuie să perceapă împrejurimile la fel ca oamenii.

RADAR-ul lor, spre deosebire de celelalte sisteme, folosește valuri care pătrund în sol pentru a vedea prin drumuri creând o hartă a suprafeței drumului. Sistemele lor transmit undele radio la 10 picioare sub șosea și primesc semnalul care mapează tipul de sol, densitatea, rocile și infrastructura.

Harta este o amprentă unică a drumului. Mașinile își pot compara poziția cu o hartă preîncărcată și se pot localiza în limita a 2 centimetri orizontal și de 15 centimetri vertical.

Tehnologia waveense nu depinde nici de condițiile meteorologice. Radarul de penetrare a solului este utilizat în mod tradițional în arheologie, lucrări de conducte și salvări; WaveSense este prima companie care îl folosește în scopuri auto.

Lunewave

Antenele în formă de sferă sunt recunoscute de industria RADAR de la apariția lor în 1940 de către fizicianul german Rudolf Luneburg. Ele pot oferi o capacitate de detectare de 360 de grade, dar până acum problema era că erau greu de fabricat într-o dimensiune mică pentru utilizare auto.

Odată cu rezultatul imprimării 3D, acestea ar putea fi proiectate cu ușurință. Lunewave proiectează antene la 360 de grade cu ajutorul imprimării 3D aproximativ la dimensiunea unei mingi de ping-pong.

Designul unic al antenelor permite RADAR-ului să simtă obstacol la o distanță de 380 de metri, ceea ce este aproape dublu decât ar putea fi atins de o antenă normală. Mai mult, sfera permite capacitatea de detectare de 360 de grade dintr-o singură unitate, mai degrabă decât vizualizarea tradițională de 20 de grade. Datorită dimensiunilor reduse, este mai ușor să îl integrați în sistem, iar reducerea unităților RADAR scade sarcina de cusătură multi-imagine asupra procesorului.

LiDars în vehicule cu conducere automată

LIDAR standuri pentru Li GHT D etection a doua R anging, este o tehnica de imagistica la fel ca RADAR, dar în loc prin intermediul undelor radio - l folosește lumina (laser) pentru imagini din împrejurimi. Poate genera cu ușurință o hartă 3D a împrejurimilor cu ajutorul unui nor de puncte. Cu toate acestea, nu se potrivește cu rezoluția camerei, dar totuși este suficient de clar pentru a indica direcția în care se confruntă un obiect.

Cum funcționează LiDAR?

LiDAR poate fi văzut de obicei pe partea de sus a vehiculelor cu conducere automată ca un modul rotativ. Pe măsură ce se rotește, emite lumină cu o viteză mare de 150.000 de impulsuri pe secundă și apoi măsoară timpul necesar pentru ca aceștia să se întoarcă înapoi după ce au lovit obstacolele din fața sa. Pe măsură ce lumina se deplasează cu o viteză mare, 300.000 de kilometri pe secundă, poate măsura distanțele obstacolului cu ușurință cu ajutorul formulei Distance = (Speed of Light x Time of Flight) / 2 și ca distanță a diferitelor puncte din mediul este adunat, este folosit pentru a forma un nor de puncte care ar putea fi interpretat în imagini 3D. LiDAR măsoară de obicei dimensiunile reale ale obiectelor, ceea ce oferă un punct plus, dacă este utilizat în vehiculele auto. Puteți afla mai multe despre LiDAR și funcționarea sa în acest articol.

Utilizarea LiDar în mașini

Deși LiDAR pare a fi o tehnologie de imagistică implacabilă, are propriile sale dezavantaje

Cost operativ ridicat și întreținere dură
Ineficient în timpul ploilor abundente
Imagini slabe în locuri cu unghi ridicat al soarelui sau reflexii uriașe

Pe lângă aceste dezavantaje, companii precum Waymo investesc puternic în această tehnologie pentru ao îmbunătăți, deoarece se bazează foarte mult pe această tehnologie pentru vehiculele lor, chiar și Waymo folosește LiDAR ca senzor principal pentru imagistica mediului.

Dar totuși există companii precum Tesla care se opun folosirii LiDAR-urilor în vehiculele lor. CEO-ul Tesla, Elon Musk, a făcut recent un comentariu cu privire la utilizarea lui lidar „ lidar este o misiune a prostului și oricine se bazează pe lidar este condamnat ”. Compania sa Tesla a reușit să conducă singură fără LiDAR, senzorii utilizați în Tesla și gama sa de acoperire sunt prezentate mai jos.

Acest lucru vine direct împotriva companiilor precum Ford, GM Cruise, Uber și Waymo care cred că LiDAR este o parte esențială a setului de senzori, mosc Citat pe el ca „ LiDAR este șchiop, Vor arunca LiDAR, marchează cuvintele mele. Aceasta este prezicerea mea. ” De asemenea, universitățile susțin decizia Musk de a arunca LiDAR, deoarece două camere ieftine de pe ambele părți ale unui vehicul pot detecta obiecte cu precizie aproape LiDAR cu doar o fracțiune din costul LiDAR. Camerele plasate de ambele părți ale unei mașini Tesla sunt prezentate în imaginea de mai jos.

Camere foto în vehicule cu conducere automată

Toate vehiculele cu conducere automată utilizează mai multe camere pentru a avea o vedere de 360 de grade a mediului înconjurător. Sunt utilizate mai multe camere din fiecare parte, cum ar fi fața, spatele, stânga și dreapta, iar în cele din urmă imaginile sunt cusute împreună pentru a avea o vizualizare de 360 de grade. În timp ce unele camere au un câmp vizual larg de 120 de grade și o rază de acțiune mai mică, iar cealaltă se concentrează pe o vizualizare mai îngustă pentru a oferi imagini cu rază lungă de acțiune. Unele camere din aceste vehicule au efect de ochi de pește pentru a avea o vedere panoramică super largă. Toate aceste camere sunt utilizate cu niște algoritmi de viziune pe computer care efectuează toate analizele și detectarea vehiculului. De asemenea, puteți consulta alte articole legate de procesarea imaginilor pe care le-am tratat anterior.

Utilizarea camerei în mașini

Camerele din vehicule sunt folosite mult timp cu o aplicație, cum ar fi asistența la parcare și monitorizarea din spate a mașinilor. Acum, pe măsură ce tehnologia autovehiculului se dezvoltă, rolul camerei în vehicule este re-gândit. În timp ce oferă o vedere înconjurătoare de 360 de grade asupra mediului, camerele sunt capabile să conducă vehiculele în mod autonom pe drum.

Pentru a avea o vedere surround a drumului, camerele sunt integrate în diferite locații ale vehiculului, în față se utilizează un senzor de cameră cu vedere largă, cunoscut și sub numele de sistem de viziune binoculară, iar în partea stângă și dreaptă sunt utilizate sisteme de vizualizare monoculare și în spate se utilizează o cameră de parcare. Toate aceste unități de cameră aduc imaginile către unitățile de control și cusătură imaginile pentru a avea o vedere surround.

Alte tipuri de senzori în vehiculele cu autovehicule

În afară de cei trei senzori de mai sus, există și un alt tip de senzori care sunt utilizați în vehicule cu conducere automată în diverse scopuri, cum ar fi detectarea benzii, monitorizarea presiunii în anvelope, controlul temperaturii, controlul iluminării exterioare, sistem telematic, control al farurilor etc.

Viitorul vehiculelor cu conducere automată este interesant și este încă în curs de dezvoltare, în viitor multe companii ar urma să alerge la cursă și, odată cu aceasta, s-ar crea multe noi legi și standarde pentru a utiliza în siguranță această tehnologie.