Atbrīvojot maģiju, ko rada sensori, kas tiek izmantoti pašpiedziņas transportlīdzekļos

Jaukā rītā jūs šķērsojat ceļu, lai sasniegtu savu biroju otrā pusē, tieši tad, kad esat pusceļā, pamanāt pretim braucošu metāla gabalu bez robota, robotu un nonākat dilemmā, nolemjot pāriet pāri vai ne? Spēcīgs jautājums nospiež jūsu domas: "Vai automašīna mani pamanīja?" Tad jūs jūtaties atvieglots, kad novērojat, ka transportlīdzekļa ātrums tiek automātiski palēnināts un tas jums ir izeja. Bet turies pie tā, kas tikko notika? Kā mašīna ieguva intelektu cilvēka līmenī?

Šajā rakstā mēs centīsimies atbildēt uz šiem jautājumiem, padziļināti izpētot sensorus, kas tiek izmantoti pašpiedziņas automašīnās, un to, kā viņi gatavojas vadīt mūsu nākotnes automašīnas. Pirms ienirt tajā, pievērsīsimies arī autonomo transportlīdzekļu pamatiem, to braukšanas standartiem, galvenajiem galvenajiem dalībniekiem, to pašreizējai izstrādes un ieviešanas stadijai utt. Visam tam mēs apsvērsim pašpiedziņas automašīnas, jo tās veido lielu tirgu autonomo transportlīdzekļu daļa.

Pašbraucošo automašīnu vēsture

Pašnovada automašīnas bez vadītāja sākotnēji iznāca no zinātniskās fantastikas, bet tagad tās ir gandrīz gatavas iet uz ceļiem. Bet tehnoloģija neradās vienā naktī; eksperimenti ar pašpiedziņas automašīnām sākās 1920. gadu beigās ar automašīnām, kuras ar radioviļņu palīdzību vadīja attālināti. Tomēr daudzsološais izmēģinājums ar šīm automašīnām sāka parādīties 1950. – 1960. Gados, ko tieši finansēja un atbalstīja tādas pētniecības organizācijas kā DARPA.

Viss sākās reālistiski tikai 2000. gados, kad sāka parādīties tehnoloģiju giganti, piemēram, Google, dodot triecienu konkurentiem, piemēram, vispārējiem motoriem, ford un citiem. Google sāka attīstīt savu pašpiedziņas automašīnu projektu, ko tagad sauc par Google waymo. Taksometru kompānija Uber nāk klajā arī ar savu pašpiedziņas automašīnu pēc kārtas, kā arī konkurenci ar Toyota, BMW, Mercedes Benz un citiem lielākajiem tirgus dalībniekiem, un līdz brīdim, kad Tesla, kuru vadīja Elons Musks, arī uzsāka tirgu, lai ražotu lietas pikants.

Braukšanas standarti

Ir liela atšķirība starp terminu pašpiedziņa un pilnībā autonoma automašīna. Šīs atšķirības pamatā ir braukšanas līmeņa standarts, kas ir paskaidrots zemāk. Šos standartus nodrošina starptautiskās inženierzinātņu un autobūves asociācijas SAE (Automobiļu inženieru biedrība) sadaļa J3016 un Eiropā Federālais autoceļu pētniecības institūts. Tā ir sešu līmeņu klasifikācija no nulles līmeņa līdz piecam līmenim. Tomēr nulles līmenis nenozīmē automatizāciju, bet pilnīgu cilvēka kontroli pār transportlīdzekli.

1. līmenis - palīdzība vadītājam: zema līmeņa palīdzība automašīnai, piemēram, paātrinājuma kontrole vai stūres vadības ierīce, bet ne abas vienlaikus. Šeit galvenos uzdevumus, piemēram, stūrēšanu, pārrāvumu, apkārtējo zināšanu, joprojām kontrolē vadītājs.

2. līmenis - daļēja automatizācija: Šajā līmenī automašīna var palīdzēt gan stūrēšanai, gan paātrinājumam, kamēr vadītājs joprojām uzrauga lielāko daļu kritisko funkciju. Tas ir visizplatītākais līmenis, ko mēs varam atrast automašīnās, kuras mūsdienās ir ceļā.

3. līmenis - nosacīta automatizācija: pārejot uz 3. līmeni, kur automašīna, izmantojot sensorus, uzrauga vides apstākļus un veic nepieciešamās darbības, piemēram, bremzēšanu un ripošanu uz stūres, turpretī cilvēka vadītājs ir iejaukties sistēmā, ja rodas kādi neparedzēti apstākļi.

4. līmenis - augsta automatizācija: tas ir augsts automatizācijas līmenis, kurā automašīna spēj veikt visu braucienu bez cilvēka ieguldījuma. Tomēr šim gadījumam ir savs nosacījums, ka vadītājs var pārslēgt automašīnu šajā režīmā tikai tad, kad sistēma konstatē, ka satiksmes apstākļi ir droši un nav sastrēguma.

5. līmenis - pilnīga automatizācija : šis līmenis ir paredzēts pilnībā automatizētām automašīnām, kuru līdz šim nav. Inženieri cenšas to panākt. Tas ļaus mums sasniegt galamērķi bez manuālas vadības ievadīšanas stūrēšanai vai bremzēm.

Dažādu veidu sensori, ko izmanto autonomos / pašpiedziņas transportlīdzekļos

Autonomos transportlīdzekļos tiek izmantoti dažādi sensoru veidi, taču lielākā daļa no tiem ietver kameru, RADAR, LIDAR un ultraskaņas sensoru izmantošanu. Stāvokli un sensoru izmanto autonomajos automašīnas tipa tiek parādīts zemāk.

Visi iepriekš minētie sensori reālā laika datus ievada elektroniskajā vadības blokā, kas pazīstams arī kā Fusion ECU, kur dati tiek apstrādāti, lai iegūtu 360 grādu informāciju par apkārtējo vidi. Vissvarīgākie sensori, kas veido pašpiedziņas transportlīdzekļu sirdi un dvēseli, ir RADAR, LIDAR un kameru sensori, taču mēs nevaram ignorēt citu sensoru, piemēram, ultraskaņas sensoru, temperatūras sensoru, joslu noteikšanas sensoru un GPS, ieguldījumu.

Zemāk redzamais grafiks ir no pētījuma, kas veikts vietnē Google Patents, koncentrējoties uz sensoru izmantošanu autonomos vai pašpiedziņas transportlīdzekļos, pētījumā tiek analizēts katras tehnoloģijas patentu lauka skaits (vairāki sensori, tostarp Lidar, sonārs, radars un kameras objektu un šķēršļu noteikšanai, klasifikācijai un izsekošanai), izmantojot pamata sensorus, ko izmanto katrā pašpiedziņas transportlīdzeklī.

Iepriekš minētajā grafikā ir parādītas pašpiedziņas transportlīdzekļu patentu pieteikšanas tendences, koncentrējoties uz sensoru izmantošanu tajā, jo varētu interpretēt, ka šo transportlīdzekļu izstrāde ar sensoru palīdzību sākās aptuveni 1970. gados. Lai gan attīstības temps nebija pietiekami ātrs, bet pieauga ļoti lēni. Iemesli tam varētu būt daudzi, piemēram, neattīstītas rūpnīcas, neattīstītas atbilstošas ​​izpētes iespējas un laboratorijas, augstākās klases skaitļošanas un, protams, ātrgaitas interneta, mākoņa un malu arhitektūras nepieejamība pašpiedziņas transportlīdzekļu aprēķināšanai un lēmumu pieņemšanai.

2007.-2010. Gadā pēkšņi attīstījās šī tehnoloģija. Tā kā šajā periodā par to bija atbildīgs tikai viens uzņēmums, ti, General motors, un nākamajos gados šīm sacensībām pievienojās tehnoloģiju gigants Google, un tagad pie šīs tehnoloģijas strādā dažādi uzņēmumi.

Turpmākajos gados var prognozēt, ka šajā tehnoloģiju jomā ienāks pilnīgi jauns uzņēmumu kopums, kas dažādos veidos turpinās pētījumu.

RADAR automobiļi ar pašpiedziņu

Radaram ir svarīga loma, palīdzot transportlīdzekļiem izprast tā sistēmu. Mēs jau iepriekš esam izveidojuši vienkāršu ultraskaņas Arduino radaru sistēmu. Radara tehnoloģija pirmo reizi tika plaši izplatīta Otrā pasaules kara laikā, vācu izgudrotāja Kristiana Huelsmeijera patenta “telemobiloscope” pielietojot agrīnu radaru tehnoloģijas ieviešanu, kas varētu atklāt kuģus līdz 3000 m attālumā.

Mūsdienās radaru tehnoloģijas attīstība visā pasaulē ir radījusi daudzus gadījumus militārajā jomā, lidmašīnās, kuģos un zemūdenēs.

Kā darbojas radars?

RADAR ir akronīms ra DIO d etection nd r anging, un diezgan daudz no tā nosaukuma var saprast, ka tas darbojas uz radio viļņiem. Raidītājs raida radio signālus visos virzienos, un, ja ceļā ir kāds objekts vai šķērslis, šie radioviļņi atspoguļojas atpakaļ uz radara uztvērēju, raidītāja un uztvērēja frekvences atšķirība ir proporcionāla ceļa laikam un to var izmantot, lai izmērītu attālumus un nošķir dažādus objektu tipus.

Zemāk redzamajā attēlā parādīts radara pārraides un uztveršanas grafiks, kur sarkanā līnija ir pārraidītais signāls un zilās līnijas ir uztvertie signāli no dažādiem objektiem laika gaitā. Tā kā mēs zinām pārraidītā un saņemtā signāla laiku, mēs varam veikt FFT analīzi, lai aprēķinātu objekta attālumu no sensora.

RADAR izmantošana pašpiedziņas automašīnās

RADAR ir viens no sensoriem, kas brauc aiz automašīnas lokšņu metāla, lai padarītu to autonomu. Tā ir tehnoloģija, kas automobiļu ražošanā ir bijusi kopš 20 gadiem līdz šim, un ļauj automašīnai pielāgoties kruīza kontrolei un automātiskai izmantošanai. avārijas bremzēšana. Atšķirībā no redzes sistēmām, piemēram, kameru, tā var redzēt naktī vai sliktos laika apstākļos un var prognozēt objekta attālumu un ātrumu no simtiem pagalmu.

RADAR trūkums ir tas, ka pat ļoti progresīvie radari nevar skaidri paredzēt savu vidi. Apsveriet, ka esat velosipēdists, kas stāv automašīnas priekšā, šeit Radars nevar droši paredzēt, ka esat velosipēdists, taču tas var identificēt jūs kā objektu vai šķērsli un veikt nepieciešamās darbības, kā arī nevar paredzēt virzienu ar kuru jūs saskaras, var noteikt tikai jūsu ātrumu un kustības virzienu.

Lai brauktu kā cilvēki, transportlīdzekļiem vispirms jāredz kā cilvēkiem. Diemžēl RADAR nav īpaši specifisks, tas ir jāizmanto kopā ar citiem sensoriem autonomos transportlīdzekļos. Lielākā daļa automašīnu ražošanas uzņēmumu, piemēram, Google, Uber, Toyota un Waymo, lielā mērā paļaujas uz citu sensoru, ko sauc par LiDAR, jo tie ir specifiski, taču to darbības rādiuss ir tikai daži simti metru. Tas ir vienīgais izņēmums autonomajam automobiļu ražotājam TESLA, jo viņi kā galveno sensoru izmanto RADAR, un Musks ir pārliecināts, ka viņiem nekad nebūs vajadzīga LiDAR viņu sistēmās.

Iepriekš ar Radar Technology nebija daudz attīstīts, bet tagad to nozīme autonomos transportlīdzekļos. RADAR sistēmas attīstību veic dažādi Tech uzņēmumi un jaunie uzņēmumi. Par uzņēmumiem, kas ir izgudrot lomu Radar mobilitāte ir uzskaitītas zemāk

BOSCH

Bosch jaunākā RADAR versija palīdz izveidot vietējo karti, pa kuru transportlīdzeklis var braukt. Viņi izmanto kartes slāni kopā ar RADAR, kas ļauj noskaidrot atrašanās vietu, pamatojoties uz GPS un RADAR informāciju, līdzīgi kā izveidojot ceļa parakstus.

Pievienojot ievadus no GPS un RADAR, Bosch sistēma var iegūt reāllaika datus un salīdzināt tos ar bāzes karti, saskaņot abu modeļus un ar lielu precizitāti noteikt to atrašanās vietas.

Ar šīs tehnoloģijas palīdzību automašīna var braukt sliktos laika apstākļos, daudz nepaļaujoties uz kamerām un LiDAR.

WaveSense

WaveSense ir Bostonā bāzēta RADAR kompānija, kas uzskata, ka pašpiedziņas automašīnām apkārtējie nav jāuztver tāpat kā cilvēki.

Viņu RADAR, atšķirībā no citām sistēmām, izmanto zemes viļņus, lai redzētu cauri ceļiem, izveidojot ceļa virsmas karti. Viņu sistēmas pārraida radioviļņus 10 pēdas zem ceļa un atgūst signālu, kas kartē augsnes tipu, blīvumu, ieži un infrastruktūru.

Karte ir unikāls ceļa nospiedums. Automašīnas var salīdzināt savu atrašanās vietu ar iepriekš ielādētu karti un lokalizēties 2 centimetru attālumā horizontāli un 15 centimetru attālumā vertikāli.

Viļņu intensitātes tehnoloģija arī nav atkarīga no laika apstākļiem. Zemes caurlaidīgais radars tradicionāli tiek izmantots arheoloģijā, cauruļvadu darbos un glābšanā; waveens ir pirmais uzņēmums, kas to izmanto automobiļu vajadzībām.

Lunewave

Sfēras formas antenas RADAR industrija atpazīst kopš vācu fiziķa Rūdolfa Luneburgas parādīšanās 1940. gadā. Tie var nodrošināt 360 grādu sensoru spēju, taču līdz šim problēma bija tā, ka tos bija grūti izgatavot mazos izmēros, lai tos izmantotu automobiļiem.

Ar 3D drukāšanas rezultātu tos varēja viegli noformēt. Lunewave projektē 360 grādu antenas ar 3D drukāšanas palīdzību aptuveni līdz galda tenisa bumbiņas izmēram.

Unikālais antenu dizains ļauj RADAR uztvert šķēršļus 380 jardu attālumā, kas ir gandrīz divreiz vairāk nekā to varētu panākt ar parastu antenu. Turklāt sfēra ļauj uztvert 360 grādu spēju no vienas vienības, nevis 20 grādu tradicionālo skatu. Neliela izmēra dēļ to ir vieglāk integrēt sistēmā, un RADAR vienību samazināšana samazina procesora vairāku attēlu sašūšanas slodzi.

LiDars pašpiedziņas transportlīdzekļos

LIDAR apzīmē Li ght D etection nd R anging, tas ir attēlveidošanas metode tāpat kā radars, bet tā vietā izmantojot radioviļņus tā izmanto gaismas (lāzera) attiecībā uz attēlveidošanas apkārtni. Ar punktu mākoņa palīdzību tas var viegli ģenerēt apkārtnes 3D karti. Tomēr tas nevar saskaņot kameras izšķirtspēju, taču tas tomēr ir pietiekami skaidrs, lai noteiktu objekta virzienu.

Kā darbojas LiDAR?

LiDAR parasti var redzēt pašpiedziņas transportlīdzekļu augšdaļā kā vērpšanas moduli. Griežoties, tas izstaro gaismu ar lielu ātrumu 150 000 impulsu sekundē un pēc tam mēra laiku, kas vajadzīgs, lai viņi varētu atgriezties pēc tam, kad trāpījuši priekšā esošajiem šķēršļiem. Gaismai pārvietojoties lielā ātrumā, 300 000 kilometru sekundē, tā var viegli izmērīt šķēršļa attālumus, izmantojot formulu Distance = (Gaismas ātrums x Lidojuma laiks) / 2 un kā dažādu punktu attālumu vide ir savākta, to izmanto, lai izveidotu punktu mākoni, kuru varētu interpretēt 3D attēlos. LiDAR parasti mēra objektu faktiskos izmērus, kas dod plus punktu, ja tos izmanto automobiļos. Šajā rakstā varat uzzināt vairāk par LiDAR un tā darbību.

LiDar izmantošana automašīnās

Lai gan šķiet, ka LiDAR ir nepielūdzama attēlveidošanas tehnoloģija, tam ir savi trūkumi

• Augstas darbības izmaksas un grūta apkope
• Neefektīva stipra lietus laikā
• Slikta attēlveidošana vietās ar augstu saules leņķi vai milzīgu atstarojumu

Papildus šiem trūkumiem uzņēmumi, piemēram, Waymo, iegulda daudz līdzekļu šajā tehnoloģijā, lai uzlabotu to, jo viņi ļoti paļaujas uz šo tehnoloģiju saviem transportlīdzekļiem, pat Waymo izmanto LiDAR kā galveno sensoru vides attēlveidošanai.

Bet tomēr ir tādi uzņēmumi kā Tesla, kas iebilst pret LiDAR izmantošanu savos transportlīdzekļos. Tesla izpilddirektors Elons Musks nesen izteica komentāru par LiDAR “ lidar ir muļķa uzdevums un ikviens, kurš paļaujas uz lidar, ir lemts ” lietošanu. Viņa uzņēmums Tesla ir spējis sasniegt pašpiedziņu bez LiDAR, Teslā izmantotie sensori un tā pārklājuma diapazons ir parādīts zemāk.

Tas notiek tieši pret tādiem uzņēmumiem kā Ford, GM Cruise, Uber un Waymo, kuri domā, ka LiDAR ir būtiska sensoru komplekta sastāvdaļa, muskuss Citēts uz tā: “ LiDAR ir klibs, viņi izmetīs LiDAR, atzīmējiet manus vārdus. Tā ir mana prognoze. ” Arī universitātes atbalsta muskusa lēmumu par LiDAR dempingu, jo divas lētas kameras abās transportlīdzekļa pusēs var atklāt objektus ar gandrīz LiDAR precizitāti tikai ar nelielu daļu no LiDAR izmaksām. Kameras, kas novietotas Tesla automašīnas abās pusēs, ir parādītas zemāk esošajā attēlā.

Kameras pašpiedziņas transportlīdzekļos

Visi pašpiedziņas transportlīdzekļi izmanto vairākas kameras, lai 360 grādu skatu uz apkārtējo vidi. Tiek izmantotas vairākas kameras no katras puses, piemēram, priekšpuses, aizmugures, kreisās un labās puses, un visbeidzot attēli tiek sašūti kopā, lai būtu 360 grādu skats. Lai gan dažām kamerām ir plašs redzamības lauks līdz pat 120 grādiem un mazāks darbības rādiuss, bet otra koncentrējas uz šaurāku skatu, lai nodrošinātu tālu redzamību. Dažām šo transportlīdzekļu kamerām ir zivju acs efekts, lai būtu ļoti plašs panorāmas skats. Visas šīs kameras tiek izmantotas kopā ar dažiem datora redzamības algoritmiem, kas veic visu transportlīdzekļa analīzi un noteikšanu. Varat arī apskatīt citus ar attēlu apstrādi saistītus rakstus, par kuriem esam runājuši iepriekš.

Kameras izmantošana automašīnās

Transportlīdzekļos esošās kameras tiek izmantotas ilgu laiku, izmantojot tādu lietojumprogrammu kā palīdzība stāvvietā un automašīnu aizmugures uzraudzība. Pašlaik vadāmo transportlīdzekļu tehnoloģija arvien vairāk pārdomā kameras lomu transportlīdzekļos. Kameras nodrošina 360 grādu apkārtējo skatu uz vidi, kameras spēj autonomi vadīt transportlīdzekļus pa ceļu.

Lai iegūtu ceļa telpisko skatu, kameras tiek integrētas dažādās transportlīdzekļa vietās, priekšā tiek izmantots plaša skata kameras sensors, kas pazīstams arī kā binokulārās redzes sistēma, un kreisajā un labajā pusē tiek izmantotas monokulārās redzes sistēmas un aizmugurē. beigās tiek izmantota stāvēšanas kamera. Visas šīs kameru vienības noved attēlus vadības blokos, un tas savieno attēlus, lai iegūtu telpisko skatu.

Cita veida sensori pašpiedziņas transportlīdzekļos

Papildus iepriekšminētajiem trim sensoriem ir arī daži citi sensoru veidi, kurus izmanto pašpiedziņas transportlīdzekļos dažādiem mērķiem, piemēram, joslu noteikšanai, riepu spiediena kontrolei, temperatūras kontrolei, ārējā apgaismojuma kontrolei, telemātikas sistēmai, lukturu vadībai utt.

Pašpiedziņas transportlīdzekļu nākotne ir aizraujoša, un tā joprojām tiek izstrādāta, nākotnē daudzi uzņēmumi nāks klajā ar sacensībām, un līdz ar to tiktu izveidoti daudzi jauni likumi un standarti, lai droši izmantotu šo tehnoloģiju.