- Az önvezető autók története
- Különböző típusú érzékelők, amelyeket önálló / önvezető járműveknél használnak
- RADAR-ok az önvezető járművekben
- LiDars az önvezető járművekben
- Kamerák az önvezető járművekben
- Más típusú érzékelők az önvezető járművekben
Egy szép reggel átlépi az utat, hogy elérje az irodáját a másik oldalon. Éppen akkor, amikor a felénél halad, észrevesz egy vezető nélküli fémdarabot, egy robotot, amely felé halad, és dilemmába kerül, amikor úgy dönt, hogy átlépi a út vagy sem? Egy erős kérdés nyomja meg a fejét: „Észrevett-e az autó?” Akkor megkönnyebbül, amikor azt veszi észre, hogy a jármű sebessége automatikusan lassul, és ez kiutat jelent az Ön számára. De tartsd be, ami most történt? Hogyan szerzett egy gép emberi szintű intelligenciát?
Ebben a cikkben megpróbáljuk megválaszolni ezeket a kérdéseket azáltal, hogy alaposan megvizsgáljuk az önvezető autókban használt érzékelőket és azt, hogy miként készülnek a jövőnk autóinak vezetésére. Mielőtt ebbe belevetnénk magunkat, ismerkedjünk meg az autonóm járművek alapjaival, vezetési színvonalával, a legfontosabb kulcsszereplőkkel, a jelenlegi fejlesztési és bevezetési szakaszukkal stb. Mindehhez az önvezető autókat is figyelembe vesszük, mert nagy piacot jelentenek. az autonóm járművek aránya.
Az önvezető autók története
A vezető nélküli önvezető autók eredetileg a tudományos-fantasztikus irodalomból kerültek ki, de most már szinte készek az utakra. De a technológia nem egyik napról a másikra jelent meg; az 1920-as évek végén megkezdődtek az önvezető autókon végzett kísérletek a rádióhullámok segítségével távvezérelt autókkal. Ezeknek az autóknak az ígéretes próbája azonban az 1950-1960-as években kezdett megjelenni, amelyet egyenesen finanszíroztak és támogattak olyan kutatói szervezetek, mint a DARPA.
A dolgok csak a 2000-es években kezdtek reális lenni, amikor az olyan technológiai óriások, mint a Google, elkezdtek jelentkezni, mert csapást mértek olyan rivális terepi vállalatokra, mint az általános motorok, a Ford és mások. A Google azzal kezdte, hogy kifejlesztette önvezető autóprojektjét, amelyet ma Google waymo-nak hívnak. Az Uber taxitársaság szintén sorban jelentkezik önvezető autójával, valamint a Toyota, a BMW, a Mercedes Benz és a piac többi fontos szereplőjével folytatott versenyével, és mire az Elon Musk által vezetett Tesla is felpattant a piacon, hogy dolgokat készítsen fűszeres.
Vezetési előírások
Nagy különbség van az önvezető autó és a teljesen autonóm autó kifejezés között. Ez a különbség az alábbiakban ismertetett vezetési színvonalon alapul. Ezeket a szabványokat a nemzetközi mérnöki és autóipari szövetség, a SAE (Autóipari Mérnökök Társasága) J3016 szekciója, Európában pedig a Szövetségi Autópálya Kutató Intézet adja. Ez egy hatszintű besorolás a nullától az ötödik szintig. A nulla szint azonban nem jelenti az automatizálást, hanem a jármű teljes emberi irányítását.
1. szint - vezetői segítség: Az autó alacsony szintű segítsége, például gyorsulásszabályozás vagy kormánymű, de nem mindkettő egyszerre. Itt a fő feladatokat, mint például a kormányzás, a törés, a környezet ismerete, továbbra is a sofőr irányítja.
2. szint - Részleges automatizálás: Ezen a szinten az autó mind a kormányzást, mind a gyorsulást segítheti, miközben a kritikus jellemzők többségét a sofőr továbbra is figyelemmel kíséri. Ez a leggyakoribb szint, amelyet manapság úton lévő autóknál találunk.
3. szint - Feltételes automatizálás: Haladjon tovább a 3. szintre, ahol az autó érzékelők segítségével figyeli a környezeti feltételeket, és megteszi a szükséges intézkedéseket, például fékez és gurul a kormányon, míg az emberi vezető ott van, hogy beavatkozhasson a rendszerbe, ha bármilyen váratlan állapot lép fel.
4. szint - Magas automatizálás: Ez az automatizálás magas szintje, amelyben az autó emberi teljesítés nélkül képes teljes útját teljesíteni. Ennek az esetnek azonban megvan a maga feltétele, hogy a sofőr csak akkor kapcsolhatja be az autót ebbe az üzemmódba, ha a rendszer észleli, hogy a forgalmi viszonyok biztonságosak és nincs forgalmi dugó.
5. szint - Teljes automatizálás: Ez a szint a teljesen automatizált autókra vonatkozik, amelyek a mai napig nem léteznek. A mérnökök megpróbálják megvalósítani. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy a kormányzás vagy a fékek kézi vezérlése nélkül érjük el célpontunkat.
Különböző típusú érzékelők, amelyeket önálló / önvezető járműveknél használnak
Különböző típusú érzékelőket használnak az autonóm járművekben, de ezek közül a főbbek közé tartozik a kamerák, RADAR-ok, LIDAR-ok és ultrahangos érzékelők használata. Az alábbiakban bemutatjuk az autonóm autókban használt érzékelők helyzetét és típusát.
A fent említett szenzorok a valós idejű adatokat a Fusion ECU néven ismert elektronikus vezérlőegységhez továbbítják, ahol az adatokat a környező környezet 360 fokos információinak megszerzésére dolgozzák fel. A legfontosabb érzékelők, amelyek az önvezető járművek szívét és lelkét alkotják, a RADAR, a LIDAR és a kamera érzékelők, de nem hagyhatjuk figyelmen kívül más érzékelők, például az ultrahangos érzékelők, a hőmérséklet-érzékelők, a sávfelismerő érzékelők és a GPS hozzájárulását sem.
Az alábbi grafikon a Google Patents-en végzett kutatási tanulmányból származik, amely az érzékelők használatára összpontosít önálló vagy önvezető járművekben, a tanulmány elemzi az egyes technológiák szabadalmi mezőinek számát (több érzékelő, beleértve a Lidar, a szonár, a radar és kamerák tárgyak és akadályok felderítésére, osztályozásra és követésre), minden önvezető járműben használt alapérzékelők segítségével.
A fenti grafikon az önvezető járművek szabadalmi bejelentésének tendenciáit mutatja, különös tekintettel az érzékelők használatára, mivel értelmezhető, hogy ezeknek a járműveknek az érzékelők segítségével történő fejlesztése az 1970-es évek körül kezdődött. Bár a fejlesztési ütem nem volt elég gyors, de nagyon lassú ütemben növekedett. Ennek számos oka lehet, például fejletlen gyárak, fejletlen megfelelő kutatási létesítmények és laboratóriumok, a csúcskategóriás számítástechnika és természetesen a nagy sebességű internet, a felhő és a szélső architektúrák hiánya az önvezető járművek kiszámításához és döntéshozatalához.
A 2007-2010 volt hirtelen növekedés ennek a technológiának. Mivel ebben az időszakban csak egyetlen vállalat volt felelős érte, azaz a General motorok, és a következő években ehhez a versenyhez csatlakozott a Google technológiai óriás, és most különféle vállalatok dolgoznak ezen a technológián.
Az elkövetkező években előrejelezhető, hogy egy teljesen új vállalat érkezik erre a technológiai területre, és különböző módon folytatja a kutatást.
RADAR-ok az önvezető járművekben
A radar fontos szerepet játszik abban, hogy segítsen a járműveknek megérteni rendszerét. Korábban már építettünk egy egyszerű ultrahangos Arduino Radar rendszert. A Radar technológia először széles körben elterjedt volt a második világháború alatt, Christian Huelsmeyer német feltaláló szabadalmi „telemobiloszkópja” alkalmazásával, a radartechnológia korai bevezetésével, amely akár 3000 méterre lévő hajókat is képes észlelni.
Ma gyorsan előrehaladva a radartechnológia fejlődése számos felhasználási lehetőséget hozott világszerte a katonaság, repülőgépek, hajók és tengeralattjárók területén.
Hogyan működik a radar?
RADAR egy mozaikszó ra dio d etection egy nd r anging, és elég sok a nevéből is lehet érteni, hogy ez működik rádióhullámokat. Az adó minden irányba továbbítja a rádiójeleket, és ha valamilyen tárgy vagy akadály van az úton, ezek a rádióhullámok visszaverődnek a radar vevőjére, az adó és a vevő frekvenciájának különbsége arányos az utazási idővel, és felhasználható a távolságokat és megkülönböztetni a különböző típusú tárgyakat.
Az alábbi képen a Radar adás- és vételi grafikonja látható, ahol a piros vonal az átvitt jel, a kék vonal pedig a különböző objektumoktól vett időn át vett jel. Mivel ismerjük az átvitt és a vett jel idejét, FFT elemzést végezhetünk az objektum és az érzékelő közötti távolság kiszámításához.
A RADAR használata önvezető autókban
A RADAR az egyik olyan érzékelő, amely az autó fémlemeze mögött halad, hogy autonóm legyen. Ez egy olyan technológia, amely 20 évig volt jelen az autók gyártásában, és lehetővé teszi, hogy az autó adaptív sebességtartó automatikával és automatikus vészfékezés. Ellentétben a látórendszerekkel, például a kamerákkal, éjjel vagy rossz időben is képes látni, és több száz méterről képes megjósolni az objektum távolságát és sebességét.
A RADAR hátránya, hogy még a fejlett radarok sem tudják egyértelműen megjósolni a környezetüket. Vegye figyelembe, hogy Ön egy autó előtt álló kerékpáros, itt a Radar nem tudja megjósolni, hogy Ön kerékpáros, de képes azonosítani Önt tárgyként vagy akadályként, és megteheti a szükséges intézkedéseket, és nem tudja megjósolni az irányt amellyel szemben áll, csak a sebességét és a mozgásirányát képes érzékelni.
Ahhoz, hogy az emberhez hasonlóan haladhasson, a járműveknek először az emberhez hasonlóan kell látniuk. Sajnos a RADAR nem sok részletre vonatkozik, más szenzorokkal együtt kell használni autonóm járművekben. A legtöbb autógyártó vállalat, mint például a Google, az Uber, a Toyota és a Waymo, nagyban támaszkodik egy másik LiDAR nevű érzékelőre, mivel részletességük specifikus, de hatótávolságuk csak néhány száz méter. Ez egyedüli kivétel a TESLA autonóm autógyártó előtt, mivel a RADAR-t használják elsődleges érzékelőként, és Musk biztos abban, hogy soha nem lesz szükségük LiDAR-ra a rendszereikben.
Korábban nem sok fejlesztés történt a Radar technológiával, most azonban annak jelentőségével az autonóm járművekben. A RADAR rendszer előrehaladását különböző techcégek és startupok hozzák fel. Az alábbiakban felsoroljuk azokat a vállalatokat, amelyek újragondolják a RADAR szerepét a mobilitásban
BOSCH
A Bosch RADAR legújabb verziója segít létrehozni egy helyi térképet, amelyen a jármű haladhat. A RADAR-tal kombinálva egy térképréteget használnak, amely lehetővé teszi a GPS és RADAR információk alapján a helyszín kitalálását, hasonlóan az útjelzők létrehozásához.
A GPS és a RADAR bemeneteinek hozzáadásával a Bosch rendszere valós idejű adatokat vehet fel, összehasonlíthatja azokat az alaptérképpel, összehangolhatja a kettő közötti mintákat, és nagy pontossággal meghatározhatja azok helyét.
Ennek a technológiának köszönhetően az autó rossz időjárási körülmények között vezetheti magát anélkül, hogy sokat támaszkodna a kamerákra és a LiDAR-okra.
WaveSense
A WaveSense egy bostoni székhelyű RADAR vállalat, amely úgy véli, hogy az önvezető autóknak nem kell ugyanúgy felfogniuk a környezetüket, mint az embereket.
RADAR-juk a többi rendszerrel ellentétben a földre hatoló hullámokat használja az utak átlátására az útfelület térképének elkészítésével. Rendszereik 10 méterrel az út alatt továbbítják a rádióhullámokat, és visszakapják a jelet, amely feltérképezi a talaj típusát, sűrűségét, szikláit és infrastruktúráját.
A térkép az út egyedi ujjlenyomata. Az autók összehasonlíthatják helyzetüket egy előre feltöltött térképpel, és vízszintesen 2, függőlegesen 15 centiméteren belül elhelyezkedhetnek.
A hullámfényes technológia szintén nem függ az időjárási viszonyoktól. A földbe behatoló radart hagyományosan a régészetben, a csővezeték munkájában és a mentésben használják; A waveense az első vállalat, amely autóipari célokra használja.
Lunewave
A gömb alakú antennákat a RADAR ipar 1940-es megjelenése óta felismerte Rudolf Luneburg német fizikus. Ezek olyan 360 fokos érzékelési képesség, de eddig az volt a probléma, hogy azok a kemény gyártani egy kis méretű autóipari felhasználásra.
A 3D nyomtatás eredményével könnyen megtervezhetők. A Lunewave 360 fokos antennákat tervez a 3D nyomtatás segítségével, nagyjából egy ping-pong labda méretére.
Az antennák egyedi kialakítása lehetővé teszi a RADAR számára az akadályok érzékelését 380 yard távolságból, ami majdnem a duplája, amit egy normál antennával el lehet érni. Ezenkívül a gömb 360 fokos érzékelési képességet tesz lehetővé egyetlen egységből, nem pedig 20 fokos hagyományos nézetből. A kis méret miatt könnyebben integrálható a rendszerbe, és a RADAR egységek csökkentése csökkenti a több kép öltési terhelését a processzor felett.
LiDars az önvezető járművekben
LIDAR jelentése Li ght D etection a második R anging, ez egy képalkotó technika, mint RADAR de ahelyett, hogy a rádióhullámok használ fény (lézer) leképezésére a környéket. Egy pontfelhő segítségével könnyedén létrehozhat egy 3D-s környezeti térképet. Ez azonban nem felel meg a kamera felbontásának, de mégis elég világos ahhoz, hogy megmondja az objektum irányát.
Hogyan működik a LiDAR?
A LiDAR általában az önvezető járművek tetején látható forgó modulként. Pörgés közben nagy sebességgel, 150 000 impulzus / másodperc sebességgel bocsát ki fényt, majd megméri a visszatérésükig eltelt időt, miután eltalálják az előtte álló akadályokat. Amint a fény nagy sebességgel, 300 000 kilométer / másodperc sebességgel halad, könnyen meg tudja mérni az akadály távolságait a Távolság = (Fénysebesség x Repülési idő) / 2 képlet segítségével, valamint a különböző pontok távolságaként. a környezet összegyűlt, pontfelhő képződésére szolgál, amelyet 3D képekké lehet értelmezni. A LiDAR általában a tárgyak tényleges méreteit méri, ami pluszpontot ad, ha gépjárművekben használják. Ebben a cikkben többet megtudhat a LiDAR-ról és annak működéséről.
A LiDar használata autókban
Bár úgy tűnik, hogy a LiDAR visszafoghatatlan képalkotó technológia, megvannak a maga hátrányai
- Magas üzemeltetési költség és nehéz karbantartás
- Hatásos eső alatt hatástalan
- Gyenge képalkotás olyan helyeken, ahol nagy a napszög vagy hatalmas a visszaverődés
Ezen hátrányok mellett az olyan vállalatok, mint a Waymo, nagy erőfeszítéseket tesznek ebbe a technológiába annak érdekében, hogy jobbá váljanak, mivel járműveikben nagy mértékben támaszkodnak erre a technológiára, még a Waymo is a LiDAR-okat használja elsődleges érzékelőként a környezet leképezéséhez.
De mégis vannak olyan társaságok, mint a Tesla, amelyek ellenzik a LiDAR-ok használatát a járműveikben. A Tesla vezérigazgatója, Elon Musk nemrégiben megjegyzést fűzött a LiDAR „ lidar bolond dolga és bárki, aki a lidarra támaszkodik ” használatára. Cége, a Tesla képes volt önálló vezetésre LiDAR-ok nélkül, az alábbiakban a Teslában használt érzékelők és annak lefedettségi tartománya látható.
Ez közvetlenül olyan cégek ellen folyik, mint a Ford, a GM Cruise, az Uber és a Waymo, akik úgy gondolják, hogy a LiDAR az érzékelőcsomag elengedhetetlen része . Ez az én jóslatom. Az egyetemek is támogatják a pézsma döntését a LiDAR-ok dömpingjéről, mivel a jármű két oldalán található két olcsó kamera szinte az összes LiDAR pontossággal képes felismerni az objektumokat, a LiDAR költségeinek csak töredékével. A Tesla autó mindkét oldalán elhelyezett kamerák az alábbi képen láthatók.
Kamerák az önvezető járművekben
Minden önvezető jármű több kamerát használ, hogy 360 fokos képet nyújtson a környező környezetről. Mindkét oldalról több kamerát használnak, például elöl, hátul, balra és jobbra, végül a képeket összevarrják, hogy 360 fokos legyen a nézet. Míg egyes kamerák széles látómezővel rendelkeznek, akár 120 fokos és rövidebb hatótávolságúak, a másik pedig a keskenyebb látótérre összpontosít, hogy nagy hatótávolságú látványt nyújtson. Ezen járművek egyes kameráinak halszem-hatása van, hogy szuper széles panorámát nyújtsanak. Ezeket a fényképezőgépeket néhány számítógépes látási algoritmussal használják, amelyek elvégzik a jármű összes elemzését és detektálását. Megtekinthet más képfeldolgozással kapcsolatos cikkeket is, amelyekről korábban már beszámoltunk.
Kamera használata autókban
A járművekben lévő kamerákat sokáig használják olyan alkalmazásokkal, mint például a parkolási segédeszközök és az autók hátuljának figyelése. Most, amikor az önvezető jármű technológiája fejleszti a kamera szerepét a járművekben, újragondolják. A kamerák 360 fokos környezeti kilátást nyújtanak, miközben önállóan vezethetik a járműveket az úton.
Az utak térképének megtekintéséhez a kamerákat a jármű különböző helyeire integrálják, elöl egy széles látószögű kamera érzékelőt használnak, más néven binokuláris látásrendszert, a bal és a jobb oldalon pedig monokuláris látórendszereket és hátul parkoló kamerát használnak. Mindezek a fényképezőgép-egységek a képeket a vezérlőegységekbe viszik, és a képeket térhatásúvá varázsolja.
Más típusú érzékelők az önvezető járművekben
A fenti három érzékelő mellett létezik néhány más típusú érzékelő, amelyeket különféle célokra használnak az önvezető járművekben, például sávfelismerés, gumiabroncsnyomás-figyelés, hőmérséklet-szabályozás, külső világításvezérlés, telematikai rendszer, fényszóró-vezérlés stb.
Az önvezető járművek jövője izgalmas és még fejlesztés alatt áll, a jövőben sok vállalat jelentkezik a verseny lebonyolításában, és ezzel számos új törvényt és szabványt hoznának létre a technológia biztonságos használatához.