- História samoriadiacich automobilov
- Rôzne typy senzorov používaných v autonómnych / samoriadiacich vozidlách
- RADARY v samoriadiacich vozidlách
- LiDars v samoriadiacich vozidlách
- Fotoaparáty v samoriadiacich vozidlách
- Iný typ snímačov v samoriadiacich vozidlách
V pekné ráno prechádzate cez cestu, aby ste sa dostali do svojej kancelárie na druhej strane, len čo ste v polovici cesty, všimnete si kus kovu bez vodiča, robota, ktorý postupuje smerom k a dostanete sa do dilemy pri rozhodovaní o prechode cez cesta alebo nie? Na vašu otázku tlačí silná otázka: „Všimlo si ma auto?“ Potom pocítite úľavu, keď zistíte, že sa rýchlosť vozidla automaticky spomaľuje a vytvára z vás východisko. Ale vydržte, čo sa práve stalo? Ako stroj získal inteligenciu na ľudskej úrovni?
V tomto článku sa pokúsime odpovedať na tieto otázky tým, že sa podrobne pozrieme na snímače používané v samoriadiacich automobiloch a na to, ako sa pripravujú na jazdu v autách našej budúcnosti. Predtým, ako sa do toho pustíme, poďme tiež priblížiť základné informácie o autonómnych vozidlách, ich jazdné štandardy, hlavných kľúčových aktérov, ich súčasnú fázu vývoja a nasadenia atď. Za to všetko budeme brať ohľad na samoriadiace autá, pretože tvoria hlavný trh. podiel autonómnych vozidiel.
História samoriadiacich automobilov
Samoriadiace autá bez vodiča pôvodne vyšli zo sci-fi, ale teraz sú takmer pripravené vyraziť na cesty. Ale technológia sa neobjavila zo dňa na deň; experimenty na samoriadiacich automobiloch sa začali koncom 20. rokov 20. storočia s autami diaľkovo ovládanými pomocou rádiových vĺn. Sľubná štúdia s týmito automobilmi však začala vychádzať v 50. až 60. rokoch 20. storočia a boli priamo financované a podporované výskumnými organizáciami, ako je DARPA.
Veci začali byť realistické až v 20. rokoch 20. storočia, keď sa začali hlásiť technickí giganti, ako je Google, ktorá dala ranu svojim konkurenčným poľným spoločnostiam, ako sú general Motors, Ford a ďalšie. Google začal vývojom svojho projektu samoriadiacich automobilov, ktorý sa dnes nazýva Google waymo. Taxikárska spoločnosť Uber tiež prichádza so svojím samoriadiacim autom v rade spolu s konkurenciou s Toyota, BMW, Mercedes Benz a ďalšími významnými hráčmi na trhu a v čase, keď Tesla poháňaná Elonom Muskom trhala trh s výrobou vecí pikantné.
Vodičské štandardy
Medzi pojmom samoriadiace auto a plne autonómnym autom je veľký rozdiel. Tento rozdiel je založený na úrovni jazdného štandardu, ktorá je vysvetlená nižšie. Tieto štandardy poskytuje sekcia J3016 medzinárodného združenia strojárskeho a automobilového priemyslu SAE (Society of Automotive Engineers) a v Európe Federal Highway Research Institute. Je to šesťstupňová klasifikácia od nuly po úroveň päť. Avšak úroveň nula nepredpokladá automatizácie, ale úplnú kontrolu nad ľudskou vozidla.
Úroveň 1 - Asistent vodiča: Asistencia vozidla na nízkej úrovni, napríklad kontrola zrýchlenia alebo riadenia, ale nie obidve súčasne. Vodič tu naďalej ovláda hlavné úlohy, ako je riadenie, brzdenie, poznávanie okolia.
Úroveň 2 - Čiastočná automatizácia: Na tejto úrovni môže vozidlo pomáhať pri riadení aj pri akcelerácii, zatiaľ čo vodič ovláda väčšinu dôležitých prvkov. Toto je najbežnejšia úroveň, ktorú dnes nájdeme v autách, ktoré sú na cestách.
Úroveň 3 - Podmienená automatizácia: Prejdete na úroveň 3, kde auto monitoruje podmienky prostredia pomocou senzorov a robí potrebné kroky, ako je brzdenie a pretočenie volantu, zatiaľ čo ľudský vodič je tu pri zásahu do systému, ak dôjde k neočakávanej situácii.
Úroveň 4 - Vysoká automatizácia: Jedná sa o vysokú úroveň automatizácie, pri ktorej je automobil schopný dokončiť celú cestu bez ľudského zásahu. Tento prípad má však svoju vlastnú podmienku, že vodič môže do tohto režimu prepnúť auto, iba ak systém zistí, že sú podmienky premávky bezpečné a že nehrozí žiadna zápcha.
Úroveň 5 - Plná automatizácia: Táto úroveň je pre plne automatizované vozidlá, ktoré do dnešného dňa neexistujú. Inžinieri sa to snažia dosiahnuť. Umožní nám to dosiahnuť náš cieľ bez manuálneho ovládania riadenia alebo bŕzd.
Rôzne typy senzorov používaných v autonómnych / samoriadiacich vozidlách
V autonómnych vozidlách sa používajú rôzne typy snímačov, ale väčšina z nich zahŕňa použitie kamier, RADAROV, LIDAROV a ultrazvukových snímačov. Poloha a typ snímača používané v automobiloch autonómnych sú uvedené nižšie.
Všetky vyššie uvedené snímače napájajú údaje v reálnom čase do elektronickej riadiacej jednotky známej tiež ako Fusion ECU, kde sa údaje spracúvajú na získanie 360-stupňových informácií o okolitom prostredí. Najdôležitejšie snímače, ktoré tvoria srdce a dušu samoriadiacich vozidiel, sú snímače RADAR, LIDAR a fotoaparáty, ale nemôžeme ignorovať ani prínos ďalších snímačov, ako sú ultrazvukový snímač, snímače teploty, snímače detekcie jazdného pruhu a GPS..
Graf zobrazený nižšie pochádza z výskumnej štúdie uskutočnenej na patentoch Google, ktorá sa zameriava na použitie senzorov v autonómnych alebo samostatne riadených vozidlách. Štúdia analyzuje počet patentových polí pre každú technológiu (niekoľko senzorov vrátane Lidar, sonar, radar a kamery na detekciu, klasifikáciu a sledovanie objektov a prekážok) pomocou základných senzorov používaných v každom samoriadiacom vozidle.
Vyššie uvedený graf ukazuje trendy v registrácii patentov pre samoriadiace vozidlá, pričom sa sústreďuje na použitie senzorov, pretože je možné interpretovať, že vývoj týchto vozidiel pomocou senzorov začal okolo sedemdesiatych rokov. Vývojové tempo síce nebolo dosť rýchle, ale zvyšovalo sa veľmi pomalým tempom. Dôvodov môže byť veľa, ako napríklad nevyvinuté továrne, nevyvinuté správne výskumné zariadenia a laboratóriá, nedostupnosť špičkových výpočtových technológií a samozrejme nedostupnosť vysokorýchlostného internetu, cloudových a okrajových architektúr pre výpočet a rozhodovanie samoriadiacich vozidiel.
V rokoch 2007 - 2010 došlo k náhlemu rastu tejto technológie. Pretože v tomto období za to bola zodpovedná iba jedna spoločnosť Ie General Motors a v ďalších rokoch sa k tomuto závodu pripojil technologický gigant Google a teraz na tejto technológii pracujú rôzne spoločnosti.
V nasledujúcich rokoch sa dá predpokladať, že do tejto technologickej oblasti príde celá nová skupina spoločností, ktoré budú výskum uskutočňovať rôznymi spôsobmi.
RADARY v samoriadiacich vozidlách
Radar hrá dôležitú úlohu, pretože pomáha vozidlám porozumieť jeho systému. Jednoduchý ultrazvukový radarový systém Arduino sme už vytvorili skôr. Radarová technológia našla svoje široké využitie najskôr počas druhej svetovej vojny. Aplikácia patentu nemeckého vynálezcu Christiana Huelsmeyera „telemobiloscope“ umožnila včasnú implementáciu radarovej technológie, ktorá dokázala detekovať lode vzdialené až 3000 m.
Dnes rýchlo posunutý vývoj radarovej technológie priniesol po celom svete mnoho prípadov použitia v armáde, lietadlách, lodiach a ponorkách.
Ako funguje radar?
RADAR je skratka pre ra dio d etection nd r anging, a do značnej miery z jeho názvu možno chápať, že to funguje na rádiových vlnách. Vysielač vysiela rádiové signály do všetkých smerov a ak sú v ceste nejaké predmety alebo prekážky, tieto rádiové vlny sa odrážajú späť do radarového prijímača. Rozdiel vo frekvencii vysielača a prijímača je úmerný času jazdy a je možné ho použiť na meranie vzdialenosti a rozlišovať medzi rôznymi typmi objektov.
Na nasledujúcom obrázku je znázornený graf vysielania a príjmu radaru, kde červená čiara predstavuje vysielaný signál a modré čiary prijímané signály z rôznych objektov v priebehu času. Pretože poznáme čas vysielaného a prijímaného signálu, môžeme vykonať FFT analýzu na výpočet vzdialenosti objektu od snímača.
Používanie RADARU v autách s vlastným vedením
RADAR je jedným zo senzorov, ktoré jazdia za plechom automobilu, aby sa stalo autonómnym, je to technológia, ktorá sa vyrába pri výrobe automobilov od 20 rokov až doteraz a umožňuje automobilu mať adaptívny tempomat a automatiku núdzové brzdenie. Na rozdiel od kamerových systémov, ako sú napríklad kamery, dokáže vidieť v noci alebo za zlého počasia a dokáže predpovedať vzdialenosť a rýchlosť objektu zo stoviek metrov.
Nevýhodou aplikácie RADAR je, že ani vysoko pokročilé radary nedokážu jasne predpovedať svoje prostredie. Vezmite do úvahy, že ste cyklista stojaci pred autom, tu Radar nedokáže s istotou predpovedať, že ste cyklista, ale dokáže vás identifikovať ako objekt alebo prekážku a môže prijať potrebné opatrenia. Taktiež nedokáže predpovedať smer v ktorým čelíte, dokáže zistiť iba vašu rýchlosť a smer pohybu.
Aby mohli jazdiť ako ľudia, musia vozidlá najskôr vidieť ako ľudia. Je smutné, že RADAR nie je nijako zvlášť konkrétny, musí sa používať v kombinácii s inými senzormi v autonómnych vozidlách. Väčšina spoločností na výrobu automobilov, ako sú Google, Uber, Toyota a Waymo, sa vo veľkej miere spolieha na iný senzor s názvom LiDAR, pretože sú špecifické pre každý detail, ale ich dosah je iba niekoľko stoviek metrov. Toto je jediná výnimka pre autonómnu automobilku TESLA, ktorá používa ako hlavný snímač RADAR a Musk je presvedčený, že LiDAR vo svojich systémoch nikdy nebudú potrebovať.
S radarovou technológiou sa predtým veľa nedialo, ale teraz jej význam pre autonómne vozidlá. Pokrok v systéme RADAR vyvíjajú rôzne technologické spoločnosti a startupy. Spoločnosti , ktoré znovu objavujú úlohu radaru v mobilite, sú uvedené nižšie
BOSCH
Posledná verzia systému RADAR od spoločnosti Bosch pomáha vytvárať miestnu mapu, po ktorej môže vozidlo jazdiť. Používajú mapovú vrstvu v kombinácii s radarom, ktorý umožňuje zistiť polohu na základe informácií GPS a RADAR, podobne ako pri vytváraní cestných podpisov.
Pridaním vstupov z GPS a RADAR môže systém Bosch odoberať údaje v reálnom čase a porovnávať ich so základnou mapou, porovnávať vzory medzi nimi a určovať jeho polohy s vysokou presnosťou.
S pomocou tejto technológie sa auto dokáže riadiť za zlých poveternostných podmienok bez toho, aby sa veľmi spoliehalo na kamery a LiDAR.
WaveSense
WaveSense je bostonská spoločnosť RADAR, ktorá verí, že autá s vlastným pohonom nemusia vnímať svoje okolie rovnako ako ľudia.
Ich RADAR na rozdiel od iných systémov využíva vlny prenikajúce na zem, aby videli cez cesty vytvorením mapy povrchu cesty. Ich systémy vysielajú rádiové vlny 10 stôp pod cestou a získavajú signál späť, ktorý mapuje typ pôdy, hustotu, skaly a infraštruktúru.
Mapa je jedinečným odtlačkom prsta na ceste. Automobily môžu porovnať svoju polohu s vopred načítanou mapou a lokalizovať sa do 2 centimetrov vodorovne a 15 centimetrov vertikálne.
Technológia wavesense tiež nezávisí od poveternostných podmienok. Radar prenikajúci na zem sa tradične používa v archeológii, pri potrubných prácach a pri záchranách; wavesense je prvou spoločnosťou, ktorá ho používa na automobilové účely.
Lunewave
Antény sférického tvaru rozoznáva priemysel RADAR od ich príchodu v roku 1940 nemecký fyzik Rudolf Luneburg. Dokážu poskytnúť snímaciu schopnosť 360 stupňov, ale doteraz bol problém v tom, že bolo ťažké ich vyrobiť v malých rozmeroch pre automobilové použitie.
Vďaka výsledku 3D tlače by sa dali ľahko navrhnúť. Lunewave navrhuje 360 stupňové antény pomocou 3D tlače zhruba do veľkosti pingpongovej loptičky.
Unikátny dizajn antén umožňuje RADARU snímať prekážky vo vzdialenosti 380 metrov, čo je takmer dvojnásobok, ktorý by sa dal dosiahnuť normálnou anténou. Ďalej guľa umožňuje snímaciu schopnosť 360 stupňov z jednej jednotky, a nie 20-stupňový tradičný pohľad. Kvôli malým rozmerom je jednoduchšie ho integrovať do systému a redukcia jednotiek RADAR znižuje zaťaženie spojenia viacerých obrazov v procesore.
LiDars v samoriadiacich vozidlách
LIDAR znamená Li bojovať D etection nd R anging, to je zobrazovacia metóda, rovnako ako RADAR ale miesto pomocou rádiových vĺn využíva svetelnú (laser) pre zobrazovanie okolia. Môže ľahko generovať 3D mapu okolia pomocou mračna bodov. Nemôže sa však zhodovať s rozlíšením fotoaparátu, ale stále je dostatočne jasný na to, aby určil smer, ktorým je objekt otočený.
Ako funguje LiDAR?
LiDAR možno zvyčajne vidieť na vrchole samoriadiacich vozidiel ako rotujúci modul. Pri otáčaní emituje svetlo vysokou rýchlosťou 150 000 impulzov za sekundu a potom meria čas potrebný na ich návrat späť po náraze na prekážky pred sebou. Pretože svetlo cestuje vysokou rýchlosťou 300 000 kilometrov za sekundu, môže ľahko merať vzdialenosti prekážky pomocou vzorca Vzdialenosť = (Rýchlosť svetla x Čas letu) / 2 a ako vzdialenosť rôznych bodov v prostredie je zhromaždené, slúži na vytvorenie mračna bodov, ktoré je možné interpretovať do 3D obrazov. LiDAR zvyčajne meria skutočné rozmery predmetov, čo dáva plusový bod, ak sa používa v automobilových vozidlách. V tomto článku sa dozviete viac o LiDAR a jeho práci.
Používanie LiDar v automobiloch
Aj keď sa LiDAR javí ako nesmierne dôležitá zobrazovacia technológia, má svoje vlastné nevýhody
- Vysoké prevádzkové náklady a náročná údržba
- Neúčinné počas silného dažďa
- Zlé zobrazovanie na miestach s veľkým slnečným uhlom alebo s veľkými odrazmi
Okrem týchto nevýhod spoločnosti ako Waymo intenzívne investujú do tejto technológie, aby ju vylepšili, pretože sa vo veľkej miere spoliehajú na túto technológiu pre svoje vozidlá, dokonca aj spoločnosť Waymo používa LiDAR ako hlavný senzor pre snímanie prostredia.
Stále však existujú spoločnosti ako Tesla, ktoré sú proti použitiu LiDAR vo svojich vozidlách. Generálny riaditeľ spoločnosti Tesla Elon Musk sa nedávno vyjadril k použitiu LiDAR „ lidar je blázon a každý, kto sa spolieha na lidar, je odsúdený na zánik.“ Jeho spoločnosť Tesla dokázala dosiahnuť samoriadenie bez LiDAR, snímače použité v Tesle a jej pokrytie sú uvedené nižšie.
Toto prichádza priamo proti spoločnostiam ako Ford, GM Cruise, Uber a Waymo, ktoré si myslia, že LiDAR je nevyhnutnou súčasťou sady senzorov, pižmo. Citované ako „ LiDAR je chromý, vyhodia LiDAR, označte moje slová. To je moja predpoveď. “ Univerzity tiež podporujú rozhodnutie spoločnosti Musk o likvidácii LiDAR, pretože dva lacné fotoaparáty na oboch stranách vozidla dokážu detekovať objekty s takmer presnosťou LiDAR iba za zlomok nákladov na LiDAR. Kamery umiestnené na oboch stranách automobilu Tesla sú zobrazené na obrázku nižšie.
Fotoaparáty v samoriadiacich vozidlách
Všetky samoriadiace vozidlá používajú viac kamier na 360-stupňový výhľad na okolité prostredie. Používa sa viac kamier z každej strany, ako je predná, zadná, ľavá a pravá, a nakoniec sa obrázky spoja, aby mali 360-stupňový výhľad. Niektoré z kamier majú široké zorné pole až 120 stupňov a kratší rozsah a ďalšie sa zameriavajú na užšie zorné pole, aby poskytovali vizuálny obraz na veľké vzdialenosti. Niektoré fotoaparáty v týchto vozidlách majú efekt rybieho oka a umožňujú tak mimoriadne široký panoramatický výhľad. Všetky tieto kamery sa používajú s niektorými algoritmami počítačového videnia, ktoré vykonávajú všetky analýzy a detekcie vozidla. Môžete si tiež pozrieť ďalšie články týkajúce sa spracovania obrázkov, ktorým sme sa venovali už skôr.
Používanie fotoaparátu v automobiloch
Fotoaparáty vo vozidlách sa používajú oveľa dlhšie s aplikáciami ako napríklad pri parkovaní a monitorovaní zadnej časti automobilov. Teraz, keď sa technológia samoriadiaceho vozidla rozvíja, sa znovu premýšľa o úlohe kamery vo vozidlách. Kamery poskytujú 360-stupňový okolitý výhľad na životné prostredie a sú schopné autonómne riadiť vozidlá cez cestu.
Aby ste mali priestorový výhľad na cestu, sú kamery integrované na rôznych miestach vozidla. Vpredu sa používa širokouhlý kamerový snímač známy tiež ako systém binokulárneho videnia a na ľavej a pravej strane sa používajú systémy monokulárneho videnia a vzadu. koniec sa použije parkovacia kamera. Všetky tieto kamerové jednotky prenášajú obrázky do riadiacich jednotiek a spája ich, aby mali priestorový obraz.
Iný typ snímačov v samoriadiacich vozidlách
Okrem vyššie uvedených troch snímačov existuje aj niekoľko ďalších typov snímačov, ktoré sa používajú vo vozidlách s vlastným pohonom na rôzne účely, ako napríklad detekcia jazdných pruhov, monitorovanie tlaku v pneumatikách, regulácia teploty, riadenie vonkajšieho osvetlenia, telematický systém, riadenie svetlometov atď.
Budúcnosť vozidiel s vlastným pohonom je vzrušujúca a stále sa vyvíja. V budúcnosti by sa chystali preteky uskutočniť mnohé spoločnosti, vďaka ktorým by sa vytvorilo veľa nových zákonov a noriem, ktoré umožnia bezpečné používanie tejto technológie.