- Zgodovina samovozečih avtomobilov
- Različni tipi senzorjev, ki se uporabljajo v avtonomnih / samovozečih vozilih
- RADARJI v samovozečih vozilih
- LiDars v samovozečih vozilih
- Kamere v samovozečih vozilih
- Druga vrsta senzorjev v samovozečih vozilih
V lepem jutru prečkate cesto, da pridete do svoje pisarne na drugi strani, ko na polovici poti opazite kovino brez voznika, robota, ki napreduje proti in se znajdete v dilemi, ko se odločite za prehod čez cesta ali ne? V mislih vas pritisne močno vprašanje: "Ali me je avto opazil?" Potem se počutite olajšani, ko opazite, da se hitrost vozila samodejno upočasnjuje in vam pomeni pot. Toda počakajte, kaj se je pravkar zgodilo? Kako je stroj dobil inteligenco na človeški ravni?
V tem članku bomo na ta vprašanja poskušali odgovoriti tako, da bomo podrobno preučili senzorje, ki se uporabljajo v samovozečih avtomobilih, in kako se pripravljajo na vožnjo avtomobilov naše prihodnosti. Preden se poglobimo v to, pojdimo še na osnove avtonomnih vozil, njihove vozne standarde, glavne ključne akterje, njihov trenutni razvoj in stopnjo uvajanja itd. Za vse to bomo razmislili o samovozečih avtomobilih, ker so glavni trg delež avtonomnih vozil.
Zgodovina samovozečih avtomobilov
Samovozeči avtomobili brez voznika so sprva izšli iz znanstvene fantastike, zdaj pa so že skoraj pripravljeni na ceste. Toda tehnologija se ni pojavila čez noč; poskusi na samovozečih avtomobilih so se začeli konec dvajsetih let prejšnjega stoletja z avtomobili, ki so jih upravljali s pomočjo radijskih valov na daljavo. Obetavna preizkušnja teh avtomobilov pa je začela izhajati v petdesetih in šestdesetih letih 20. stoletja, ki so jo neposredno financirale in podprle raziskovalne organizacije, kot je DARPA.
Stvari so se začele realistično šele v 2000-ih, ko so se tehnološki velikani, kot je Google, začeli oglašati, da je udaril konkurenčna podjetja na terenu, kot so General Motors, Ford in drugi. Google je začel z razvojem lastnega avtomobilskega projekta, ki se zdaj imenuje Google waymo. Taksi družba Uber se je oglasila tudi s svojim samovozečim avtomobilom zapored, skupaj s konkurenco s Toyoto, BMW, Mercedes Benzom in drugimi pomembnejšimi igralci na trgu, do takrat, ko je Tesla, ki ga je vozil Elon Musk, na trgu tudi zalotil stvari. začinjen.
Vozniški standardi
Obstaja velika razlika med pojmom samovozeči avto in popolnoma avtonomni avtomobil. Ta razlika temelji na nivoju vozniških standardov, ki je razložen v nadaljevanju. Te standarde podaja oddelek J3016 mednarodnega združenja za inženiring in avtomobilsko industrijo SAE (Društvo avtomobilskih inženirjev), v Evropi pa Zvezni inštitut za avtoceste. Gre za šeststopenjsko klasifikacijo od stopnje nič do stopnje pet. Vendar nivo nič ne pomeni avtomatizacije, temveč popoln človeški nadzor nad vozilom.
1. stopnja - pomoč vozniku: pomoč avtomobila na nizki ravni, kot je nadzor pospeševanja ali krmiljenje, vendar ne oboje hkrati. Tu glavne naloge, kot so krmiljenje, lomljenje in poznavanje okolice, še vedno nadzoruje voznik.
2. stopnja - delna avtomatizacija: na tej ravni lahko avto pomaga pri krmiljenju in pospeševanju, medtem ko večino kritičnih lastnosti voznik še vedno spremlja. To je najpogostejša stopnja, ki jo danes najdemo v avtomobilih, ki so danes na cesti.
3. stopnja - pogojna avtomatizacija: prehod na 3. stopnjo, kjer avtomobil s senzorji nadzira okoljske razmere in izvaja potrebne ukrepe, kot so zaviranje in kotaljenje na krmilu, medtem ko je človeški voznik prisoten, da poseže v sistem, če pride do nepričakovanih pogojev.
4. stopnja - visoka avtomatizacija: To je visoka stopnja avtomatizacije, pri kateri lahko avtomobil opravi celotno potovanje brez človeškega vložka. Vendar je ta primer pod lastnim pogojem, da lahko voznik preklopi avto v ta način šele, ko sistem zazna, da so prometne razmere varne in da ni zastojev.
5. stopnja - popolna avtomatizacija : ta raven je namenjena popolnoma avtomatiziranim avtomobilom, ki do danes ne obstajajo. Inženirji skušajo to uresničiti. Tako bomo lahko dosegli cilj brez ročnega krmilnega vhoda v krmiljenje ali zavore.
Različni tipi senzorjev, ki se uporabljajo v avtonomnih / samovozečih vozilih
Obstajajo različne vrste senzorjev, ki se uporabljajo v avtonomnih vozilih, vendar večina med njimi vključuje uporabo kamer, radarjev, LIDAR-jev in ultrazvočnih senzorjev. Položaj in vrsto senzorjev, ki se uporabljajo v avtonomnih avtomobilov so prikazani spodaj.
Vsi zgoraj omenjeni senzorji podatke v realnem času dovajajo v elektronsko krmilno enoto, znano tudi kot Fusion ECU, kjer se podatki obdelujejo, da dobijo 360-stopinjske informacije o okoliškem okolju. Najpomembnejši senzorji, ki tvorijo srce in dušo samovozečih vozil, so RADAR-jevi, LIDAR-jevi in senzorji kamer, vendar ne moremo prezreti prispevka drugih senzorjev, kot so ultrazvočni senzor, temperaturni senzorji, senzorji za zaznavanje pasu in GPS.
Graf, prikazan spodaj, je iz raziskave, izvedene na Google Patents, ki se osredotoča na uporabo senzorjev v avtonomnih ali samovozečih vozilih, študija pa analizira število patentnih polj za vsako tehnologijo (več senzorjev, vključno z Lidarjem, sonarjem, radarjem in kamere za odkrivanje, razvrščanje in sledenje predmetov in ovir) z uporabo osnovnih senzorjev, ki se uporabljajo v vsakem samovozečem vozilu.
Zgornji graf prikazuje trende prijave patentov za samovozeča vozila, pri čemer se osredotoča na uporabo senzorjev v njih, saj bi lahko razložili, da se je razvoj teh vozil s pomočjo senzorjev začel okoli sedemdesetih let. Čeprav razvojni tempo ni bil dovolj hiter, ampak se je povečeval zelo počasi. Razlogi za to so lahko številni, kot so nerazvite tovarne, nerazvite ustrezne raziskovalne zmogljivosti in laboratoriji, nerazpoložljivost vrhunskega računalništva in seveda nedostopnost visokohitrostnih internetnih, oblačnih in robnih arhitektur za računanje in odločanje samovozečih vozil.
V letih 2007–2010 se je ta tehnologija nenadoma povečala. Ker je bilo v tem obdobju za to odgovorno le eno podjetje, to je General motors, v naslednjih letih pa se je tej dirki pridružil tehnološki velikan Google in zdaj različna podjetja delajo na tej tehnologiji.
V prihodnjih letih je mogoče napovedati, da bo na to tehnološko področje prišlo povsem novo podjetje, ki bo raziskovanje nadaljevalo na različne načine.
RADARJI v samovozečih vozilih
Radar igra pomembno vlogo pri pomoči vozilom, da razumejo njegov sistem, že prej smo zgradili preprost ultrazvočni radarski sistem Arduino. Radarska tehnologija se je prvič široko uporabljala med drugo svetovno vojno, z uporabo nemškega izumitelja Christiana Huelsmeyerja s patentom „telemobloskop“, ki je bila zgodnja uporaba radarske tehnologije, ki je lahko zaznala ladje, oddaljene do 3000 m.
Danes pospešen razvoj radarske tehnologije je po vsem svetu prinesel številne primere uporabe v vojski, letalih, ladjah in podmornicah.
Kako deluje radar?
RADAR je kratica za ra dio d etection nd r anging, in precej iz njenega imena je mogoče razumeti, da deluje na radijskih valovih. Oddajnik oddaja radijske signale v vse smeri in če je na poti kakšen predmet ali ovira, se ti radijski valovi odbijajo nazaj do radarskega sprejemnika, razlika v frekvenci oddajnika in sprejemnika pa je sorazmerna s časom potovanja in se lahko uporabi za merjenje razdalje in razlikujejo med različnimi vrstami predmetov.
Spodnja slika prikazuje radarski graf prenosa in sprejema, kjer je rdeča črta oddani signal, modre črte pa sprejeti signali različnih predmetov skozi čas. Ker poznamo čas oddanega in prejetega signala, lahko s pomočjo FFT izračunamo razdaljo predmeta od senzorja.
Uporaba RADARJA v samovozečih avtomobilih
RADAR je eden od senzorjev, ki se pelje za pločevino avtomobila, da postane avtonomen, to je tehnologija, ki jo avtomobili proizvajajo od 20 let do zdaj, in omogoča, da ima avto prilagodljiv tempomat in samodejno zasilno zaviranje. Za razliko od vidnih sistemov, kot so fotoaparati, lahko vidi ponoči ali v slabem vremenu in lahko napove razdaljo in hitrost predmeta na stotine jardov.
Slaba stran RADAR-a je ta, da tudi zelo napredni radarji ne morejo jasno predvideti svojega okolja. Upoštevajte, da ste kolesar, ki stoji pred avtomobilom, tukaj Radar ne more zagotovo predvideti, da ste kolesar, lahko pa vas prepozna kot predmet ali oviro in lahko sprejme potrebne ukrepe, prav tako ne more predvideti smeri v s katero se soočate, lahko zazna samo vašo hitrost in smer premikanja.
Če želite voziti kot ljudje, morajo vozila najprej videti kot ljudje. Na žalost RADAR ni veliko podroben, zato ga je treba uporabljati v kombinaciji z drugimi senzorji v avtonomnih vozilih. Večina podjetij za proizvodnjo avtomobilov, kot so Google, Uber, Toyota in Waymo, se močno zanaša na drug senzor, imenovan LiDAR, saj je natančen, vendar je njihov domet le nekaj sto metrov. To je edina izjema pri avtonomnem proizvajalcu avtomobilov TESLA, saj kot glavni senzor uporabljajo RADAR, Musk pa je prepričan, da LiDAR v svojih sistemih ne bodo nikoli potrebovali.
Prej se z radarsko tehnologijo ni dogajalo veliko razvoja, zdaj pa njihov pomen pri avtonomnih vozilih. Razvoj sistema RADAR razvijajo različna tehnološka podjetja in zagonska podjetja. Za podjetja, ki so izumljanju vlogo RADAR pri mobilnosti so našteti spodaj
BOSCH
Boscheva najnovejša različica RADARja pomaga ustvariti lokalni zemljevid, po katerem lahko vozilo vozi. Uporabljajo plast zemljevida v kombinaciji z RADAR, ki omogoča ugotavljanje lokacije na podlagi informacij GPS in RADAR, podobno kot pri ustvarjanju podpisov na cestah.
Z dodajanjem vhodov iz GPS-ja in RADAR-a lahko Boschev sistem zajema podatke v realnem času in jih primerja z osnovnim zemljevidom, ujema vzorce med njima in z visoko natančnostjo določa njihove lokacije.
S pomočjo te tehnologije se lahko avtomobili vozijo v slabih vremenskih razmerah, ne da bi se veliko zanašali na kamere in LiDAR-je.
WaveSense
WaveSense je družba RADAR s sedežem v Bostonu, ki verjame, da samovozečih avtomobilov ni treba dojemati okolice enako kot ljudje.
Njihov RADAR za razliko od drugih sistemov uporablja valove, ki prodirajo v zemljo, da vidijo skozi ceste z ustvarjanjem zemljevida cestne površine. Njihovi sistemi oddajajo radijske valove 10 metrov pod cesto in dobijo signal nazaj, ki prikazuje vrsto tal, gostoto, kamnine in infrastrukturo.
Zemljevid je edinstven prstni odtis ceste. Avtomobili lahko primerjajo svoj položaj s predhodno naloženim zemljevidom in se lokalizirajo znotraj 2 centimetra vodoravno in 15 centimetrov navpično.
Tudi tehnologija wavesense ni odvisna od vremenskih razmer. Zemeljski radar se tradicionalno uporablja v arheologiji, delih cevovodov in reševanjih; wavesense je prvo podjetje, ki ga uporablja za avtomobilske namene.
Lunewave
Kroglaste antene industrija RADAR prepozna že od njihovega prihoda leta 1940 od nemškega fizika Rudolfa Luneburga. Lahko zagotavljajo 360-stopinjsko zaznavanje, toda do zdaj je bila težava v tem, da jih je bilo težko izdelati v majhni velikosti za avtomobilsko uporabo.
Z izidom 3D tiskanja bi jih bilo mogoče enostavno oblikovati. Lunewave načrtuje 360-stopinjske antene s pomočjo 3D tiskanja, približno v velikosti žoge za ping-pong.
Edinstvena zasnova anten omogoča, da RADAR zazna oviro na razdalji 380 metrov, kar je skoraj dvakrat več, kot bi jo lahko dosegla običajna antena. Poleg tega krogla omogoča zaznavanje 360 stopinj iz ene enote in ne 20-stopinjski tradicionalni pogled. Zaradi majhnosti ga je lažje vgraditi v sistem, zmanjšanje števila enot RADAR pa zmanjša obremenitev več slikovnih šivov nad procesorjem.
LiDars v samovozečih vozilih
LiDAR pomeni Li ght D ection in n R anging, je slikovna tehnika, tako kot RADAR, vendar namesto radijskih valov uporablja svetlobo (laser) za slikanje okolice. S pomočjo oblaka točk lahko enostavno ustvari 3D zemljevid okolice. Vendar se ločljivost fotoaparata ne more ujemati, vendar je vseeno dovolj jasna, da pove v katero smer je obrnjen predmet.
Kako deluje LiDAR?
LiDAR je običajno mogoče videti na vrhu samovozečih vozil kot predilni modul. Ko se vrti, oddaja svetlobo z veliko hitrostjo 150.000 impulzov na sekundo, nato pa izmeri čas, potreben, da se vrnejo nazaj po zadetku pred ovirami. Ker svetloba potuje z visoko hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo, lahko s pomočjo formule Razdalja = (hitrost svetlobe x čas leta) / 2 in kot razdaljo različnih točk v območju hitrosti izmeri razdaljo ovire. okolje je zbrano, se uporablja za oblikovanje oblaka točk, ki ga je mogoče razlagati v 3D slike. LiDAR običajno meri dejanske dimenzije predmetov, kar daje plus, če se uporablja v avtomobilskih vozilih. V tem članku lahko izveste več o LiDAR in njegovem delovanju.
Uporaba LiDar v avtomobilih
Čeprav se zdi, da je LiDAR neumoljiva slikovna tehnologija, ima svoje lastne pomanjkljivosti
- Visoki operativni stroški in težko vzdrževanje
- Neučinkovito med močnim dežjem
- Slaba slika na mestih z visokim kotom sonca ali velikimi odsevi
Poleg teh pomanjkljivosti podjetja, kot je Waymo, močno vlagajo v to tehnologijo, da bi jo izboljšali, saj se pri svojih vozilih močno zanašajo na to tehnologijo, celo Waymo uporablja LiDAR kot svoj glavni senzor za slikanje okolja.
A še vedno obstajajo podjetja, kot je Tesla, ki nasprotujejo uporabi LiDAR-jev v svojih vozilih. Generalni direktor Tesle Elon Musk je pred kratkim komentiral uporabo LiDAR-jevega " lidar je neumna naloga in vsak, ki se zanaša na lidar, je obsojen." Njegovo podjetje Tesla je lahko samovozilo brez LiDAR-jev, senzorjev, ki se uporabljajo v Tesli, in njihov obseg pokrivanja je prikazan spodaj.
To gre neposredno proti podjetjem, kot so Ford, GM Cruise, Uber in Waymo, ki menijo, da je LiDAR bistveni del kompleta senzorjev, mošus pa je citiran kot: „ LiDAR je šepav, LiDAR bodo odvrgli. To je moja napoved. " Tudi univerze podpirajo odločitev mošusa, da odloži LiDAR, saj lahko dve poceni kameri na obeh straneh vozila zaznata predmete s skoraj LiDAR-jevo natančnostjo le z majhnimi stroški za LiDAR. Kamere, nameščene na obeh straneh avtomobila Tesla, so prikazane na spodnji sliki.
Kamere v samovozečih vozilih
Vsa samovozeča vozila uporabljajo več kamer za 360-stopinjski pogled na okolico. Uporablja se več kamer z obeh strani, na primer spredaj, zadaj, levo in desno, na koncu pa se slike sestavijo, da imajo 360-stopinjski pogled. Nekatere kamere imajo široko vidno polje do 120 stopinj in krajši domet, druge pa se osredotočajo na bolj ozek pogled, da bi zagotovili vizualni optični prikaz. Nekatere kamere v teh vozilih imajo učinek ribje oko za izjemno širok panoramski pogled. Vse te kamere se uporabljajo z nekaterimi algoritmi računalniškega vida, ki izvajajo vso analitiko in zaznavanje vozila. Ogledate si lahko tudi druge članke, povezane z obdelavo slik, ki smo jih že obravnavali.
Uporaba kamere v avtomobilih
Kamere v vozilih se že dolgo uporabljajo z aplikacijo, na primer pri pomoči pri parkiranju in nadzoru zadka avtomobilov. Ko se tehnologija samovozečega vozila razvija, se vloga kamere v vozilih premišljuje. Medtem ko omogočajo 360-stopinjski pogled na okolje, lahko kamere avtonomno vozijo po cesti.
Za prostorski pogled na cesto so kamere integrirane na različnih lokacijah vozila, spredaj je uporabljen senzor širokega pogleda, znan tudi kot sistem binokularnega vida, na levi in desni pa monokularni sistem za vid in zadaj na koncu se uporabi parkirna kamera. Vse te enote kamer pripeljejo slike na nadzorne enote, slike pa jih zašijejo tako, da imajo prostorski pogled.
Druga vrsta senzorjev v samovozečih vozilih
Poleg zgornjih treh senzorjev obstajajo še nekatere vrste senzorjev, ki se uporabljajo v samovozečih vozilih za različne namene, kot so zaznavanje voznega pasu, nadzor tlaka v pnevmatikah, nadzor temperature, nadzor zunanje razsvetljave, telematski sistem, nadzor žarometov itd.
Prihodnost samovozečih vozil je vznemirljiva in se še razvija, v prihodnosti bi se številna podjetja javila, da bodo vodila dirko, s tem pa bi bilo ustvarjenih veliko novih zakonov in standardov za varno uporabo te tehnologije.