- Savarankiškų automobilių istorija
- Įvairių tipų jutikliai, naudojami autonominėse / savaime važiuojančiose transporto priemonėse
- RADAR savaeigėse transporto priemonėse
- „LiDars“ savaeigėse transporto priemonėse
- Fotoaparatai savaeigėse transporto priemonėse
- Kiti savaeigių transporto priemonių jutikliai
Gražų rytą kertate kelią, kad pasiektumėte savo ofisą kitoje pusėje, tik įpusėję kelią pastebite, kad į priekį žengia be vairuotojo metalo gabalas, robotas, ir jūs patekote į dilemą, nusprendžiančią pereiti per kelias ar ne? Tavo galvoje spaudžia stiprus klausimas: „Ar automobilis mane pastebėjo?“ Tada jaučiatės palengvėjęs, kai pastebite, kad transporto priemonės greitis automatiškai lėtėja ir tai leidžia jums išeiti. Bet laikykitės to, kas ką tik įvyko? Kaip mašina gavo žmogaus lygio intelektą?
Šiame straipsnyje mes pabandysime atsakyti į šiuos klausimus, giliai išnagrinėdami jutiklius, naudojamus savaeigiuose automobiliuose, ir kaip jie ruošiasi vairuoti mūsų ateities automobilius. Prieš pasinerdami į tai, pasistenkime susipažinti su autonominių transporto priemonių pagrindais, jų vairavimo standartais, pagrindiniais pagrindiniais veikėjais, dabartiniu jų kūrimo ir diegimo etapu ir pan. Dėl viso to svarstysime savaime važiuojančius automobilius, nes jie sudaro didelę rinką. autonominių transporto priemonių dalis.
Savarankiškų automobilių istorija
Vairuotojai, neturintys vairuotojų, iš pradžių pasirodė iš mokslinės fantastikos, tačiau dabar jie jau beveik pasirengę išvažiuoti į kelius. Tačiau ši technologija neatsirado per naktį; eksperimentai su savaime važiuojančiais automobiliais prasidėjo 1920-ųjų pabaigoje, kai automobiliai buvo valdomi radijo bangų pagalba nuotoliniu būdu. Tačiau perspektyvus šių automobilių bandymas prasidėjo 1950–1960 m., Kurį tiesiogiai finansavo ir palaikė mokslinių tyrimų organizacijos, tokios kaip DARPA.
Viskas realistiškai prasidėjo tik 2000-aisiais, kai tokie technologijų gigantai kaip „Google“ pradėjo pasirodyti, kad duotų smūgį savo konkuruojančioms srities įmonėms, tokioms kaip bendrieji varikliai, ford ir kt. „Google“ pradėjo kurti savo vairuojamo automobilio projektą, dabar vadinamą „ Google waymo“. Taksi įmonė „ Uber“ taip pat pateikia savo pačių vairuojamą automobilį iš eilės kartu su konkurencija su „Toyota“, „BMW“, „Mercedes Benz“ ir kitais svarbiausiais rinkos dalyviais, o tuo metu, kai „Eles Musko“ vairuojama „ Tesla“ taip pat sprogo į rinką aštrus.
Vairavimo standartai
Yra didelis skirtumas tarp sąvokos savaime važiuojantis automobilis ir visiškai autonomiškas automobilis. Šis skirtumas pagrįstas važiavimo lygio standartu, kuris paaiškinamas toliau. Šiuos standartus pateikia tarptautinės inžinerijos ir automobilių pramonės asociacijos SAE (Automobilių inžinierių draugija) skyrius J3016, o Federalinis greitkelių tyrimų institutas - Europoje. Tai šešių lygių klasifikacija nuo nulio iki penkto lygio. Tačiau nulinis lygis nereiškia jokios automatikos, bet visiškos žmogaus transporto priemonės valdymo.
1 lygis - pagalba vairuotojui: žemo lygio pagalba automobiliui, tokia kaip pagreičio kontrolė ar vairo valdiklis, bet ne abu kartu. Čia pagrindines užduotis, tokias kaip vairas, laužymas, aplinkos pažinimas, vis dar kontroliuoja vairuotojas.
2 lygis - dalinė automatika: šiame lygyje automobilis gali padėti vairuoti ir greitėti, o vairuotojas vis tiek stebi daugumą svarbiausių funkcijų. Tai yra labiausiai paplitęs lygis, kurį galime rasti šiais laikais važiuojančiuose automobiliuose.
3 lygis - sąlyginė automatika: pereikite prie 3 lygio, kai automobilis stebi aplinkos sąlygas naudodamas jutiklius ir imasi būtinų veiksmų, pavyzdžiui, stabdo ir rieda ant vairo, o žmogus vairuotojas yra įsikišęs į sistemą, jei kiltų netikėtų sąlygų.
4 lygis - aukšta automatika: tai aukšto lygio automatika, kai automobilis gali atlikti visą kelionę be žmogaus indėlio. Tačiau šis atvejis yra su savo sąlyga, kad vairuotojas gali perjungti automobilį į šį režimą tik tada, kai sistema nustato, kad eismo sąlygos yra saugios ir nėra kamščio.
5 lygis - pilna automatika : šis lygis skirtas visiškai automatizuotiems automobiliams, kurių iki šiol nėra. Inžinieriai bando tai įgyvendinti. Tai leis mums pasiekti tikslą be rankinio valdymo įvedimo į vairą ar stabdžius.
Įvairių tipų jutikliai, naudojami autonominėse / savaime važiuojančiose transporto priemonėse
Yra įvairių tipų jutikliai, naudojami autonominėse transporto priemonėse, tačiau dauguma jų apima fotoaparatų, RADAR, LIDAR ir ultragarso jutiklių naudojimą. Žemiau parodyta jutiklių, naudojamų autonominiuose automobiliuose, padėtis ir tipas.
Visi aukščiau minėti jutikliai realiuoju laiku tiekia duomenis į elektroninį valdymo bloką, dar vadinamą „ Fusion ECU“, kur duomenys apdorojami norint gauti 360 laipsnių informaciją apie supančią aplinką. Svarbiausi jutikliai, kurie sudaro savaime važiuojančių transporto priemonių širdį ir sielą, yra RADAR, LIDAR ir fotoaparato jutikliai, tačiau mes negalime ignoruoti kitų jutiklių, tokių kaip ultragarso jutikliai, temperatūros jutikliai, juostos aptikimo jutikliai ir GPS, indėlio..
Žemiau pateiktas grafikas pateiktas iš „ Google Patents“ atlikto tyrimo, kuriame pagrindinis dėmesys skiriamas jutiklių naudojimui autonominėse ar savaeigėse transporto priemonėse, tyrime analizuojamas kiekvienos technologijos (kelių jutiklių, įskaitant „Lidar“, sonaro, radaro ir objektų ir kliūčių aptikimo, klasifikavimo ir sekimo kameros), naudojant pagrindinius jutiklius, naudojamus kiekvienoje savaeigėje transporto priemonėje.
Aukščiau pateiktoje diagramoje parodytos savaeigių transporto priemonių patentų padavimo tendencijos, daugiausia dėmesio skiriant jutiklių naudojimui jose, nes galima būtų interpretuoti, kad šios transporto priemonės su jutikliais buvo pradėtos kurti apie 1970-uosius. Nors vystymosi tempas nebuvo pakankamai greitas, tačiau jis augo labai lėtai. To priežastys gali būti daugybė: neišvystytos gamyklos, neišvystytos tinkamos tyrimų patalpos ir laboratorijos, aukštos klasės kompiuterių nebuvimas ir, žinoma, didelės spartos interneto, debesų ir kraštų architektūros neprieinamumas, norint apskaičiuoti ir priimti sprendimus dėl savarankiškų transporto priemonių.
Į 2007-2010 metų ten buvo staigus augimas šia technologija. Kadangi šiuo laikotarpiu už tai buvo atsakinga tik viena įmonė, ty „General motor“, o ateinančiais metais prie šių lenktynių prisijungė technologijų milžinė „Google“, o dabar prie šios technologijos dirba įvairios kompanijos.
Ateinančiais metais galima prognozuoti, kad į šią technologijų sritį atvyks visiškai naujas bendrovių rinkinys, kuris įvairiais būdais tęs toliau tyrimus.
RADAR savaeigėse transporto priemonėse
Radaras vaidina svarbų vaidmenį padėdamas transporto priemonėms suprasti jo sistemą. Mes jau anksčiau sukūrėme paprastą ultragarso „Arduino“ radarų sistemą. „Radar“ technologija pirmą kartą plačiai paplito per Antrąjį pasaulinį karą, pritaikius vokiečių išradėjo Christiano Huelsmeyerio patentą „telemobiloskopas“, kad anksti būtų įdiegta radarų technologija, galinti aptikti iki 3000 m esančius laivus.
Šiandien sparčiai progresuojanti radarų technologijos plėtra visame pasaulyje atnešė daug naudos atvejų kariuomenėje, lėktuvuose, laivuose ir povandeniniuose laivuose.
Kaip veikia radaras?
RADAR yra už akronimą ra dio d etection asis r anging ir gana daug iš jo pavadinimo galima suprasti, kad ji veikia radijo bangomis. Siųstuvas perduoda radijo signalus visomis kryptimis, o jei yra koks nors objektas ar kliūtis, šios radijo bangos atsispindi atgal į radaro imtuvą, siųstuvo ir imtuvo dažnio skirtumas yra proporcingas kelionės trukmei ir gali būti naudojamas matuojant atstumus ir atskirti skirtingų tipų objektus.
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas radaro perdavimo ir priėmimo grafikas, kur raudona linija yra perduotas signalas, o mėlynos - gaunami signalai iš skirtingų objektų. Kadangi žinome perduoto ir priimto signalo laiką, galime atlikti FFT analizę, kad apskaičiuotume objekto atstumą nuo jutiklio.
RADAR naudojimas savarankiškai važiuojančiuose automobiliuose
„RADAR“ yra vienas iš jutiklių, važiuojančių už automobilio lakštinio metalo, kad jis taptų autonomiškas. Tai technologija, kuri buvo gaminama automobiliuose nuo 20 metų iki šiol, ir leidžia automobiliui turėti adaptyvų tempomatą ir automatinį avarinis stabdymas. Skirtingai nuo regėjimo sistemų, tokių kaip fotoaparatas, jis gali matyti naktį ar esant blogam orui ir gali numatyti objekto atstumą ir greitį iš šimtų metrų.
„RADAR“ trūkumas yra tas, kad net ir labai pažangūs radarai negali aiškiai numatyti savo aplinkos. Apsvarstykite, ar esate dviratininkas, stovintis priešais automobilį, čia „Radar“ negali tiksliai numatyti, kad esate dviratininkas, tačiau jis gali jus identifikuoti kaip daiktą ar kliūtį ir atlikti būtinus veiksmus, taip pat negali numatyti krypties su kuria susiduriate, galite nustatyti tik jūsų greitį ir judėjimo kryptį.
Kad važiuotų kaip žmonės, transporto priemonės pirmiausia turi matyti kaip žmonės. Deja, RADAR nėra daug detalių, jis turi būti naudojamas kartu su kitais jutikliais autonominėse transporto priemonėse. Dauguma automobilių gamybos įmonių, tokių kaip „Google“, „Uber“, „Toyota“ ir „Waymo“, labai priklauso nuo kito jutiklio, vadinamo „ LiDAR“, nes jie yra specifiniai, tačiau jų atstumas yra tik keli šimtai metrų. Tai yra vienintelė autonominių automobilių gamintojo TESLA išimtis, nes jie naudoja RADAR kaip pagrindinį jutiklį, o Muskas įsitikinęs, kad LiDAR niekada nereikės jų sistemose.
Anksčiau „Radar“ technologija nebuvo daug plėtojama, o dabar jų svarba autonominėse transporto priemonėse. RADAR sistemos pažangą skatina įvairios „Tech“ kompanijos ir startuoliai. Toliau išvardytos įmonės, kurios iš naujo sugalvoja RADAR vaidmenį mobilumo srityje
BOSCH
Naujausia „Bosch“ RADAR versija padeda sukurti vietinį žemėlapį, kuriuo transporto priemonė galėtų važiuoti. Jie naudoja žemėlapio sluoksnį kartu su RADAR, kuris leidžia išsiaiškinti vietą pagal GPS ir RADAR informaciją, panašią į kelio parašų kūrimą.
Pridėjus įvestis iš GPS ir RADAR, „Bosch“ sistema gali priimti duomenis realiuoju laiku ir palyginti juos su pagrindiniu žemėlapiu, suderinti šių dviejų modelius ir labai tiksliai nustatyti jų vietas.
Šios technologijos pagalba automobilis gali važiuoti blogomis oro sąlygomis, daug nepasikliaudamas kameromis ir „LiDAR“.
„WaveSense“
„WaveSense“ yra Bostone įsikūrusi RADAR kompanija, kuri mano, kad savarankiškai važiuojantiems automobiliams nereikia suvokti aplinkinių taip pat, kaip žmonėms.
Jų RADAR, skirtingai nei kitos sistemos, naudojasi žemę skleidžiančiomis bangomis, kad matytųsi keliais, sukurdami kelio paviršiaus žemėlapį. Jų sistemos perduoda radijo bangas 10 pėdų žemiau kelio ir gauna signalą, kuris atvaizduoja dirvožemio tipą, tankį, uolienas ir infrastruktūrą.
Žemėlapis yra unikalus kelio atspaudas. Automobiliai gali palyginti savo padėtį su iš anksto įkeltu žemėlapiu ir lokalizuotis 2 cm atstumu horizontaliai ir 15 cm vertikaliai.
Bangų technologija taip pat nepriklauso nuo oro sąlygų. Skverbiamasis radaras tradiciškai naudojamas archeologijoje, vamzdynų linijose ir gelbėjime; „waveense“ yra pirmoji įmonė, naudojusi jį automobilių reikmėms.
Lunewave
Rutulio formos antenas RADAR pramonė atpažįsta nuo pat jų atsiradimo 1940 metais vokiečių fiziko Rudolfo Luneburgo. Jie gali suteikti 360 laipsnių jutimo galimybę, tačiau iki šiol problema buvo ta, kad juos buvo sunku gaminti mažais dydžiais, kad būtų galima naudoti automobiliuose.
Gavus 3D spausdinimo rezultatus, juos būtų galima lengvai sukurti. „Lunewave“ sukuria 360 laipsnių antenas 3D spausdinimo pagalba, maždaug pagal stalo teniso kamuoliuko dydį.
Unikalus antenų dizainas leidžia RADAR pajusti kliūtis 380 jardų atstumu, o tai yra beveik dvigubai daugiau, nei būtų galima pasiekti naudojant įprastą anteną. Be to, sfera leidžia suvokti 360 laipsnių jutimą iš vieno vieneto, o ne 20 laipsnių tradicinį vaizdą. Dėl mažo dydžio jį lengviau integruoti į sistemą, o sumažinus RADAR vienetus sumažėja procesoriaus kelių vaizdų susiuvimo apkrova.
„LiDars“ savaeigėse transporto priemonėse
Lidarinė žymi Li GHT D etection asis R anging, tai vaizdo gavimo būdas, kaip radaro bet vietoj to, naudojant radijo bangas ji naudoja šviesos (lazerio) gaunant vaizdą aplinką. Taškų debesies pagalba jis gali lengvai sugeneruoti 3D 3D žemėlapį. Tačiau jis negali atitikti fotoaparato skiriamosios gebos, tačiau vis tiek jis yra pakankamai aiškus, kad nurodytų kryptį, kuria objektas yra nukreiptas.
Kaip veikia „LiDAR“?
„LiDAR“ paprastai gali būti vertinamas savaime važiuojančių transporto priemonių viršuje kaip besisukantis modulis. Sukdamasis jis skleidžia šviesą dideliu greičiu 150 000 impulsų per sekundę ir tada matuoja laiką, per kurį jie grįžo, pataikę priešais esančias kliūtis. Šviesai skrendant dideliu greičiu, 300 000 kilometrų per sekundę greičiu, ji gali lengvai išmatuoti kliūties atstumus pagal formulę Atstumas = (Šviesos greitis x Skrydžio laikas) / 2 ir kaip skirtingų taškų atstumas. surinkta aplinka, ji naudojama taškiniam debesiui suformuoti, kurį būtų galima interpretuoti į 3D vaizdus. „LiDAR“ paprastai matuoja faktinius objektų matmenis, o tai suteikia pliuso tašką, jei jis naudojamas automobilių transporto priemonėse. Šiame straipsnyje galite sužinoti daugiau apie „LiDAR“ ir jo veikimą.
„LiDar“ naudojimas automobiliuose
Nors atrodo, kad „LiDAR“ yra nepakeičiama vaizdo technologija, ji turi savo trūkumų, tokių kaip
- Didelės eksploatacinės išlaidos ir sudėtinga priežiūra
- Neefektyvus per stiprų lietų
- Blogas vaizdavimas vietose, kuriose yra didelis saulės kampas arba didelis atspindys
Be šių trūkumų, tokios kompanijos, kaip „Waymo“, daug investuoja į šią technologiją, kad ji taptų geresnė, nes labai remiasi šia technologija savo transporto priemonėse, net „ Waymo“ naudoja LiDAR kaip pagrindinį jutiklį aplinkos vaizdavimui.
Tačiau vis dar yra tokių kompanijų kaip „Tesla“, kurios priešinasi „LiDAR“ naudojimui savo transporto priemonėse. „Tesla“ generalinis direktorius Elonas Muskas neseniai pakomentavo „LiDAR“ naudojimą „ Lidaras yra kvailys ir visi, kurie pasikliauja lidaru, pasmerkti “. Jo įmonė „Tesla“ sugebėjo savarankiškai važiuoti be „LiDAR“, „ Tesla“ naudojami jutikliai ir jo padengimo diapazonas parodytas žemiau.
Tai tiesiogiai nukreipta prieš tokias įmones kaip „Ford“, „GM Cruise“, „Uber“ ir „Waymo“, kurios mano, kad „LiDAR“ yra būtina jutiklių rinkinio dalis, muskusas . Tai mano prognozė “. Universitetai taip pat remia muskuso sprendimą išmesti LiDAR, nes dvi nebrangios kameros abiejose transporto priemonės pusėse gali aptikti objektus beveik LiDAR tikslumu tik su dalimi LiDAR kainos. Kameros, išdėstytos abiejose „Tesla“ automobilio pusėse, parodytos žemiau esančiame paveikslėlyje.
Fotoaparatai savaeigėse transporto priemonėse
Visos savaime važiuojančios transporto priemonės naudoja kelias kameras, kad 360 laipsnių kampu matytųsi supanti aplinka. Naudojamos kelios kameros iš kiekvienos pusės, tokios kaip priekis, galas, kairė ir dešinė, ir galiausiai vaizdai sujungiami, kad būtų galima matyti 360 laipsnių kampą. Kai kurie fotoaparatai turi platų matymo lauką, net 120 laipsnių kampu ir mažesnį nuotolį, o kiti sutelkia dėmesį į siauresnį vaizdą, kad būtų teikiama tolima vizualika. Kai kurios šių transporto priemonių kameros turi žuvų akies efektą, kad būtų ypač platus panoraminis vaizdas. Visos šios kameros naudojamos su kai kuriais kompiuterio matymo algoritmais, kurie atlieka visą transporto priemonės analizę ir aptikimą. Taip pat galite peržiūrėti kitus su vaizdų apdorojimu susijusius straipsnius, kuriuos aptarėme anksčiau.
Fotoaparato naudojimas automobiliuose
Transporto priemonėse esančios kameros ilgą laiką naudojamos tokiomis priemonėmis, kaip pagalba statant automobilį ir stebint automobilių galą. Dabar, kai savaime važiuojančios transporto priemonės technologija plėtoja fotoaparato vaidmenį transporto priemonėse, dar kartą galvojama. Pateikdami 360 laipsnių aplinkos vaizdą, kameros gali savarankiškai vairuoti transporto priemones keliu.
Kad vaizdas būtų erdvinis, kameros yra integruotos skirtingose transporto priemonės vietose, priekyje naudojamas plataus vaizdo kameros jutiklis, taip pat žinomas kaip žiūrono regėjimo sistema, o kairėje ir dešinėje - monokulinio matymo sistemos ir gale gale naudojama stovėjimo kamera. Visi šie fotoaparato elementai atneša vaizdus į valdymo blokus ir sujungia vaizdus, kad būtų erdvinis vaizdas.
Kiti savaeigių transporto priemonių jutikliai
Be pirmiau minėtų trijų jutiklių, yra keletas kitų tipų jutiklių, kurie naudojami savaeigėse transporto priemonėse įvairiais tikslais, pavyzdžiui, juostos aptikimas, padangų slėgio stebėjimas, temperatūros valdymas, išorinio apšvietimo valdymas, telematikos sistema, priekinių žibintų valdymas ir kt.
Savarankiškų transporto priemonių ateitis yra įdomi ir vis dar tobulinama. Ateityje daugelis kompanijų norėtų dalyvauti lenktynėse, o tai būtų sukurta daug naujų įstatymų ir standartų, kad būtų galima saugiai naudoti šią technologiją.