- История на самоуправляващите се автомобили
- Различни видове сензори, използвани в автономни / самоуправляващи се превозни средства
- РАДАРИ в самоуправляващи се превозни средства
- LiDars в самоуправляващи се превозни средства
- Камери в самоуправляващи се превозни средства
- Друг тип сензори в самоуправляващите се превозни средства
В хубава сутрин вие пресичате пътя, за да стигнете до офиса си от другата страна, точно когато сте на половината път, забелязвате метално парче без шофьор, робот, който напредва към вас и влизате в дилема, решавайки да преминете през път или не? Силен въпрос ви притиска: „Колата забеляза ли ме?“ Тогава се чувствате облекчени, когато забележите, че скоростта на автомобила се забавя автоматично и това прави изход за вас. Но задръжте това, което току-що се случи? Как една машина получи интелигентност на човешко ниво?
В тази статия ще се опитаме да отговорим на тези въпроси, като разгледаме задълбочено сензорите, използвани в самоуправляващите се автомобили, и как те се подготвят да управляват автомобилите на нашето бъдеще. Преди да се впуснем в това, нека да настигнем и основите на автономните превозни средства, техните стандарти за шофиране, основните ключови играчи, техния етап на развитие и внедряване и т.н. За всичко това ще обмислим самоуправляващи се автомобили, защото те правят основен пазар дял от автономните превозни средства.
История на самоуправляващите се автомобили
Самоуправляващите се автомобили без шофьор първоначално излязоха от научната фантастика, но сега са почти готови да тръгнат по пътищата. Но технологията не се появи за една нощ; експериментите върху самоуправляващите се автомобили започват в края на 20-те години на миналия век с автомобилите, управлявани с помощта на радиовълните от разстояние. Обещаващото изпитание на тези автомобили обаче започва да излиза през 1950-1960-те години, като е пряко финансирано и подкрепено от изследователски организации като DARPA.
Нещата започнаха реалистично едва през 2000-те, когато технологичните гиганти като Google започват да се явяват, за да нанесат удар на конкурентните си полеви компании като General Motors, Ford и други. Google започна, като разработи своя проект за самоуправляваща се кола, който сега се нарича Google waymo. Таксиметровата компания Uber също излиза с поредния си самоуправляващ се автомобил, заедно с конкуренцията си с Toyota, BMW, Mercedes Benz и други основни играчи на пазара и по времето, когато Tesla, управлявана от Elon Musk, също удря пазара, за да прави нещата пикантен.
Стандарти за шофиране
Има голяма разлика между термина самоуправляващ се автомобил и напълно автономен автомобил. Тази разлика се основава на нивото на стандарт на шофиране, което е обяснено по-долу. Тези стандарти са дадени от секция J3016 на международната асоциация за инженеринг и автомобилна индустрия, SAE (Общество на автомобилните инженери), а в Европа от Федералния институт за магистрали. Това е класификация от шест нива от ниво нула до ниво пет. Нулевото ниво обаче не предполага автоматизация, а пълен човешки контрол върху автомобила.
Ниво 1 - Помощ за шофьора: Подпомагане от ниско ниво на автомобила, като например управление на ускорението или управление на кормилното управление, но не и двете едновременно. Тук основните задачи като управление, разбиване, познаване на заобикалящата среда все още се контролират от водача.
Ниво 2 - Частична автоматизация: На това ниво автомобилът може да подпомогне както управлението, така и ускорението, докато повечето от критичните характеристики все още се наблюдават от водача. Това е най-често срещаното ниво, което можем да намерим в автомобилите, които са на път в днешно време.
Ниво 3 - Условна автоматизация: Преминаване към ниво 3, където автомобилът следи условията на околната среда с помощта на сензори и предприема необходимите действия като спиране и търкаляне по кормилното управление, докато човешкият водач е там, за да намеси системата, ако възникне неочаквано състояние.
Ниво 4 - Висока автоматизация: Това е високо ниво на автоматизация, при което колата е в състояние да завърши цялото пътуване без човешки принос. Този случай обаче идва със собствено условие водачът да може да превключи колата в този режим само когато системата установи, че условията на движение са безопасни и няма задръстване.
Ниво 5 - Пълна автоматизация: Това ниво е за напълно автоматизирани автомобили, които не съществуват до момента. Инженерите се опитват да го направят. Това ще ни позволи да стигнем до нашата дестинация без ръчно управление на въвеждане на кормилно управление или спирачки.
Различни видове сензори, използвани в автономни / самоуправляващи се превозни средства
Съществуват различни видове сензори, използвани в автономни превозни средства, но основните от тях включват използването на камери, радари, LIDAR и ултразвукови сензори. В позицията и типа на сензорите, използвани в автономни автомобили, са показани по-долу.
Всички гореспоменати сензори подават данните в реално време към Електронно управляващо устройство, известно още като Fusion ECU, където данните се обработват, за да получат 360-градусова информация за заобикалящата среда. Най-важните сензори, които формират сърцето и душата на самоуправляващите се превозни средства, са сензорите на RADAR, LIDAR и камерата, но не можем да пренебрегнем приноса на други сензори като ултразвуков сензор, температурни сензори, сензори за откриване на лента и GPS, както и.
Графиката, показана по-долу, е от изследването, проведено в Google Patents, фокусирано върху използването на сензорите в автономни или самоуправляващи се превозни средства, изследването анализира броя на патентните полета за всяка технология (множество сензори, включително, Lidar, сонар, радар и камери за откриване на обекти и препятствия, класификация и проследяване), използващи основни сензори, използвани във всяко самоуправляващо се превозно средство.
Горната графика показва тенденциите за подаване на патенти за самоуправляващи се превозни средства, като се фокусира върху използването на сензори в тях, тъй като може да се тълкува, че разработването на тези превозни средства с помощта на сензори започва около 70-те години. Въпреки че темпът на развитие не беше достатъчно бърз, но нарастваше с много бавни темпове. Причините за това могат да бъдат многобройни като неразвити фабрики, неразвити подходящи изследователски съоръжения и лаборатории, липса на висококачествени изчисления и разбира се липса на високоскоростен интернет, облак и крайни архитектури за изчисляване и вземане на решения на самоуправляващи се превозни средства.
През 2007-2010 г. внезапно се разрасна тази технология. Защото през този период имаше само една компания, отговорна за това, т.е. General motors, а през следващите години към тази надпревара се присъедини технологичният гигант Google и сега различни компании работят по тази технология.
През следващите години може да се прогнозира, че в тази технологична област ще навлезе съвсем нов набор от компании, които ще продължат изследванията по различни начини.
РАДАРИ в самоуправляващи се превозни средства
Радарът играе важна роля, помагайки на автомобилите да разберат неговата система, по-рано вече създадохме проста ултразвукова система за радари Arduino. Радарната технология намери своето широко разпространение по време на Втората световна война, с прилагането на германския изобретател Кристиан Хуелсмайер патент „телемобилоскоп“, ранно внедряване на радарна технология, която може да открие кораби на разстояние до 3000 метра.
Бързо напредващо днес, развитието на радарната технология доведе до много случаи на употреба по целия свят във военните, самолетите, корабите и подводниците.
Как работи радарът?
RADAR е акроним за кв дьо г etection на ри р anging, и до голяма степен от името му може да се разбере, че тя работи на радиовълни. Предавателят предава радиосигналите във всички посоки и ако има обект или пречка по пътя, тези радиовълни отразяват обратно към радарния приемник, разликата в честотата на предавателя и приемника е пропорционална на времето за пътуване и може да се използва за измерване на разстояния и прави разлика между различни видове обекти.
Изображението по-долу показва графиката за предаване и приемане на радара, където червената линия е предаваният сигнал, а сините линии са получените сигнали от различен обект във времето. Тъй като знаем времето на предавания и получен сигнал, можем да извършим FFT анализ, за да изчислим разстоянието на обекта от сензора.
Използване на RADAR в самоуправляващи се автомобили
RADAR е един от сензорите, които се движат зад ламарината на автомобила, за да го направят автономен, това е технология, която се произвежда от 20 години досега и позволява на автомобила да има адаптивен круиз контрол и автоматик аварийно спиране. За разлика от зрителните системи като камерите, той може да вижда през нощта или при лошо време и може да предсказва разстоянието и скоростта на обекта от стотици ярда.
Недостатъкът на RADAR е, че дори и силно усъвършенстваните радари не могат да предвидят ясно средата си. Помислете, че сте колоездач, стоящ пред автомобил, тук Radar не може да предскаже със сигурност, че сте колоездач, но може да ви идентифицира като обект или пречка и може да предприеме необходимите действия, а също така не може да предскаже посоката в с която се изправяте, може да открие само вашата скорост и посока на движение.
За да шофират като хората, превозните средства първо трябва да виждат като хората. За съжаление, RADAR не е много специфичен за детайлите, той трябва да се използва в комбинация с други сензори в автономни превозни средства. Повечето от автомобилните компании като Google, Uber, Toyota и Waymo разчитат силно на друг сензор, наречен LiDAR, тъй като те са специфични за детайлите, но обхватът им е само няколкостотин метра. Това е единственото изключение за автономния производител на автомобили TESLA, тъй като те използват RADAR като основен сензор, а Мъск е уверен, че никога няма да се нуждаят от LiDAR в своите системи.
По-рано не се е случвало много развитие с технологията Radar, но сега с тяхното значение в автономните превозни средства. Напредъкът в системата RADAR се възпитава от различни технически компании и стартиращи компании. На фирмите, които се преоткрива ролята на RADAR в мобилността, са изброени по-долу
BOSCH
Най-новата версия на RADH на Bosch помага за създаването на локална карта, по която превозното средство може да кара. Те използват слой на картата в комбинация с RADAR, който позволява да се установи местоположението въз основа на GPS и RADAR информация, подобна на създаването на пътни подписи.
Чрез добавяне на входовете от GPS и RADAR, системата на Bosch може да взема данни в реално време и да ги сравнява с основната карта, да съчетава моделите между двете и да определя местоположението им с висока точност.
С помощта на тази технология автомобилът може да се кара при лоши метеорологични условия, без да разчита много на камери и LiDAR.
WaveSense
WaveSense е базирана в Бостън компания RADAR, която вярва, че самоуправляващите се автомобили не трябва да възприемат заобикалящата ги среда като хората.
Техният RADAR, за разлика от другите системи, използва проникващи в земята вълни, за да вижда през пътищата, като създава карта на пътната повърхност. Техните системи предават радиовълните на 10 фута под пътя и получават обратно сигнала, който картографира вида на почвата, плътността, скалите и инфраструктурата.
Картата е уникален пръстов отпечатък на пътя. Автомобилите могат да сравняват позицията си с предварително заредена карта и да се локализират в рамките на 2 сантиметра хоризонтално и 15 сантиметра вертикално.
Технологията wavesense също не зависи от метеорологичните условия. Наземно проникващ радар традиционно се използва в археологията, работата на тръбопроводите и спасяванията; wavesense е първата компания, която го използва за автомобилни цели.
Lunewave
Сферичните антени са разпознати от индустрията RADAR от появата им през 1940 г. от германския физик Рудолф Лунебург. Те могат да осигурят 360-градусова способност за наблюдение, но досега проблемът беше, че те бяха трудни за производство в малък размер за автомобилна употреба.
С резултата от 3D печат те могат лесно да бъдат проектирани. Lunewave проектира 360-градусови антени с помощта на 3D печат, приблизително с размерите на топка за пинг-понг.
Уникалният дизайн на антените позволява на RADAR да усеща препятствия на разстояние от 380 ярда, което е почти двойно повече, отколкото би могло да се постигне от нормална антена. Освен това сферата позволява възможността за наблюдение на 360 градуса от една единица, а не на 20-градусов традиционен изглед. Поради малкия размер е по-лесно да го интегрирате в системата, а намаляването на RADAR модулите намалява натоварването на шевовете на няколко изображения над процесора.
LiDars в самоуправляващи се превозни средства
LiDAR означава Li бием D etection на ри R anging, това е образна техника точно като RADAR но вместо да използват радиовълни, които използва светлина (Laser) за изобразяване на околностите. Той може лесно да генерира 3D карта на заобикалящата среда с помощта на облак от точки. Въпреки това, той не може да съответства на разделителната способност на камерата, но все пак е достатъчно ясен, за да покаже посоката, в която е обърнат обектът.
Как работи LiDAR?
LiDAR обикновено може да се види на върха на самоуправляващите се превозни средства като въртящ се модул. Докато се върти, той излъчва светлина с висока скорост 150 000 импулса в секунда и след това измерва времето, необходимо за връщането им назад, след като удари препятствията пред него. Тъй като светлината се движи с висока скорост, 300 000 километра в секунда, тя може лесно да измери разстоянията до препятствието с помощта на формулата Разстояние = (Скорост на светлината х Време на полет) / 2 и като разстоянието на различни точки в околната среда се събира се използва за формиране на облак от точки, който може да се интерпретира в 3D изображения. LiDAR обикновено измерва действителните размери на обектите, което дава плюс, ако се използва в автомобилни превозни средства. Можете да научите повече за LiDAR и неговата работа в тази статия.
Използване на LiDar в коли
Въпреки че LiDAR изглежда непримирима технология за изображения, тя има свои собствени недостатъци
- Високи оперативни разходи и тежка поддръжка
- Неефективен по време на проливен дъжд
- Лошо изображение на места с висок ъгъл на слънце или огромни отражения
Освен тези недостатъци компании като Waymo инвестират сериозно в тази технология, за да я направят по-добра, тъй като разчитат силно на тази технология за своите превозни средства, дори Waymo използва LiDAR като основен сензор за изобразяване на околната среда.
Но все пак има компании като Tesla, които се противопоставят на използването на LiDAR в техните превозни средства. Изпълнителният директор на Tesla Илон Мъск наскоро коментира използването на LiDAR „ lidar е глупава поръчка и всеки, който разчита на lidar, е обречен “ Неговата компания Tesla успя да постигне самостоятелно управление без LiDAR, сензорите, използвани в Tesla, и обхватът им на покритие е показан по-долу.
Това идва директно срещу компании като Ford, GM Cruise, Uber и Waymo, които смятат, че LiDAR е съществена част от комплекта сензори, мускус, цитиран върху него като „ LiDAR куца, те ще зарежат LiDAR, маркирайте моите думи. Това е моята прогноза. " Също така университетите подкрепят решението на мускус да изхвърли LiDAR, тъй като две евтини камери от двете страни на превозното средство могат да откриват обекти с почти точност на LiDAR само с малка част от цената на LiDAR. Камерите, поставени от двете страни на автомобил Tesla, са показани на изображението по-долу.
Камери в самоуправляващи се превозни средства
Всички самоуправляващи се превозни средства използват множество камери, за да имат 360-градусов изглед на околната среда. Използват се множество камери от всяка страна, като отпред, отзад, отляво и отдясно и накрая изображенията се съединяват, за да имат 360-градусов изглед. Докато някои от камерите имат широко зрително поле до 120 градуса и по-малък обхват, а другият се фокусира върху по-тесен изглед, за да осигури визуализации на дълги разстояния. Някои камери в тези превозни средства имат ефект „рибешко око“, за да имат супер широк панорамен изглед. Всички тези камери се използват с някои алгоритми за компютърно зрение, които извършват всички анализи и откриване на превозното средство. Можете също така да разгледате други статии, свързани с обработката на изображения, които сме разгледали по-рано.
Използване на камера в автомобили
Камерите в превозните средства се използват много дълго време с приложение като помощ при паркиране и наблюдение на задната част на автомобилите. Сега, докато технологията на самоуправляващото се превозно средство се развива, ролята на камерата в превозните средства се преосмисля. Докато осигуряват 360-градусов изглед на заобикалящата среда, камерите могат да управляват автомобилите автономно през пътя.
За да има съраунд изглед на пътя, камерите са интегрирани на различни места на превозното средство, отпред се използва сензор за широкоъгълна камера, известен също като система за бинокулярно виждане, а отляво и отдясно се използват системи за монокулярно виждане и отзад в края се използва камера за паркиране. Всички тези фотоапарати пренасят изображенията към контролните блокове и те зашиват изображенията, за да имат съраунд изглед.
Друг тип сензори в самоуправляващите се превозни средства
Освен горните три сензора, има някои други видове сензори, които се използват в самоуправляващи се превозни средства за различни цели, като например откриване на лента, наблюдение на налягането в гумите, контрол на температурата, контрол на външното осветление, телематична система, контрол на фаровете и др
Бъдещето на самоуправляващите се превозни средства е вълнуващо и все още е в процес на разработване, в бъдеще много компании ще излязат да участват в състезанието и с това ще бъдат създадени много нови закони и стандарти за безопасно използване на тази технология.