Откривање магије иза сензора који се користе у самовозећим возилима

За лијепог јутра прелазите пут да бисте стигли до своје канцеларије на другој страни, таман кад прођете пола пута, примећујете комад метала без возача, робота како напредује према и долазите у дилему при одлуци да пређете цесту пут или не? Снажно питање вас притиска: „Да ли ме је аутомобил приметио?“ Тада осетите олакшање када приметите да се брзина возила аутоматски успорава и чини вам излаз. Али сачекајте шта се управо догодило? Како је машина добила интелигенцију на људском нивоу?

У овом чланку ћемо покушати да одговоримо на ова питања дубинским проучавањем сензора који се користе у самовозећим аутомобилима и како се они припремају за вожњу аутомобила наше будућности. Пре него што зађемо у то, хајде да дођемо до основа аутономних возила, њихових возачких стандарда, главних кључних играча, њиховог тренутног степена развоја и примене итд. За све ово ћемо размотрити самовозеће аутомобиле јер они чине главно тржиште удео аутономних возила.

Историја самовозећих аутомобила

Самовозећи аутомобили без возача у почетку су изашли из научне фантастике, али сада су готово спремни да крену на путеве. Али технологија се није појавила преко ноћи; експерименти на самовозећим аутомобилима започели су крајем двадесетих година прошлог века са аутомобилима на даљинско управљање помоћу радио-таласа. Међутим, обећавајуће суђење ових аутомобила почело је да излази 1950–60-их година које су директно финансирале и подржавале истраживачке организације попут ДАРПА.

Ствари су почеле бити реалне тек 2000-их када су технолошки гиганти попут Гоогле-а почели да се јављају због тога што је задао ударац ривалским компанијама на терену попут Генерал Моторс, Форд и других. Гоогле је започео развојем свог пројекта самосталног управљања аутомобилом који се сада назива Гоогле ваимо. Такси компанија Убер такође се огласила са својим редом самосталним аутомобилом, заједно са конкуренцијом са Тојотом, БМВ-ом, Мерцедес-Бенз-ом и другим главним играчима на тржишту, а до тренутка када је Тесла који је возио Елон Муск такође ударио тржиште да прави ствари љуто.

Возачки стандарди

Велика је разлика између појма самовозећи аутомобил и потпуно аутономни аутомобил. Ова разлика се заснива на нивоу возачког стандарда који је објашњен у наставку. Ове стандарде даје одељак Ј3016 међународног удружења инжењера и аутомобилске индустрије САЕ (Друштво аутомобилских инжењера), а у Европи Савезни институт за истраживање путева. То је класификација у шест нивоа од нивоа нула до нивоа пет. Међутим, ниво нула не подразумева аутоматизацију већ потпуну људску контролу над возилом.

Ниво 1 - Помоћ у вожњи: Помоћ аутомобила на ниском нивоу, попут контроле убрзања или управљања, али не истовремено. Овде главне задатке попут управљања, ломљења, познавања околине и даље контролише возач.

Ниво 2 - Делимична аутоматизација: На овом нивоу аутомобил може да помогне и управљању и убрзању, док возач још увек надгледа већину критичних карактеристика. Ово је најчешћи ниво који данас можемо наћи у аутомобилима који су на путу.

Ниво 3 - Условна аутоматизација: Прелазак на ниво 3 где аутомобил надгледа услове околине помоћу сензора и предузима потребне радње као што су кочење и котрљање на управљачу, док је људски возач ту да интервенише у систему уколико се јаве било какви неочекивани услови.

Ниво 4 - Висока аутоматизација: Ово је висок ниво аутоматизације у којем је аутомобил способан да заврши цело путовање без људског улога. Међутим, овај случај долази под сопственим условом да возач може пребацити аутомобил у овај режим само када систем открије да су услови у саобраћају безбедни и да нема застоја у саобраћају.

Ниво 5 - Потпуна аутоматизација: Овај ниво је за потпуно аутоматизоване аутомобиле који до данас не постоје. Инжењери покушавају да то остваре. То ће нам омогућити да стигнемо на одредиште без ручног управљачког уноса за управљање или кочнице.

Разне врсте сензора који се користе у аутономним / самовозећим возилима

Постоје различите врсте сензора који се користе у аутономним возилима, али већина њих укључује употребу камера, РАДАРА, ЛИДАР-а и ултразвучних сензора. Положај и тип сензора који се користе у аутономним аутомобила су приказане у наставку.

Сви горе поменути сензори достављају податке у реалном времену у Електронску управљачку јединицу, познату и као Фусион ЕЦУ, где се подаци обрађују да би се добили подаци од 360 степени о окружењу. Најважнији сензори који чине срце и душу самовозећих возила су РАДАР-ови, ЛИДАР-ови и сензори камере, али не можемо занемарити допринос других сензора као што су ултразвучни сензор, сензори температуре, сензори детекције траке и ГПС..

Графикон приказан у наставку је из истраживачке студије спроведене на Гоогле Патентима која се фокусирала на употребу сензора у аутономним или самовозећим возилима, студија анализирала број патентних поља за сваку технологију (више сензора, укључујући Лидар, сонар, радар и камере за откривање, класификацију и праћење објеката и препрека) помоћу основних сензора који се користе у сваком самовозећем возилу.

Горњи графикон приказује трендове пријављивања патената за самовозећа возила задржавајући фокус на употреби сензора у њима, јер би се могло протумачити да је развој ових возила уз помоћ сензора започео око 1970-их. Иако темпо развоја није био довољно брз, већ се повећавао врло спорим темпом. Разлози за то могу бити бројни попут неразвијених фабрика, неразвијених одговарајућих истраживачких објеката и лабораторија, недоступност врхунских рачунара и наравно недоступност брзих Интернет, цлоуд и едге архитектура за рачунање и доношење одлука о самосталним возилима.

У 2007-2010. Години дошло је до наглог раста ове технологије. Јер, у овом периоду постојала је само једна компанија одговорна за то, тј. Генерал моторс, а наредних година овој трци се придружио технолошки гигант Гоогле и сада разне компаније раде на овој технологији.

У наредним годинама може се предвидети да ће читав нови скуп компанија доћи у ову технолошку област водећи даље истраживање на различите начине.

РАДАРИ у самовозећим возилима

Радар игра важну улогу помажући возилима да разумеју његов систем, већ смо раније направили једноставан ултразвучни Ардуино радарски систем. Радарска технологија први пут је добила широку примену током Другог светског рата, уз примену немачког проналазача Цхристиана Хуелсмеиера патента „телемобилосцопе“, ране примене радарске технологије која је могла открити бродове удаљене до 3000 м.

Брз напредак данас, развој радарске технологије донио је многе случајеве употребе широм свијета у војсци, авионима, бродовима и подморницама.

Како радар ради?

РАДАРСКИ је акроним за ра дио д етецтион нд р ангинг, и прилично из његовог имена се може схватити да се ради на радио таласима. Предајник емитује радио сигнале у свим смеровима и ако на путу постоји предмет или препрека, ови радио таласи се одбијају натраг до радарског пријемника, разлика у фреквенцији предајника и пријемника пропорционална је времену путовања и може се користити за мерење растојања и разликују различите врсте предмета.

Слика испод приказује радарски графикон преноса и пријема, где је црвена линија преношени сигнал, а плаве линије примљени сигнали различитих објеката током времена. Пошто знамо време преноса и примања сигнала, можемо извршити ФФТ анализу како бисмо израчунали удаљеност објекта од сензора.

Употреба РАДАРА у аутомобилима који се самостално возе

РАДАР је један од сензора који се вози иза лима аутомобила ради постизања његове аутономије, то је технологија која се производи у аутомобилима од 20 година до данас, а омогућава аутомобилу да има прилагодљиви темпомат и аутоматски кочење у нужди. За разлику од система за вид као што је камера, он може да види ноћу или по лошем времену и може да предвиди удаљеност и брзину објекта са стотина метара.

Лоша страна РАДАР-а је та што ни врло напредни радари не могу јасно да предвиде своје окружење. Узмите у обзир да сте бициклиста који стоји испред аутомобила, овде Радар не може сигурно да предвиди да сте бициклиста, али вас може идентификовати као предмет или препреку и може предузети потребне радње, а такође не може предвидети смер у са којим сте суочени може само да препозна вашу брзину и смер кретања.

Да би возили као људи, возила прво морају да виде као људи. Нажалост, РАДАР није много детаљан, већ се мора користити у комбинацији са другим сензорима у аутономним возилима. Већина компанија за производњу аутомобила као што су Гоогле, Убер, Тоиота и Ваимо у великој се мери ослањају на други сензор зван ЛиДАР, јер су специфични за детаље, али њихов домет је само неколико стотина метара. Ово је једини изузетак за аутономног произвођача аутомобила ТЕСЛА јер РАДАР користе као свој главни сензор, а Муск је уверен да им ЛиДАР никада неће требати у њиховим системима.

Раније се није пуно догађало са радарском технологијом, али сада са њиховим значајем у аутономним возилима. Напредак у РАДАР систему покрећу разне технолошке компаније и стартупи. У наставку су наведене компаније које поново откривају улогу РАДАРА у мобилности

БОСЦХ

Босцхева најновија верзија РАДАР-а помаже у стварању локалне мапе преко које возило може да вози. Користе слој мапе у комбинацији са РАДАР-ом који омогућава откривање локације на основу ГПС-а и РАДАР-ових података слично стварању путних потписа.

Додавањем улаза са ГПС-а и РАДАРА, Босцх-ов систем може узимати податке у реалном времену и упоређивати их са основном мапом, поклапати узорке између њих и са великом прецизношћу одредити своје локације.

Уз помоћ ове технологије аутомобил се може возити по лошим временским условима, не ослањајући се много на камере и ЛиДАР-ове.

ВавеСенсе

ВавеСенсе је компанија из РАДОНА са седиштем у Бостону која верује да самовозећи аутомобили не морају да доживљавају околину једнако као и људи.

Њихов РАДАР, за разлику од осталих система, користи таласе који продиру у земљу за пролазак кроз путеве стварањем мапе површине пута. Њихови системи преносе радио таласе на 10 стопа испод пута и добијају сигнал натраг који мапира тип тла, густину, стене и инфраструктуру.

Мапа је јединствени отисак прста на путу. Аутомобили могу упоредити свој положај са унапред учитаном мапом и локализовати се унутар 2 центиметра водоравно и 15 центиметара вертикално.

Технологија вавесенсе такође не зависи од временских услова. Земаљски радар се традиционално користи у археологији, раду на цевоводима и спасавањима; вавесенсе је прва компанија која га користи у аутомобилске сврхе.

Луневаве

Сферне антене индустрија РАДАР препознаје од њиховог појаве 1940. године од стране немачког физичара Рудолфа Лунебурга. Могу пружити могућност очитавања од 360 степени, али до сада је проблем био у томе што их је било тешко произвести у малој величини за аутомобилску употребу.

Резултатом 3Д штампе могли би се лако дизајнирати. Луневаве дизајнира антене од 360 степени уз помоћ 3Д штампе отприлике до величине пинг-понг лопте.

Јединствени дизајн антена омогућава РАДАРУ да осети препреку на удаљености од 380 јарди, што је готово двоструко више него што би то могло постићи нормална антена. Даље, сфера омогућава сензорску способност од 360 степени из једне јединице, уместо традиционалног погледа од 20 степени. Због мале величине, лакше га је интегрисати у систем, а смањење броја РАДАР јединица смањује оптерећење више слика преко процесора.

ЛиДарс у возилима која се самостално возе

ЛиДАР означава Ли ! Гхт Год етецтион НД : Р ангинг, то је техника снимања као РАДАР али уместо путем радио таласа користи светло (Ласер) за сликање околину. Помоћу облака тачака лако може генерисати 3Д мапу окружења. Међутим, не може се подударати са резолуцијом камере, али је ипак довољно јасно да се каже у ком смеру је објекат окренут.

Како ЛиДАР ради?

ЛиДАР се обично може видети на врху самовозећих возила као модул за предење. Док се окреће, емитује светлост великом брзином од 150.000 импулса у секунди, а затим мери време потребно да се врате назад након што погодију препреке испред себе. Како светлост путује великом брзином, 300.000 километара у секунди, може лако да измери раздаљину препреке помоћу формуле Удаљеност = (Брзина светлости к Време лета) / 2 и као растојање различитих тачака у окружење је окупљено користи се за формирање облака тачака који се може протумачити у 3Д слике. ЛиДАР обично мери стварне димензије предмета, што даје плус, ако се користи у аутомобилским возилима. У овом чланку можете сазнати више о ЛиДАР-у и његовом раду.

Употреба ЛиДар-а у аутомобилима

Иако се чини да је ЛиДАР неумољива технологија за обраду слика, он има своје недостатке

Високи оперативни трошкови и тешко одржавање
Неефикасно током јаке кише
Лоша слика на местима са високим углом сунца или огромним одсјајима

Поред ових недостатака, компаније попут Ваимо-а јако улажу у ову технологију како би је учиниле бољом, јер се у великој мери ослањају на ову технологију својих возила, чак и Ваимо користи ЛиДАР-ове као свој примарни сензор за снимање околине.

Али и даље постоје компаније попут Тесле које се противе употреби ЛиДАР-а у својим возилима. Извршни директор компаније Тесла Елон Муск недавно је коментарисао употребу ЛиДАР-овог „лидар је глупава ствар и свако ко се ослања на лидар је осуђен на пропаст “. Његова компанија Тесла успела је да постигне самосталну вожњу без ЛиДАР-а, сензора који се користе у Тесли и њихов опсег покривања је приказан у наставку.

Ово се директно односи на компаније као што су Форд, ГМ Цруисе, Убер и Ваимо које сматрају да је ЛиДАР важан део пакета сензора, мошус цитирано на њему као „ ЛиДАР је хром, напустиће ЛиДАР, обележите моје речи. То је моје предвиђање. “ Такође универзитети подржавају мошусну одлуку да баци ЛиДАР, јер две јефтине камере са обе стране возила могу открити предмете са скоро ЛиДАР-овом тачношћу уз само делић трошкова ЛиДАР-а. Камере постављене са обе стране Теслиног аутомобила приказане су на доњој слици.

Камере у самовозећим возилима

Сва самовозећа возила користе више камера како би имала поглед од 360 степени на околно окружење. Користи се више камера са сваке стране попут предње, задње, леве и десне и на крају се слике спајају како би имале поглед од 360 степени. Док неке од камера имају широко видно поље од чак 120 степени и краћи домет, а друге се фокусирају на ужи приказ како би пружиле визуелне приказе дугог домета. Неке камере у овим возилима имају ефекат рибљег ока да би имали изузетно широк панорамски поглед. Све ове камере користе се са неким алгоритмима рачунарског вида који врше сву аналитику и детекцију возила. Такође можете погледати и друге чланке везане за обраду слика које смо обрађивали раније.

Коришћење камере у аутомобилима

Камере у возилима се користе већ дуже време са апликацијом као што је помоћ при паркирању и надгледање задњег дела аутомобила. Како се технологија самосталног управљања возилом развија, улога камере у возилима се преиспитује. Иако пружају поглед на околину од око 360 степени, камере могу самостално да возе возила кроз пут.

Да би се добио окружујући поглед на пут, камере су интегрисане на различитим локацијама возила, испред се користи сензор камере широког погледа такође познат као систем бинокуларног вида, а на левој и десној страни се користе монокуларни системи вида и позади крај користи се паркинг камера. Све ове јединице камере доносе слике на управљачке јединице и оне их спајају тако да имају сурроунд приказ.

Друга врста сензора у возилима која се самостално управљају

Поред горе наведена три сензора, постоје и неке друге врсте сензора који се користе у самовозећим возилима у разне сврхе као што су откривање трака, надзор притиска у гумама, контрола температуре, контрола спољног осветљења, телематски систем, контрола фарова итд.

Будућност самовозећих возила је узбудљива и још увек је у развоју, у будућности би се многе компаније јавиле да трче у трци и са овим би се створили многи нови закони и стандарди који ће безбедно користити ову технологију.