Menyingkirkan keajaiban di sebalik sensor yang digunakan dalam kenderaan memandu sendiri

Pada suatu pagi yang baik, anda melintasi jalan untuk sampai ke pejabat anda di seberang jalan, ketika anda berada di tengah jalan, anda melihat sekeping logam tanpa pemandu, sebuah robot, maju ke arah dan anda akan menghadapi dilema yang memutuskan untuk menyeberang jalan raya atau tidak? Soalan yang kuat menekan fikiran anda, "Adakah kereta memperhatikan saya?" Kemudian anda merasa lega apabila melihat bahawa kelajuan kenderaan perlahan secara automatik dan ia memberi jalan keluar bagi anda. Tetapi tunggu apa yang baru berlaku? Bagaimana mesin mendapat kecerdasan tahap manusia?

Dalam artikel ini, kami akan cuba menjawab soalan-soalan ini dengan melihat secara mendalam sensor yang digunakan dalam Kereta Memandu Sendiri dan bagaimana mereka bersiap-siap untuk memandu kereta masa depan kita. Sebelum menyelami perkara itu, mari kita juga mengetahui asas-asas kenderaan autonomi, standard pemanduan mereka, pemain utama, tahap perkembangan dan penggunaan semasa mereka dan lain-lain. Untuk semua ini, kita akan mempertimbangkan untuk memandu kenderaan sendiri kerana mereka membuat pasaran utama bahagian kenderaan autonomi.

Sejarah Kereta Memandu Kendiri

Kereta memandu sendiri tanpa pemandu pada mulanya keluar dari fiksyen ilmiah tetapi sekarang mereka hampir siap untuk dilanggar. Tetapi teknologi itu tidak muncul dalam sekelip mata; eksperimen pada kenderaan memandu sendiri bermula pada akhir tahun 1920-an dengan kereta dikawal dengan bantuan gelombang radio dari jarak jauh. Namun, percubaan yang menjanjikan untuk kereta ini mula muncul pada tahun 1950-1960an dibiayai secara langsung dan disokong oleh organisasi penyelidikan seperti DARPA.

Segala-galanya mulai realistik hanya pada tahun 2000-an ketika syarikat gergasi teknologi seperti Google mula maju kerana memberi tamparan hebat kepada syarikat-syarikat pesaingnya seperti motor am, ford, dan lain-lain. Google memulakan dengan mengembangkan projek kereta memandu sendiri yang kini dipanggil sebagai Google waymo. Syarikat teksi Uber juga tampil dengan kereta pandu sendiri berturut-turut bersama persaingannya dengan Toyota, BMW, Mercedes Benz dan pemain utama lain di pasaran dan pada masa Tesla yang dipandu oleh Elon Musk juga memukul pasar untuk membuat sesuatu pedas.

Piawaian Memandu

Terdapat perbezaan besar antara istilah kereta memandu sendiri dan kereta autonomi sepenuhnya. Perbezaan ini berdasarkan Tahap standard pemanduan yang dijelaskan di bawah. Piawaian ini diberikan oleh bahagian J3016 persatuan industri kejuruteraan dan automotif antarabangsa, SAE (Persatuan Jurutera Automotif), dan di Eropah oleh Institut Penyelidikan Lebuhraya Persekutuan. Ini adalah klasifikasi enam peringkat dari Tahap sifar hingga Tahap lima. Walau bagaimanapun, tahap sifar tidak menunjukkan automasi tetapi kawalan manusia sepenuhnya terhadap kenderaan.

Tahap 1 - Bantuan Pemandu: Bantuan kereta rendah seperti kawalan pecutan atau kawalan stereng tetapi tidak keduanya secara serentak. Di sini tugas utama seperti mengemudi, melanggar, mengetahui keadaan sekitarnya masih dikawal oleh pemandu.

Tahap 2-Automasi Separa: Pada tahap ini kereta dapat membantu pemanduan dan pecutan sementara kebanyakan ciri kritikal masih dipantau oleh pemandu. Ini adalah tahap paling biasa yang dapat kita temui di dalam kereta yang berada di jalan raya sekarang.

Tahap 3-Automasi Bersyarat: Melangkah ke tingkat 3 di mana kereta memantau keadaan persekitaran dengan menggunakan sensor dan mengambil tindakan yang perlu seperti membrek dan memutar stereng, sedangkan pemandu manusia berada di sana untuk campur tangan sistem sekiranya ada keadaan yang tidak dijangka berlaku.

Tahap 4-Automasi Tinggi: Ini adalah automasi tahap tinggi di mana kereta mampu menyelesaikan keseluruhan perjalanan tanpa input manusia. Walau bagaimanapun, kes ini hadir dengan syaratnya sendiri bahawa pemandu boleh menukar kereta ke mod ini hanya apabila sistem mengesan keadaan lalu lintas selamat dan tidak ada kesesakan lalu lintas.

Tahap 5-Automasi Penuh: Tahap ini adalah untuk kereta automatik sepenuhnya yang belum ada sehingga kini. Jurutera berusaha mewujudkannya. Ini akan membolehkan kita sampai ke destinasi kita tanpa input kawalan manual ke stereng atau brek.

Pelbagai jenis Sensor yang digunakan dalam Kenderaan Autonomi / Memandu Sendiri

Terdapat pelbagai jenis sensor yang digunakan dalam kenderaan autonomi tetapi yang utama termasuk penggunaan kamera, RADAR, LIDAR dan sensor ultrasonik. Yang kedudukan dan jenis sensor digunakan dalam kereta Autonomous ditunjukkan di bawah.

Semua sensor yang disebutkan di atas memberi makan data masa nyata ke Unit Kawalan Elektronik yang juga dikenali sebagai Fusion ECU, di mana data diproses untuk mendapatkan maklumat 360 darjah mengenai persekitaran sekitarnya. Sensor terpenting yang membentuk hati dan jiwa kenderaan memandu sendiri adalah sensor RADAR, LIDAR dan kamera, tetapi kami tidak boleh mengabaikan sumbangan sensor lain seperti sensor Ultrasonik, sensor suhu, sensor pengesanan Lane dan GPS juga.

Grafik yang ditunjukkan di bawah adalah dari kajian penyelidikan yang dilakukan di Google Patents yang memfokuskan pada penggunaan sensor dalam kenderaan autonomi atau memandu sendiri, kajian menganalisis jumlah bidang paten pada setiap teknologi (beberapa sensor termasuk, Lidar, sonar, radar & kamera untuk pengesanan objek & halangan, klasifikasi & penjejakan) menggunakan sensor asas yang digunakan di setiap kenderaan memandu sendiri.

Grafik di atas menunjukkan tren pemfailan paten untuk kenderaan memandu sendiri yang terus fokus pada penggunaan sensor di dalamnya, kerana dapat ditafsirkan bahawa pengembangan kenderaan ini dengan bantuan sensor bermula sekitar tahun 1970-an. Walaupun kecepatan pengembangannya tidak cukup cepat, tetapi meningkat dengan kecepatan yang sangat lambat. Sebab-sebab ini boleh menjadi banyak seperti kilang yang belum dikembangkan, kemudahan penyelidikan dan makmal yang belum dibangunkan, ketiadaan pengkomputeran kelas atas dan tentunya ketiadaan internet berkelajuan tinggi, seni bina awan dan tepi untuk pengiraan dan membuat keputusan kenderaan memandu sendiri.

Pada tahun 2007-2010 terdapat pertumbuhan teknologi ini secara tiba-tiba. Kerana, dalam tempoh ini hanya ada satu syarikat yang bertanggungjawab untuknya iaitu General motor dan pada tahun-tahun berikutnya perlumbaan ini disertai oleh syarikat gergasi teknologi Google dan kini pelbagai syarikat mengusahakan teknologi ini.

Pada tahun-tahun mendatang dapat diramalkan bahwa sekumpulan perusahaan baru akan memasuki bidang teknologi ini dengan mengambil penelitian lebih jauh dengan cara yang berbeda.

RADAR dalam Kenderaan Memandu Sendiri

Radar memainkan peranan penting untuk membantu kenderaan memahami sistemnya, kami telah membina sistem Radar ultrasonik sederhana sebelumnya. Teknologi Radar pertama kali digunakan secara luas ketika Perang Dunia II, dengan aplikasi penemu Jerman paten Christian Huelsmeyer 'telemobiloscope' awal pelaksanaan teknologi radar yang dapat mengesan kapal sejauh 3000 m.

Diteruskan dengan pantas hari ini, pengembangan teknologi radar telah membawa banyak kes penggunaan di seluruh dunia dalam tentera, kapal terbang, kapal dan kapal selam.

Bagaimana Radar Berfungsi?

RADAR adalah singkatan ra dio d etection a nd r Anging, dan cukup banyak dari namanya ia boleh difahami bahawa ia berfungsi pada gelombang radio. Pemancar mengirimkan isyarat radio ke semua arah dan jika ada objek atau halangan di jalan, gelombang radio ini memantulkan kembali ke penerima radar, perbezaan frekuensi pemancar dan penerima sebanding dengan waktu perjalanan dan dapat digunakan untuk mengukur jarak dan membezakan antara pelbagai jenis objek.

Gambar di bawah menunjukkan grafik penghantaran dan penerimaan Radar, di mana garis merah adalah isyarat yang dihantar dan garis biru adalah isyarat yang diterima dari objek yang berlainan sepanjang masa. Oleh kerana kita tahu masa isyarat dihantar dan diterima, kita dapat melakukan analisis FFT untuk mengira jarak objek dari sensor.

Penggunaan RADAR dalam Kereta Memandu Sendiri

RADAR adalah salah satu sensor yang berada di belakang logam lembaran kereta untuk menjadikannya autonomi, ini adalah teknologi yang telah dihasilkan dalam pembuatan kereta dari 20 tahun hingga sekarang, dan memungkinkan untuk kereta mempunyai kawalan pelayaran adaptif dan automatik brek kecemasan. Tidak seperti sistem penglihatan seperti kamera, ia dapat melihat pada waktu malam atau dalam cuaca buruk dan dapat meramalkan jarak dan kelajuan objek dari ratusan ela.

Kelemahan dengan RADAR adalah bahawa, bahkan radar yang sangat maju tidak dapat meramalkan persekitarannya dengan jelas. Pertimbangkan bahawa anda adalah penunggang basikal yang berdiri di depan sebuah kereta, di sini Radar tidak dapat meramalkan dengan pasti bahawa anda adalah penunggang basikal tetapi ia dapat mengenal pasti anda sebagai objek atau halangan dan dapat mengambil tindakan yang diperlukan juga tidak dapat meramalkan arah di yang anda hadapi hanya dapat mengesan kelajuan dan arah pergerakan anda.

Untuk memandu seperti manusia, kenderaan mesti dilihat seperti manusia. Malangnya, RADAR tidak begitu terperinci yang harus digunakan bersama dengan sensor lain dalam kenderaan autonomi. Sebilangan besar syarikat pembuatan kereta seperti Google, Uber, Toyota dan Waymo sangat bergantung pada sensor lain yang disebut LiDAR kerana ia terperinci tetapi jaraknya hanya beberapa ratus meter sahaja. Ini adalah satu-satunya pengecualian bagi pembuat kenderaan autonomi TESLA kerana mereka menggunakan RADAR sebagai sensor utama mereka dan Musk yakin bahawa mereka tidak akan memerlukan LiDAR dalam sistem mereka.

Sebelumnya tidak banyak perkembangan yang berlaku dengan Teknologi Radar, tetapi sekarang dengan kepentingannya dalam kenderaan autonomi. Kemajuan dalam sistem RADAR dikembangkan oleh pelbagai syarikat dan syarikat teknologi. Syarikat- syarikat yang mencipta semula peranan RADAR dalam mobiliti disenaraikan di bawah

BOSCH

Versi terbaru RADAR Bosch membantu membuat peta tempatan di mana kenderaan boleh memandu. Mereka menggunakan lapisan peta dalam kombinasi dengan RADAR yang memungkinkan untuk mengetahui lokasi berdasarkan maklumat GPS dan RADAR yang serupa dengan membuat tanda jalan.

Dengan menambahkan input dari GPS dan RADAR, sistem Bosch dapat mengambil data waktu nyata dan membandingkannya dengan peta dasar, memadankan corak antara keduanya, dan menentukan lokasinya dengan ketepatan tinggi.

Dengan bantuan teknologi ini, kereta dapat memandu diri mereka dalam keadaan cuaca buruk tanpa banyak bergantung pada kamera dan LiDAR.

WaveSense

WaveSense adalah sebuah syarikat RADAR yang berpusat di Boston yang percaya bahawa kenderaan yang memandu sendiri tidak perlu menganggap persekitarannya sama seperti manusia.

RADAR mereka tidak seperti sistem lain menggunakan gelombang penembusan tanah untuk melihat melalui jalan dengan membuat peta permukaan jalan. Sistem mereka menghantar gelombang radio 10 kaki di bawah jalan dan mendapat isyarat yang memetakan jenis tanah, kepadatan, batu, dan infrastruktur.

Peta tersebut adalah cap jari yang unik. Kereta dapat membandingkan kedudukannya dengan peta yang sudah dimuatkan dan melokalisasikan diri mereka dalam jarak 2 sentimeter melintang dan 15 sentimeter secara menegak.

Teknologi ombak juga tidak bergantung pada keadaan cuaca. Radar menembus tanah secara tradisional digunakan dalam arkeologi, kerja saluran paip dan penyelamatan; wavesense adalah syarikat pertama yang menggunakannya untuk tujuan automotif.

Gelombang Lunew

Antena berbentuk sfera dikenali oleh industri RADAR sejak kemunculannya pada tahun 1940 oleh ahli fizik Jerman Rudolf Luneburg. Mereka dapat memberikan kemampuan penginderaan 360 derajat, tetapi sampai sekarang masalahnya adalah bahwa mereka sulit untuk dibuat dalam ukuran kecil untuk penggunaan otomotif.

Dengan hasil percetakan 3D, mereka dapat dirancang dengan mudah. Lunewave merancang antena 360 darjah dengan bantuan pencetakan 3D kira-kira seukuran bola ping-pong.

Reka bentuk antena yang unik membolehkan RADAR merasakan halangan pada jarak 380 ela yang hampir dua kali ganda yang dapat dicapai dengan antena biasa. Selanjutnya, sfera memungkinkan keupayaan penginderaan 360 darjah dari satu unit, dan bukannya pandangan tradisional 20 darjah. Oleh kerana ukuran kecil, lebih mudah untuk mengintegrasikannya ke dalam sistem, dan pengurangan unit RADAR menurunkan beban jahitan multi-gambar di atas prosesor.

LiDars dalam Kenderaan Memandu Sendiri

LiDAR bermaksud Li GHT D etection a nd R Anging, ia adalah satu teknik pengimejan seperti RADAR tetapi bukan menggunakan gelombang radio ia menggunakan cahaya (Laser) untuk pengimejan persekitaran. Ia dapat menghasilkan peta 3D sekeliling dengan mudah dengan bantuan titik awan. Namun, kamera tidak dapat menandingi resolusi kamera tetapi masih cukup jelas untuk mengetahui arah objek menghadap.

Bagaimana LiDAR berfungsi?

LiDAR biasanya dapat dilihat di bahagian atas kenderaan memandu sendiri sebagai modul berputar. Ketika berputar, ia memancarkan cahaya pada kelajuan tinggi 150,000 denyutan sesaat dan kemudian mengukur masa yang diperlukan untuk mereka kembali setelah memukul rintangan di depannya. Oleh kerana cahaya bergerak dengan kelajuan tinggi, 300,000 kilometer sesaat, ia dapat mengukur jarak halangan dengan mudah dengan bantuan formula Jarak = (Kecepatan Cahaya x Waktu Penerbangan) / 2 dan sebagai jarak titik berbeza dalam persekitaran dikumpulkan digunakan untuk membentuk awan titik yang dapat ditafsirkan menjadi gambar 3D. LiDAR biasanya mengukur dimensi sebenar objek, yang memberikan nilai tambah, jika digunakan pada kenderaan automotif. Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai LiDAR dan cara kerjanya dalam artikel ini.

Penggunaan LiDar di dalam Kereta

Walaupun LiDAR nampaknya merupakan teknologi pengimejan yang tidak dapat dilupakan, ia mempunyai kelemahan seperti

• Kos operasi yang tinggi dan penyelenggaraan yang sukar
• Tidak berkesan semasa hujan lebat
• Pengimejan yang buruk di tempat yang mempunyai sudut cahaya matahari yang tinggi atau pantulan besar

Di samping kelemahan ini, syarikat seperti Waymo banyak melabur dalam teknologi ini untuk menjadikannya lebih baik kerana mereka sangat bergantung pada teknologi ini untuk kenderaan mereka, bahkan Waymo menggunakan LiDAR sebagai sensor utama mereka untuk pengimejan persekitaran.

Tetapi masih ada syarikat seperti Tesla yang menentang penggunaan LiDAR di kenderaan mereka. Ketua Pegawai Eksekutif Tesla, Elon Musk baru-baru ini membuat komen mengenai penggunaan LiDAR " lidar adalah tugas orang bodoh dan sesiapa yang bergantung pada lidar akan ditakdirkan." Syarikatnya Tesla dapat mencapai pemanduan sendiri tanpa LiDAR, sensor yang digunakan dalam Tesla dan jarak liputannya ditunjukkan di bawah.

Ini datang secara langsung terhadap syarikat seperti Ford, GM Cruise, Uber dan Waymo yang menganggap LiDAR adalah bahagian penting dari rangkaian sensor, yang dikutip sebagai " LiDAR lumpuh, Mereka akan membuang LiDAR, menandakan kata-kata saya. Itu ramalan saya. " Juga universiti menyokong keputusan muslihat membuang LiDAR kerana dua kamera murah di kedua-dua sisi kenderaan dapat mengesan objek dengan ketepatan hampir LiDAR dengan hanya sebahagian kecil dari kos LiDAR. Kamera yang diletakkan di kedua-dua sisi kereta Tesla ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Kamera dalam Kenderaan Memandu Sendiri

Semua kenderaan memandu sendiri menggunakan beberapa kamera untuk melihat 360 darjah persekitarannya. Beberapa kamera dari setiap sisi seperti depan, belakang, kiri dan kanan digunakan dan akhirnya gambar dijahit bersama untuk mempunyai pandangan 360 darjah. Sementara, beberapa kamera mempunyai bidang pandang lebar sebanyak 120 darjah dan jarak yang lebih pendek dan yang lain memfokuskan pada pandangan yang lebih sempit untuk memberikan visual jarak jauh. Beberapa kamera di dalam kenderaan ini mempunyai kesan eye-eye sehingga mempunyai pemandangan panorama yang sangat luas. Semua kamera ini digunakan dengan beberapa algoritma penglihatan komputer yang melakukan semua analisis dan pengesanan untuk kenderaan. Anda juga boleh melihat artikel berkaitan pemprosesan gambar lain yang telah kami bahas sebelumnya.

Penggunaan Kamera di dalam Kereta

Kamera dalam kenderaan sudah lama digunakan dengan aplikasi seperti bantuan tempat letak kereta dan memantau bahagian belakang kereta. Sekarang ketika teknologi kenderaan memandu sendiri mengembangkan peranan kamera dalam kenderaan sedang dipikirkan ulang. Sambil memberikan pemandangan persekitaran sekitar 360 darjah, kamera dapat memandu kenderaan secara automatik melalui jalan raya.

Untuk memiliki pemandangan sekeliling jalan, kamera disatukan di lokasi yang berbeda dari kendaraan, di depan sensor kamera pandangan lebar digunakan juga dikenal sebagai sistem penglihatan teropong dan di sebelah kiri dan kanan sistem penglihatan monokular digunakan dan di belakang hujung kamera letak kereta digunakan. Semua unit kamera ini membawa gambar ke unit kawalan dan menjahit gambar untuk melihat pemandangan sekeliling.

Jenis sensor lain dalam Kenderaan Memandu Sendiri

Selain tiga sensor di atas, terdapat beberapa jenis sensor lain yang digunakan dalam kenderaan memandu sendiri untuk pelbagai tujuan seperti pengesanan lorong, pemantauan tekanan tayar, kawalan suhu, kawalan cahaya luar, sistem telematika, kawalan lampu dll.

Masa depan kenderaan memandu sendiri sangat menarik dan masih dalam pembangunan, di masa depan banyak syarikat akan tampil untuk menjalankan perlumbaan, dan dengan ini banyak undang-undang dan piawaian baru akan dibuat untuk menggunakan teknologi ini dengan selamat.