Membongkar keajaiban di balik sensor yang digunakan dalam kendaraan self-driving

Pada suatu pagi yang cerah Anda menyeberang jalan untuk mencapai kantor Anda di sisi lain, tepat ketika Anda setengah jalan Anda melihat sepotong logam tanpa pengemudi, robot, maju ke arah dan Anda mengalami dilema memutuskan untuk menyeberang. jalan atau tidak? Sebuah pertanyaan yang kuat menekan pikiran Anda, "Apakah mobil itu memperhatikan saya?" Kemudian Anda merasa lega ketika Anda mengamati bahwa kecepatan kendaraan secara otomatis diperlambat dan itu memberi jalan keluar bagi Anda. Tapi tunggu apa yang baru saja terjadi? Bagaimana sebuah mesin mendapatkan kecerdasan setingkat manusia?

Pada artikel ini kami akan mencoba menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dengan melihat lebih dalam pada sensor yang digunakan dalam Mobil Mengemudi Sendiri dan bagaimana mereka bersiap untuk mengemudikan mobil masa depan kita. Sebelum mendalami itu, mari kita juga mengetahui dasar - dasar kendaraan otonom, standar mengemudi mereka, pemain kunci utama, tahap pengembangan dan penerapan mereka saat ini, dll. Untuk semua ini kami akan mempertimbangkan mobil tanpa pengemudi karena mereka merupakan pasar utama bagian dari kendaraan otonom.

Sejarah Mobil Mengemudi Sendiri

Mobil tanpa pengemudi Self-driving awalnya keluar dari fiksi ilmiah tetapi sekarang mereka hampir siap untuk digunakan di jalanan. Tapi teknologinya tidak muncul dalam semalam; Eksperimen pada mobil self-driving dimulai pada akhir 1920-an dengan mobil dikendalikan dengan bantuan gelombang radio dari jarak jauh. Namun, uji coba yang menjanjikan dari mobil-mobil ini mulai keluar pada 1950-1960-an dengan pendanaan langsung dan didukung oleh organisasi penelitian seperti DARPA.

Hal-hal mulai realistis hanya pada tahun 2000-an ketika raksasa teknologi seperti Google mulai maju untuk memberikan pukulan kepada perusahaan lapangan saingannya seperti motor umum, ford, dan lainnya. Google memulai dengan mengembangkan proyek mobil self-driving yang sekarang disebut Google waymo. Perusahaan taksi Uber juga maju dengan mobil self-driving mereka berturut-turut seiring dengan persaingannya dengan Toyota, BMW, Mercedes Benz dan pemain utama lainnya di pasar dan pada saat Tesla yang dikendarai oleh Elon Musk juga menggebrak pasar untuk membuat barang. pedas.

Standar Mengemudi

Ada perbedaan besar antara istilah mobil tanpa pengemudi dan mobil otonom penuh. Perbedaan ini didasarkan pada Tingkat standar mengemudi yang dijelaskan di bawah ini. Standar ini diberikan oleh seksi J3016 dari asosiasi industri otomotif dan teknik internasional, SAE (Society of Automotive Engineers), dan di Eropa oleh Federal Highway Research Institute. Ini adalah klasifikasi enam tingkat dari Tingkat nol hingga Tingkat lima. Namun, level nol menyiratkan tidak ada otomatisasi tetapi kendali penuh manusia atas kendaraan.

Level 1 -Driver Assistance: Bantuan mobil tingkat rendah seperti kontrol akselerasi atau kontrol kemudi tetapi tidak keduanya secara bersamaan. Di sini tugas utama seperti menyetir, membobol, mengetahui lingkungan sekitar masih dikendalikan oleh pengemudi.

Level 2 -Otomasi Parsial: Pada level ini mobil dapat membantu kemudi dan akselerasi, sementara sebagian besar fitur penting masih dipantau oleh pengemudi. Ini adalah level paling umum yang bisa kita temukan pada mobil yang ada di jalan raya saat ini.

Level 3 - Otomasi Bersyarat: Melanjutkan ke level 3 di mana mobil memantau kondisi lingkungan menggunakan sensor dan mengambil tindakan yang diperlukan seperti pengereman dan menggulung kemudi, sedangkan pengemudi manusia ada untuk mengintervensi sistem jika muncul kondisi yang tidak terduga.

Level 4 - Otomasi Tinggi: Ini adalah otomatisasi tingkat tinggi di mana mobil mampu menyelesaikan seluruh perjalanan tanpa masukan manusia. Namun kasus ini hadir dengan syarat tersendiri yaitu pengemudi dapat mengalihkan mobilnya ke mode ini hanya jika sistem mendeteksi kondisi lalu lintas aman dan tidak ada kemacetan lalu lintas.

Level 5 - Otomatisasi Penuh: Level ini untuk mobil otomatis yang belum ada hingga saat ini. Insinyur berusaha mewujudkannya. Ini akan memungkinkan kami mencapai tujuan tanpa input kontrol manual ke kemudi atau rem.

Berbagai jenis Sensor digunakan dalam Kendaraan Otonom / Self-Driving

Ada berbagai jenis sensor yang digunakan dalam kendaraan otonom tetapi yang utama di antaranya adalah penggunaan kamera, RADAR, LIDAR, dan sensor ultrasonik. The posisi dan jenis sensor yang digunakan di mobil Otonomi ditunjukkan di bawah ini.

Semua sensor yang disebutkan di atas memasukkan data waktu nyata ke Unit Kontrol Elektronik yang juga dikenal sebagai Fusion ECU, tempat data diproses untuk mendapatkan informasi 360 derajat dari lingkungan sekitar. Sensor terpenting yang membentuk jantung dan jiwa kendaraan self-driving adalah sensor RADAR, LIDAR dan kamera, namun kita tidak dapat mengabaikan kontribusi sensor lain seperti sensor Ultrasonik, sensor suhu, sensor deteksi jalur dan juga GPS..

Grafik yang ditunjukkan di bawah ini adalah dari studi penelitian yang dilakukan pada Google Paten yang berfokus pada penggunaan sensor pada kendaraan otonom atau self-driving, analisis studi jumlah bidang paten pada setiap teknologi (beberapa sensor termasuk, Lidar, sonar, radar & kamera untuk deteksi objek & rintangan, klasifikasi & pelacakan) menggunakan sensor dasar yang digunakan di setiap kendaraan yang mengemudi sendiri.

Grafik di atas menunjukkan tren pengajuan paten untuk kendaraan self-driving dengan tetap fokus pada penggunaan sensor di dalamnya, karena dapat diartikan bahwa pengembangan kendaraan ini dengan bantuan sensor dimulai sekitar tahun 1970-an. Padahal kecepatan pembangunan tidak cukup cepat, tetapi meningkat dengan sangat lambat. Alasannya bisa bermacam-macam seperti pabrik yang belum berkembang, fasilitas penelitian dan laboratorium yang belum berkembang, tidak tersedianya komputasi kelas atas, dan tentu saja tidak tersedianya internet berkecepatan tinggi, arsitektur cloud dan edge untuk komputasi dan pengambilan keputusan kendaraan tanpa pengemudi.

Pada 2007-2010 terjadi pertumbuhan mendadak dari teknologi ini. Sebab, selama periode ini hanya ada satu perusahaan yang bertanggung jawab untuk itu yaitu General Motors dan di tahun-tahun berikutnya balapan ini diikuti oleh raksasa teknologi Google dan sekarang berbagai perusahaan sedang mengerjakan teknologi ini.

Di tahun-tahun mendatang, dapat diperkirakan bahwa sekumpulan perusahaan baru akan datang ke bidang teknologi ini dengan membawa penelitian lebih lanjut dengan cara yang berbeda.

RADAR di Kendaraan Mengemudi Sendiri

Radar memainkan peran penting untuk membantu kendaraan memahami sistemnya, kami telah membangun sistem Radar Arduino ultrasonik sederhana sebelumnya. Teknologi Radar pertama kali ditemukan penggunaannya secara luas selama Perang Dunia II, dengan aplikasi 'telemobiloscope' paten penemu Jerman Christian Huelsmeyer implementasi awal dari teknologi radar yang dapat mendeteksi kapal hingga jarak 3000 m.

Maju cepat saat ini, perkembangan teknologi radar telah membawa banyak kasus penggunaan di seluruh dunia dalam bidang militer, pesawat terbang, kapal, dan kapal selam.

Bagaimana Radar Bekerja?

RADAR adalah singkatan ra dio d etection sebuah nd r Anging, dan cukup banyak dari namanya itu dapat dipahami bahwa ia bekerja pada gelombang radio. Pemancar memancarkan sinyal radio ke segala arah dan jika ada benda atau penghalang di jalan, gelombang radio ini dipantulkan kembali ke penerima radar, perbedaan frekuensi pemancar dan penerima sebanding dengan waktu tempuh dan dapat digunakan untuk mengukur jarak dan membedakan antara berbagai jenis objek.

Gambar di bawah ini menunjukkan grafik transmisi dan penerimaan radar, di mana garis merah adalah sinyal yang ditransmisikan dan garis biru adalah sinyal yang diterima dari objek yang berbeda sepanjang waktu. Karena kita mengetahui waktu pengiriman dan penerimaan sinyal maka kita dapat melakukan analisis FFT untuk menghitung jarak benda dari sensor.

Penggunaan RADAR di Mobil Mengemudi Sendiri

RADAR adalah salah satu sensor yang berada di belakang lembaran logam mobil untuk membuatnya otonom, itu adalah teknologi yang telah diproduksi mobil dari 20 tahun hingga sekarang, dan memungkinkan mobil memiliki cruise control adaptif dan otomatis. pengereman darurat. Berbeda dengan sistem penglihatan seperti kamera, ia dapat melihat pada malam hari atau dalam cuaca buruk dan dapat memprediksi jarak dan kecepatan benda dari ratusan meter.

Kelemahan dari RADAR adalah, bahkan radar yang sangat canggih tidak dapat memprediksi lingkungannya dengan jelas. Anggaplah Anda adalah seorang pengendara sepeda yang berdiri di depan sebuah mobil, disini Radar tidak dapat memprediksi dengan pasti bahwa Anda adalah seorang pengendara sepeda tetapi dapat mengidentifikasi Anda sebagai sebuah benda atau penghalang dan dapat melakukan tindakan yang diperlukan serta tidak dapat memprediksi arah masuk. yang Anda hadapi itu hanya dapat mendeteksi kecepatan dan arah bergerak Anda.

Untuk berkendara seperti manusia, kendaraan harus melihat dulu seperti manusia. Sayangnya, RADAR tidak terlalu detil sehingga harus digunakan dalam kombinasi dengan sensor lain pada kendaraan otonom. Sebagian besar perusahaan manufaktur mobil seperti Google, Uber, Toyota dan Waymo sangat bergantung pada sensor lain yang disebut LiDAR karena mereka memiliki detail spesifik tetapi jangkauannya hanya beberapa ratus meter. Ini adalah satu-satunya pengecualian untuk pembuat mobil otonom TESLA karena mereka menggunakan RADAR sebagai sensor utama mereka dan Musk yakin bahwa mereka tidak akan membutuhkan LiDAR dalam sistem mereka.

Sebelumnya tidak banyak perkembangan yang terjadi dengan Teknologi Radar, tetapi sekarang dengan kepentingannya dalam kendaraan otonom. Kemajuan dalam sistem RADAR sedang dibawa oleh berbagai perusahaan teknologi dan startup. Para perusahaan yang menciptakan kembali peran RADAR dalam mobilitas tercantum di bawah ini

BOSCH

Versi terbaru RADAR dari Bosch membantu membuat peta lokal yang dapat dilalui kendaraan. Mereka menggunakan lapisan peta yang dikombinasikan dengan RADAR yang memungkinkan untuk mengetahui lokasi berdasarkan informasi GPS dan RADAR mirip dengan membuat tanda tangan jalan.

Dengan menambahkan input dari GPS dan RADAR, sistem Bosch dapat mengambil data waktu nyata dan membandingkannya dengan peta dasar, mencocokkan pola di antara keduanya, dan menentukan lokasinya dengan akurasi tinggi.

Dengan bantuan teknologi ini mobil dapat melaju sendiri dalam kondisi cuaca buruk tanpa banyak mengandalkan kamera dan LiDAR.

WaveSense

WaveSense adalah perusahaan RADAR yang berbasis di Boston yang percaya bahwa mobil yang dapat mengemudi sendiri tidak perlu melihat sekelilingnya seperti halnya manusia.

RADAR mereka tidak seperti sistem lain yang menggunakan gelombang yang menembus tanah untuk melihat melalui jalan dengan membuat peta permukaan jalan. Sistem mereka mengirimkan gelombang radio 10 kaki di bawah jalan dan mendapatkan sinyal kembali yang memetakan jenis tanah, kepadatan, batuan, dan infrastruktur.

Peta itu adalah sidik jari jalan yang unik. Mobil dapat membandingkan posisinya dengan peta yang dimuat sebelumnya dan melokalisasi dirinya dalam jarak 2 sentimeter secara horizontal dan 15 sentimeter secara vertikal.

Teknologi waveense juga tidak bergantung pada kondisi cuaca. Radar penembus tanah secara tradisional digunakan dalam arkeologi, pekerjaan jalur pipa dan penyelamatan; Waveense adalah perusahaan pertama yang menggunakannya untuk keperluan otomotif.

Lunewave

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

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

Desain antena yang unik memungkinkan RADAR untuk merasakan hambatan pada jarak 380 yard yang hampir dua kali lipat yang dapat dicapai oleh antena normal. Lebih lanjut, bola memungkinkan kemampuan penginderaan 360 derajat dari satu unit, bukan tampilan tradisional 20 derajat. Karena ukurannya yang kecil, lebih mudah untuk mengintegrasikannya ke dalam sistem, dan pengurangan unit RADAR mengurangi beban penggabungan multi-gambar di atas prosesor.

LiDars di Kendaraan Self-Driving

LIDAR singkatan Li GHT D etection sebuah nd R Anging, ini merupakan teknik pencitraan seperti RADAR tapi bukannya menggunakan gelombang radio menggunakan cahaya (Laser) untuk pencitraan lingkungan. Ini dapat dengan mudah menghasilkan peta 3D sekitarnya dengan bantuan cloud titik. Namun, itu tidak bisa menyamai resolusi kameranya tetapi masih cukup jelas untuk memberi tahu arah di mana sebuah objek menghadap.

Bagaimana LiDAR bekerja?

LiDAR biasanya dapat dilihat di bagian atas kendaraan tanpa pengemudi sebagai modul pemintalan. Saat berputar, ia memancarkan cahaya dengan kecepatan tinggi 150.000 pulsa per detik dan kemudian mengukur waktu yang dibutuhkan bagi mereka untuk kembali setelah menabrak rintangan di depannya. Saat cahaya bergerak dengan kecepatan tinggi, 300.000 kilometer per detik, ia dapat mengukur jarak rintangan dengan mudah dengan bantuan rumus Jarak = (Kecepatan Cahaya x Waktu Penerbangan) / 2 dan sebagai jarak titik yang berbeda di lingkungan dikumpulkan itu digunakan untuk membentuk awan titik yang dapat diinterpretasikan menjadi gambar 3D. LiDAR biasanya mengukur dimensi sebenarnya dari suatu benda, yang memberikan nilai tambah jika digunakan pada kendaraan otomotif. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang LiDAR dan cara kerjanya di artikel ini.

Penggunaan LiDar di Mobil

Meskipun LiDAR tampaknya merupakan teknologi pencitraan yang keras, ia memiliki kekurangannya sendiri

• Biaya operasi tinggi dan perawatan yang sulit
• Tidak efektif saat hujan deras
• Pencitraan yang buruk di tempat yang memiliki sudut matahari tinggi atau pantulan besar

Selain kelemahan ini, perusahaan seperti Waymo banyak berinvestasi dalam teknologi ini untuk membuatnya lebih baik karena mereka sangat bergantung pada teknologi ini untuk kendaraan mereka, bahkan Waymo menggunakan LiDAR sebagai sensor utama mereka untuk pencitraan lingkungan.

Tapi masih ada perusahaan seperti Tesla yang menentang penggunaan LiDAR di kendaraan mereka. CEO Tesla Elon Musk baru-baru ini membuat komentar tentang penggunaan LiDAR " lidar adalah tugas orang bodoh dan siapa pun yang mengandalkan lidar ditakdirkan ". Perusahaannya Tesla telah mampu mencapai swakemudi tanpa LiDAR, sensor yang digunakan di Tesla dan jangkauan jangkauannya ditunjukkan di bawah ini.

Ini datang langsung terhadap perusahaan seperti Ford, GM Cruise, Uber dan Waymo yang menganggap LiDAR adalah bagian penting dari rangkaian sensor, musk Dikutip sebagai " LiDAR lumpuh, Mereka akan membuang LiDAR, tandai kata-kata saya. Itu prediksi saya. " Juga universitas mendukung keputusan Musk untuk membuang LiDAR karena dua kamera murah di kedua sisi kendaraan dapat mendeteksi objek dengan hampir keakuratan LiDAR dengan hanya sebagian kecil dari biaya LiDAR. Kamera yang ditempatkan di kedua sisi mobil Tesla ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Kamera di Kendaraan Mengemudi Sendiri

Semua kendaraan tanpa pengemudi menggunakan beberapa kamera untuk mendapatkan pandangan 360 derajat ke lingkungan sekitar. Beberapa kamera dari setiap sisi seperti depan, belakang, kiri dan kanan digunakan dan akhirnya gambar digabungkan menjadi satu untuk memiliki tampilan 360 derajat. Sementara, beberapa kamera memiliki bidang pandang yang luas hingga 120 derajat dan jarak yang lebih pendek dan yang lainnya berfokus pada pandangan yang lebih sempit untuk memberikan visual jarak jauh. Beberapa kamera di kendaraan ini memiliki efek fish-eye untuk memiliki pemandangan panorama super lebar. Semua kamera ini digunakan dengan beberapa algoritme visi komputer yang melakukan semua analitik dan deteksi untuk kendaraan. Anda juga dapat melihat artikel terkait pemrosesan gambar lainnya yang telah kami bahas sebelumnya.

Penggunaan Kamera di Mobil

Kamera dalam kendaraan digunakan untuk waktu yang lama dengan aplikasi seperti bantuan parkir dan pemantauan bagian belakang mobil. Sekarang seiring dengan berkembangnya teknologi kendaraan tanpa pengemudi, peran kamera dalam kendaraan sedang dipikirkan ulang. Sambil memberikan pemandangan lingkungan sekitar 360 derajat, kamera dapat menggerakkan kendaraan secara mandiri melalui jalan.

Untuk memiliki pandangan sekeliling jalan, kamera diintegrasikan di berbagai lokasi kendaraan, di depan digunakan sensor kamera pandangan lebar yang juga dikenal sebagai sistem penglihatan teropong dan di sisi kiri dan kanan digunakan sistem penglihatan monokuler dan di belakang akhir kamera parkir digunakan. Semua unit kamera ini membawa gambar ke unit kontrol dan menggabungkan gambar agar memiliki tampilan surround.

Jenis sensor lain di Self-Driving Vehicle

Selain ketiga sensor di atas, terdapat beberapa jenis sensor lain yang digunakan pada kendaraan self driving untuk berbagai keperluan seperti deteksi jalur, pemantauan tekanan ban, pengatur suhu, pengatur penerangan eksterior, sistem telematika, pengatur lampu depan dll.

Masa depan kendaraan self-driving sangat menarik dan masih dalam pengembangan, di masa depan banyak perusahaan akan maju untuk menjalankan perlombaan, dan dengan ini banyak undang-undang dan standar baru akan dibuat untuk penggunaan yang aman dari teknologi ini.