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5 Autopilot-Sensoren und ihre (bisher) unlösbaren Schwierigkeiten



Der erste Teil der Überprüfung der Probleme des Autopiloten verlief gut und die Zeit, weiterzumachen. Das Leben steht nicht still und die Tesla kämpfen immer noch (Tesla Model X auch, aber bisher ohne die Hilfe eines Autopiloten). Was ist los mit ADAS-Sensoren? Und warum wird sich in den kommenden Jahren nichts dramatisch ändern?

Viele näherten sich überraschenderweise ihren körperlichen Fähigkeiten. Dies kann mit Zuversicht gesagt werden, da die unten aufgeführten Systeme nicht nur in Autos verwendet werden und große Märkte außerhalb der Autowelt haben. Das ist viel Geld, Milliarden von Dollar in Forschung und Entwicklung und eher langsame Fortschritte.

Jetzt genauer.

Arten von Sensoren - wie Finger an einer Hand, fünf:
  • Kameras
  • Radargeräte
  • Lidars
  • Ultraschall
  • Infrarotkameras.

Die Klassifizierung wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit und nicht der Einhaltung der technologischen Wahrheit gewählt. Im Allgemeinen können Sie auf verschiedene Arten teilen:
  • passiv (Kameras) und aktiv (Lidar-Radar),
  • im sichtbaren Bereich (Kameras) und nicht (alle anderen, einschließlich IR),
  • nach Frequenzen (vom Ultraschall bis zum Lidar).

Alle diese Sensoren sind sehr unterschiedlich und liefern verschiedene Informationen an das elektronische Gehirn.

Was ist wichtig über den gesamten Markt zu wissen?



Die Schätzungen variieren, aber die Reihenfolge ist dieselbe. Das Gleichgewicht ist zugunsten von Kameras und Radargeräten verzerrt, die für zwei 85 Prozent des Geldmarktes ausmachen. Lidare bleiben eine Nischenlösung (nur wenn es keine Durchbrüche gibt), und Ultraschallsensoren können nicht über ihre Nische hinausgehen und Durchbrüche sind wiederum nicht sichtbar. Nachtsichtsysteme gehen auch vor dem Hintergrund von Lidars verloren.

Jetzt genauer.



KAMERAS


Es funktioniert so: ein Bild der Welt im sichtbaren Bereich erhalten, verarbeitet (einzelne Frames und Sequenz), erkannt.

Vorteile:
  1. Nur Kameras können Straßenmarkierungen und -schilder erkennen.
  2. Die Kameras haben eine gute Auflösung im Winkel, dh die Kamera "versteht" Objekte, die sich über das Auto bewegen (Fußgänger überqueren die Straße).
  3. Nach dem Bild von der Kamera ist eine direkte Klassifizierung von Objekten möglich ("Hund" - "Kind" - "Erwachsener" - "Fahrrad" - "Auto" - "LKW").
  4. Und natürlich sind Kameras erschwinglich - von ein paar hundert Dollar bis zum Käufer.

Nachteile:
  1. Die Kameras haben eine schlechte Auflösung in der Reichweite, sie verstehen kaum die Entfernung zum Hindernis oder die Annäherungsgeschwindigkeit (Stereokameras lösen das Problem teilweise).
  2. Es gibt keine direkte Messung der Geschwindigkeit von Objekten, sie kann durch eine Reihe von Frames verstanden werden, und dennoch ist die Messung unscharf.
  3. Stark beeinflusst von Wetter und Straßenverhältnissen - der berüchtigte "weiße Van gegen strahlenden Himmel" bei einem Unfall.
  4. Die Verarbeitung von Daten von Kameras nimmt Zeit in Anspruch: Je größer die Verzögerung, desto komplexer das Kamerasystem.

Der Markt ist voll von Elefanten von Intel und NVIDIA bis hin zu Mobileye und Magna International. Es gibt viele Startups, die Einstiegsschwelle ist niedrig. Die Entwicklung der Technologie beruht auf der Geschwindigkeit und Qualität der Datenverarbeitung, dh auf Prozessoren und Algorithmen. Es ist nicht möglich, die Verarbeitungsgeschwindigkeit drastisch zu erhöhen, und bahnbrechende Algorithmen haben noch nichts durchbrochen.

Fazit:
Auf Kameras im Auto kann man immer noch nicht verzichten.



Radare


Es funktioniert so: Es wird mit ultrahoher Frequenz ausgestrahlt, hört auf das, was zurück ist, erkennt sofort die Entfernung zu den Hindernissen, ihre Geschwindigkeit und Winkel auf ihnen.

Vorteile:
  1. Die Wetterbedingungen beeinflussen den Radarbetrieb viel weniger, die Farbe von Objekten und Licht wird überhaupt nicht beeinflusst.
  2. Eine gute Auflösung in Reichweite und Geschwindigkeit, eine direkte Messung von Reichweite und Geschwindigkeit mit guter Genauigkeit ist verfügbar.
  3. Sofortige Datenverarbeitung (1 / 20–1 / 50 Sekunden), die besonders für hohe Geschwindigkeiten wichtig ist.
  4. Die Fähigkeit, Informationen aufgrund der geringen Informationsmenge auf einfache Weise in der Dynamik zu sammeln und zu analysieren. Aus dem gleichen Grund geeignet für V2I / V2V

Nachteile:
  1. Nicht billiger und oft teurer als Kameras. Teurer als 1.000 US-Dollar für Fernradar.
  2. Schlechte Winkelauflösung (für das Radar ist es schwierig, die Bewegung zu verstehen).
  3. Es gibt keine direkte Möglichkeit, ein Hindernis zu klassifizieren oder seine Abmessungen zu bewerten.
  4. Starke Abhängigkeit der Reichweite vom Betrachtungswinkel. Wenn wir weit und schmal strahlen, sehen wir keine Störungen über der Straße und an den Seiten. Wir leuchten weit - wir bekommen eine kleine Reichweite.

Es gibt Elefanten auf dem Markt, nur mit anderen Namen - Bosch Global, Delphi, Smartmicro. Es gibt fast keine Startups, die Einstiegsschwelle ist aufgrund der hohen Kosten für Geräte für die Entwicklung von Mikrowellen sehr hoch. Die Verarbeitungsmethoden haben sich in den letzten 50 Jahren kaum verändert. Investitionen in die Entwicklung und Organisation der Herstellung von Bauteilen (als Antennenspeisungspfad) werden in Hunderten von Millionen Euro gemessen. Erschwingliche und qualitativ hochwertige Transceiver, ohne die es überhaupt keine Massenlösung gibt, produzieren fünf Unternehmen auf der ganzen Welt. Radargeräte verbessern sich kontinuierlich, aber die Entwicklung dauert Jahrzehnte.

Fazit:
Die Stärken des Radars sind die Schwächen der Kamera und umgekehrt. Auch ohne Radar geht das nicht.

Nicht ich habe es mir ausgedacht, sondern Mr. Musk:
„... Das heißt, ich glaube nicht, dass du LIDAR brauchst. Ich denke, Sie können dies alles mit passiver Optik und dann mit vielleicht einem Vorwärtsradar tun ... wenn Sie schnell in Regen, Schnee oder Staub fahren. Ich denke, das löst es vollständig ohne die Verwendung von LIDAR. Ich bin kein großer Fan von LIDAR, ich denke nicht, dass es in diesem Zusammenhang Sinn macht. “



LIDARS


Laser-Entfernungsmesser: Sie leuchteten mit einem Laser, schauten auf das, was zurück war, und gaben eine Reihe von Punkten mit Abständen zu ihnen aus.

Vorteile:
  1. Wunderwaffel, sieht alles im Detail und mit hoher Genauigkeit. Außer ihnen kann und wird niemand.

Nachteile:
  1. Beim Scannen von Lidars wird derselbe Straßenabschnitt nur zwei- bis dreimal pro Sekunde angezeigt.
  2. Hohe Kosten, keine Kosten für Lidar.
  3. Noch sind Lidars zerbrechlich.
  4. Kurz gesagt, der Rest ist der Nachteil

Es gibt coole Spieler auf dem Markt - Velodyne LiDAR, Quanergy, Sick. Alle Entscheidungen sind relativ jung, einige Startups, aber relativ groß. Wirklich große Bosch-Player mit einem Umsatz von mehreren zehn Milliarden im Automobilsektor sind nicht mehr auf dem Markt und werden es auch nie sein. Mit einer Verringerung der Lidar-Kosten und dem Verzicht auf bewegliche Teile fallen auch die Fähigkeiten und der Bedarf des Lidars katastrophal. Jeder wartet auf eine Entscheidung für 250 Dollar, aber etwas fehlt.
Einfach und verständlich: Der Automarkt für Lidars ist hundertmal kleiner als der Markt für Radare oder Kameras, und diese sind voll von anderen Anwendungen

Fazit:
Bis zur Revolution bleiben Lidars eine Nischenlösung. Gut für das Prototyping, keine Möglichkeit für ein Serienauto. Ja, und für das Prototyping ist es schlecht: Die für Lidars geschärfte Logik passt sich nicht gut an andere Sensoren an.

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ULTRASCHALL
Bekannte Parksensoren: sendeten ein Hochfrequenzsignal aus, warteten bis es zurückkehrte, berechneten die Zeit.

Vorteile:
  1. Sehr billig, hundert oder zwei Dollar für ein Multisensorsystem
  2. Sensoren sind einfach zu integrieren.
  3. Die Technologie ist gut etabliert und verständlich, Sie können sogar zu Hause mit Arduino experimentieren.

Nachteile:
  1. Die Reichweite ist auf Metereinheiten begrenzt.
  2. Es gibt keine Möglichkeit, den Winkel zum Objekt zu verstehen oder die Geschwindigkeit direkt zu messen.
  3. Geringe Datenzuverlässigkeit.


Jetzt wird der Markt von chinesischen Noname dominiert, die Lichtung wurde schon lange mit Füßen getreten, es gibt nur wenige, die in neue Projekte investieren wollen. Es gibt nur wenige Startups, aber es gibt zum Beispiel Toposens , die mit Ultraschall eine coole Sache machen, aber plötzlich beginnt auch etwas ein Radar zu machen.

Fazit:
Sobald Radare und Lidare lernen, kurze Strecken gut zu trainieren, bleibt Ultraschall nur für Arduino. Ein Witz :).



INFRAROTKAMERAS Funktionsweise
: Im Infrarotbereich betrachtet, Bilder auf der Matrix analysiert.

Vorteile:
  1. Heiße Menschen und Waldtiere sind deutlich sichtbar.

Nachteile:
  1. Teuer, ein paar tausend Dollar nur für die Frontkamera
  2. Enger Anwendungsbereich
  3. Einschränkungen der Verwendungstemperaturen.

Fazit:
Eine gerade Nischengeschichte als Lidars. Radargeräte mit Lidars werden sie sehr bald, wenn nicht bereits, aus dem Automarkt werfen.

Und jetzt - süß. Zusammenfassend:

  1. Kein Sensor oder Sensorsystem kann universell werden. Wenn wir über die Rolle der einzigen in Low-End-Lösungen sprechen - das sind Kameras. Zweitens Radargeräte.
  2. Jedes ADAS-System und insbesondere ein Autopilot verwendet ein System mit mehreren Sensoren. Dies wird als Sensorfusion bezeichnet und kombiniert hauptsächlich Kameras und Radargeräte. Ich vermute, sie werden fertig sein.
  3. Je heterogener die Informationen sind, die Sie sammeln möchten, desto teurer sind sie (die Hälfte des Aufwands) und desto länger dauert es. Je länger wir verarbeiten, desto langsamer müssen wir fahren, um sicher zu sein. Daher die Schildkrötenfahrt der meisten Autopiloten und die Liebe zum guten Wetter.

Und das ist noch nicht alles. Lassen Sie uns nun über die Probleme der realen Welt sprechen .

Source: https://habr.com/ru/post/de396185/

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