Le monde à travers les yeux d'une voiture. Comment les drones le voient-ils?

Les progrès dans les véhicules sans pilote se sont accélérés rapidement ces dernières années. À partir du 1er décembre 2018, les drones pourront se déplacer librement sur les voies publiques à Moscou et au Tatarstan. Il semble qu'un peu plus et nous pouvons monter dans la voiture et faire nos propres affaires, tandis que notre transport prendra en charge la gestion de l'ensemble du processus de conduite. Des rêves, des rêves, mais de quoi une telle voiture est-elle vraiment capable et va-t-elle déplacer une personne?

En route vers la pleine autonomie

La communauté internationale des ingénieurs automobiles (SAE International) a développé une classification à six niveaux de l'autonomie des voitures. Ce système illustre le chemin parcouru par les voitures au cours des dernières décennies et décrit les difficultés qui doivent encore être résolues pour créer un véhicule véritablement sans pilote.

Niveau 0 - pas d'autonomie. Toutes les machines qui n'interfèrent pas avec le processus de contrôle peuvent être attribuées à ce niveau. Sans homme, une telle voiture ne bougera pas et ne pourra éviter un accident. ABS ou capteurs de stationnement - c'est tout ce que vous pouvez attendre d'une voiture de niveau zéro.

Niveau 1 - aide minimale. Comprend les voitures qui peuvent diriger la direction ou l'accélération / freinage avec une surveillance constante par le conducteur. Cela inclut également les systèmes d'aide au stationnement lorsque la voiture roule et que le conducteur pédale.

Niveau 2 - assistance à l'attention du conducteur. Au deuxième niveau, il y a une automatisation complète des processus simples qui nécessitent une direction automatique et un contrôle des mouvements simultanés. Cela inclut les systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS).

Niveau 3 - pilote automatique limité. Le niveau frontalier auquel il est déjà possible de parler de pilote automatique à part entière fonctionnant dans le cadre de scénarios individuels. Contrairement aux voitures du deuxième niveau, les voitures du troisième ne nécessitent pas une attention constante du conducteur - une personne peut vaquer à ses occupations, sans prendre le volant toutes les demi-minutes.

Niveau 4 - pilote automatique dans les villes. Les voitures de quatrième niveau diffèrent du pilote automatique absolu (5ème niveau) en ce qu'elles ont besoin de cartes de terrain 3D avec lesquelles la voiture sera vérifiée pendant la conduite, en balayant le terrain. Si la voiture de quatrième niveau se trouve dans une zone qui ne figure pas sur ces cartes, le pilote automatique passe en mode de troisième niveau ou s'arrête complètement.

Niveau 5 - pilote automatique complet. Le même pilote automatique sphérique dans un vide qui peut se déplacer par tous les temps et n'importe où dans le monde: qu'il s'agisse d'une route cassée sans balisage, d'une clairière forestière, d'un col de montagne enneigé, d'une métropole animée - un pilote automatique de cinquième niveau ira partout, analysant la situation en déplacement. Il n'a pas besoin de cartes 3D préparées - une voiture autonome de cinquième niveau avec ses compétences correspond à un conducteur vivant.

Comment fonctionnent les vraies voitures autonomes?

Appareil photo + processeur d'image

Lors du développement des premiers véhicules sans pilote à part entière, les caméras étaient le principal moyen de percevoir l'espace autour de la voiture. Ils ont permis d'obtenir rapidement des images dans le domaine visible avec un grand angle de vision. Cependant, une seule image de caméra ne suffit pas pour que la voiture autonome fonctionne correctement, un drone a besoin d'un analogue électronique du cerveau humain, c'est-à-dire d'un processeur d'image spécialisé.

La création de ces processeurs est réalisée à la fois par de grandes entreprises expérimentées et des startups, selon Mobileye, qui fait désormais partie d'Intel, NVIDIA. Des développements similaires sont à Toshiba. La famille de processeurs Toshiba Visconti traite les images de quatre caméras, évaluant les images à la fois selon divers critères: marquages, voitures en mouvement et en stationnement, feux et panneaux de signalisation, phares, piétons et cyclistes. Après avoir identifié et classé des objets sur vidéo, le processeur transmet des informations au «cerveau» de la machine, dont le pilote automatique décide déjà du comportement optimal. C'est ainsi que fonctionne le système d'assistance à la conduite ADAS étendu, évitant les collisions et les collisions avec les piétons (critère d'autonomie de deuxième niveau).


Un ensemble de caméras et un processeur Toshiba Visconti surveillent la situation du trafic mieux et plus attentivement qu'une personne. Source: Toshiba

Le cycle complet des générations précédentes de Toshiba Visconti, de l'acquisition d'image à la publication d'informations avec résultats de reconnaissance, a duré jusqu'à 100 ms. Dans Visconti 4, le cycle a été réduit à 50 ms. Dans le meilleur des cas, le temps de réponse du pilote est de 500 ms. Pendant ce temps, une voiture roulant à 80 km / h passera 11 mètres - une longue distance en cas de situation dangereuse sur la route.

Visconti résout également le problème de la vision monoculaire - le processeur est capable de construire une reconstruction tridimensionnelle de l'espace, en analysant la séquence d'images pendant le mouvement. Cela fonctionne à la fois pour les objets mobiles et fixes sur la chaussée et au-delà.

Radar

Les caméras ne sont pas en mesure de reconnaître les objets distants et de construire des cartes détaillées.En outre, leur fonctionnalité dépend directement des conditions météorologiques. Ces lacunes peuvent être compensées par des radars émettant des signaux radio avec une fréquence de dizaines de gigahertz. Ils identifient idéalement les obstacles dans l'espace. Les radars avec une fréquence de 24 GHz et 77 GHz sont déjà utilisés dans des systèmes ADAS coûteux pour un freinage précoce lors de la détection d'une intersection de cap avec un piéton ou une autre voiture. Contrairement aux caméras, les radars ont un angle d'action très étroit, inversement proportionnel à la portée souhaitée. De plus, le radar a un coût élevé (au niveau de 1 000 $), ce qui limite immédiatement la portée de son utilisation exclusivement par les voitures représentatives et premium.

Les radars font un excellent travail de localisation des objets, mais sans déterminer leur forme et uniquement dans une plage étroite.

Lidar

Les lidars sont considérés comme les capteurs les plus efficaces, mais en même temps les plus controversés pour les voitures autonomes. Ils construisent une image détaillée du monde qui les entoure à l'aide de faisceaux laser qui sont réfléchis par les obstacles et reviennent. De plus, les lidars le font avec une précision inaccessible pour d'autres capteurs. À l'aide d'un lidar, une voiture crée sa propre carte 3D à des dizaines de mètres de distance, reconnaissant les voitures, les personnes et les obstacles.

Alors voit le monde une voiture avec lidar

Cependant, le lidar présente plus de défauts que d'avantages. Premièrement, les lidars deviennent impuissants sous de fortes pluies ou pendant les chutes de neige - les faisceaux laser sont réfléchis par les gouttes d'eau et les flocons de neige. Deuxièmement, le lidar doit avoir une vue circulaire complète, ce qui signifie qu'il crée une "bosse" sur le toit de la voiture. Troisièmement, les lidars ne sont pas seulement chers, mais très chers: les premiers modèles Velodyne coûtaient 75 000 $, les modèles Waymo modernes coûtaient 7 500 $.


La gamme de lidars Velodyne. Source: Velodyne

L'apparition de lidars «à l'état solide» sans pièces mobiles devrait réduire le coût des appareils de plusieurs ordres de grandeur dans les années à venir. Velodyne prétend avoir fait une percée qui réduira le prix des lidars à 50 $.

Toshiba, à son tour, s'efforce d'améliorer l'efficacité des lidars. Cette année, une nouvelle puce a donc été introduite qui combine des chaînes pour analyser les données à longue et à courte distance. Cela nous a permis de doubler la portée effective des lidars à 200 m, ainsi que de s'affranchir du problème d'éblouissement qui affectait la qualité des reflets.

Comment ça marche pour ...

... Tesla

Pour mettre en œuvre le pilote automatique, un système de huit caméras avec différents angles et plages de vision, 12 capteurs à ultrasons en cercle et un radar frontal à longue portée sont installés dans les voitures Tesla. Les capteurs à ultrasons sont chargés de reconnaître les voitures dans les rangées adjacentes et les obstacles lors de la conduite à basse vitesse. Les caméras sont chargées de trouver les piétons, les voitures, les marques et les panneaux. Les aide dans ce radar. Le GPS est utilisé pour se déplacer le long de l'itinéraire et les capteurs s'assurent que la voiture roule strictement dans les voies et évite les accidents. D'une part, cela vous permet d'utiliser le pilote automatique Tesla dans toutes les villes. En revanche, pour le fonctionnement, le pilote automatique nécessite toujours l'attention du conducteur.

Tesla n'utilise pas intentionnellement de lidar; Elon Musk s'oppose ouvertement aux lidars, justifiant cela par leur prix et leur travail problématique par mauvais temps. Il est difficile d'être en désaccord avec lui - un supplément de 7 à 10 000 dollars au prix et une "bosse" sur le toit n'ajouteraient pas l'attrait de Tesla.

Peu importe à quel point un bon nombre de caméras, de radars et de capteurs à ultrasons ont l'air, et ils ont des dysfonctionnements. En 2018, la Tesla Model S en mode pilote automatique s'est écrasée sur un séparateur de route, ce qui a causé la mort du conducteur. Comme l'a montré l' enquête des propriétaires de la voiture électrique, le pilote automatique Tesla n'a pas pu lire correctement les marques effacées, et les caméras et les radars, à leur tour, n'ont pas vu le danger dans la barrière d'acier qui s'approchait rapidement.

... Waymo

Les systèmes Waymo utilisent des véhicules utilitaires lidar, cinq radars, huit caméras et GPS, ainsi que des véhicules utilitaires Chrysler Pacifica hybride (maintenant 600, 62 000 unités devraient être achetées) et Jaguar I-PACE (20 000 unités sont prévues).


La voiture électrique Waymo Jaguar I-PACE n'est pas aussi utilitaire que la spacieuse Chrysler Pacifica, mais elle a l'air incroyable - même le lidar sur le toit ne gâche pas la vue. Droit d'auteur: Waymo

Lors de la conduite, Waymo utilise les données de Google Street View, s'y référant à l'aide de ses capteurs. Grâce à cela, une autonomie complète est obtenue - contrairement à Tesla, les voitures Waymo ne nécessitent vraiment aucune intervention du conducteur, mais transportent simplement des passagers. Contrairement à Tesla, Waymo ne vend pas de voitures, mais un service de transport, c'est-à-dire des robots.

La vidéo panoramique de Waymo vous aide à comprendre comment votre voiture autonome reconnaît votre environnement.

Le principal inconvénient de Waymo est la liste extrêmement limitée des villes où les drones fonctionnent - pour que le pilote automatique fonctionne correctement, l'environnement urbain doit être tourné en 3D, et c'est une procédure longue et compliquée, donc Waymo fonctionne actuellement dans seulement deux douzaines de villes américaines. Cependant, l'expansion du réseau routier n'est qu'une question de temps. Passez un bon moment.

... Yandex

Yandex a présenté son projet de véhicule sans pilote il y a tout juste un an. Un bloc de lidar, caméras, radars, GPS et IMU, c'est-à-dire des composants typiques des voitures autonomes, a été installé sur la Toyota Prius. De Yandex, le drone a obtenu une plate-forme logicielle qui s'est bien révélée à la fois lors de la conduite dans les rues étroites de Moscou du quartier de Khamovniki et lors de longs trajets de Moscou à Kazan.

Arrivé au Tatarstan, la voiture Yandex est restée là, devenant le premier taxi sans pilote en Russie. Maintenant, il travaille dans la ville d'Innopolis, transportant des passagers entre les cinq points principaux. Et en octobre, un taxi similaire est apparu sur le territoire de Skolkovo. Dans les plans lointains de l'entreprise pour amener des taxis sans pilote dans les rues de la ville sur une base commerciale.

... KAMAZ

En 2016, le NAMI State Institute a présenté le «minibus» sans pilote SHATL, qui n'était alors rien de plus qu'un concept car expérimental. Deux ans plus tard, KAMAZ-1221 SHATL est déclaré futur projet de série, qui sera mis sur le convoyeur en 2022. Le mini-bus électrique avec lidars, caméras et capteurs à ultrasons se déplace jusqu'à présent avec prudence à une vitesse de 10 km / h, mais à mesure que la plate-forme logicielle s'améliore, il est promis d'accélérer jusqu'à 110 km / h.

Qu'est-ce que les drones vont changer?

L'exclusion du facteur humain augmentera les conditions de fonctionnement marginales des voitures - augmentera la vitesse maximale, réduira la largeur des voies, réduira la distance entre les voitures dans le flux. En conséquence, le débit des routes augmentera considérablement, la vitesse moyenne augmentera et le nombre de congestion diminuera.

Selon l'American Highway Capacity Manual, une voie par heure passe environ 2 200 voitures conduites par des personnes. Diverses études montrent que le passage aux voitures autonomes portera ce chiffre à 7200-12000 voitures par heure. Un tel saut impressionnant dans l'efficacité de l'utilisation de la route est obtenu en augmentant la vitesse de sécurité et en réduisant la distance entre les voitures dans la bande de 40 à 50 mètres à 6-7 mètres - pour les voitures qui transmettent des informations sur leur vitesse et leurs manœuvres estimées, une telle distance sera suffisante pour la sécurité mouvement.

Cependant, nous sommes encore loin d'un tel avenir sans pilote. Les voitures de série de constructeurs automobiles renommés viennent d'adapter le deuxième niveau d'autonomie, les modèles les meilleurs et les plus chers s'apprêtent à passer au troisième niveau. Mais dans la prochaine décennie, cela ne vaut pas la peine de rêver de drones du cinquième niveau d'autonomie - pendant longtemps, une personne sera la principale sur la route.