人物在自动驾驶汽车中如何理解传感器工作原理及应用来识别不同自动化等级
导语:自动驾驶技术是指通过人工智能、传感器和其他技术实现车辆在没有人为干预的情况下自主行驶的能力。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,使电脑能够在没有任何人类主动操作的情况下,安全地操作机动车辆。
自动驾驶汽车通常分为不同的自动化等级,从L0到L5:
L0:无自动化,车辆完全由驾驶员操控,没有任何自动驾驶辅助功能。
L1:驾驶辅助,车辆具备一些基础辅助功能,如定速巡航和车道偏离预警。
L2:部分自动化,车辆能同时进行横向和纵向控制,如自适应巡航和车道保持辅助。
L3:有条件自动化,在特定条件下车辆可以自動駕駛,但驾驶员需随时准备接管。
L4:高度自動化,在限定区域和条件下車輛完全自動駕駛,无需驾驶员干预。
L5:完全自動化,車輛在任何场景下都能自動駕駛,没有驾驶位也没问题。
自动驾驶汽车的核心技术包括传感器和人工智能。传感器如激光雷达(LiDAR)和摄像头用于感知周围环境,提供路况、障碍物等信息;人工智能则用于决策和控制,确保車輛的安全与高效行使。
惯性传感器,加速度计(加速度计)与角速度陀螺仪作为汽车的“内耳”,多年来一直在汽车安全气囊以及稳定控制系统等应用中执行一些基本任务。它们不需要其他传感器输入,就能够独立探测到車輛运动,如一个简单的单轴加速度计可以探测到一台急剧减速开启安全气囊。而更先进的惯性传感器组件由两个正交XY加速度计及一个单轴/双轴角速度陀螺仪组成,它们常用于車輛稳定的控制,而横向、高度加速度及转速决定了是否采取措施以防止侧翻或减少转弯时轮胎打滑。在本质上讲,这些惯性传感器决定了汽油能否在设定的路径上行进。
现在普通的傳動系統中的惯性傳測單元(IMU)可以測量某个方向上的運動狀態,而6自由度(六軸)的線性運動與旋轉測量組合體系结构可捕捉車両運動状态全方位。通過組合六軸結構線性的運動(三維空間)與旋轉測量(滾動,俯仰,偏航),IMU能夠追踪計算出汽油位置並方向。此外IMU不僅用於安全氣囊與汽油穩定性控制,並且可實時追蹤計算出汽油位置並方向,因此IMU通過精確校準消除溫度與偏差漂移後,可短時間內對汽油進行精確位置估算,不需要額外輔助。此進一步融合輪胎速率及角度資訊,以輔助卡爾曼濾波估計位置,其它先進系統會將此情報輸入中央處理模塊以更新其它相關資訊。
GPS接收者獨立不能提供連續不間斷的地理坐標信息,但透過接收遍布全球衛星信號,可將定位精確到幾米之內。一旦校正衛星時鐘誤差及其影響大氣傳播誤差後,即可透過實時動態(RTK)等算法技術將定位精確至2~4厘米左右。但GPS每秒只能更新一次位置信息,這就要求使用更多次頻繁更新來滿足高級別應用的需求。在高速公路上,每10英尺行走便會有一次GPS更新。而當遇到隧道或高樓附近無法接受GPS信號時,一般會利用惡劣環境下的IMU推算機制來預留30秒甚至更長時間,以補充缺失信號期望從其他途徑獲得的地理坐標數據。這種情況下,如果允許10~30cm範圍內之類似誤差,那麼即便是在最好的交通條件中,大多數現代MEMS IMUs也無法提供所需水平之準確地理座標數據,只要環境變得更加複雜或者移動距離增加,這個問題就越發嚴重。
為了市場價格相對低廉而不是軍事級别以上性能,我們通常使用基于MEMS微力学电容(MEMS)加速度计与陀螺仪。这类产品价格低于100美元,可以更好地满足消费级别工业系统成本要求。我們希望未来MEMS IMUs能够提供包括全额L5级驱动应用所需精度与可靠性的高级型号,并且这些产品应该具有切合市场尺寸与生产工艺要求。如果我们能够达到这些目标,我们将拥有一个价格实惠但性能卓越的人造智能设备,为广泛范围内用户服务。这将极大促进社会经济发展,同时提升生活质量,因为人们将享受到更加舒适快捷、高效又环保的人口流通方式。