Self-Driving

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자율주행차는 다섯 가지 핵심 부분을 포함한다: 감지, 센서 융합, 포지셔닝, 비전 및 제어, 이 다섯 가지 대부분에서 다루는 내용 및 상호간의 관련 건물주는 후속 몇 편에서 이 건물주가 먼저 감지 부분에서 언급할 것이다.


감지는 시스템 입력으로서 자동 운전 기능 실현의 기반이 되며 차량 주변의 환경을 명확하게 하는 책임을 진다.환경 정보에 가능한 한 정확하게 사실적으로 반응하기 위해, 오토데스크는 각 센서의 지지와 배합을 필요로 하며, 배치된 센서를주로 GNSS(GPS), 카메라, 관성측정단원 IMU, 밀리미터파 레이더, 레이저레이더, 초음파레이더 등 우리가 실제로 만질 수 있는 센서 외에 이른바 고정도 지도가 필요하다.그중 GPS와 카메라는 여기가 더 이상 거추장스럽지 않고, 생활 속에서 우리는 이 두 가지 센서를 자주 사용하고, 여러분이 그에 대해 직관적인 인식과 경험을 가지고 있다고 믿습니다.


01 고정도 지도

고정도 지도는 자율주행에 전문적으로 봉사하는 것인데, 생활에서 우리가 자주 접하는 것은 전통적인 지도인데, 예를 들어 우리가 운전해서 어딘가로 갈 때 지도가 여러 경로를 추천하고 각각의 노선에 얼마나 많은 시간을 소비하는지 우리가 이러한 정보를 얻은 후에, 나는지도가 제공하는 정보에 따라 직진, 좌회전 또는 우회전 여부를 결정하고, 전 과정에 걸쳐 속도제한 표시, 신호등 등 운전환경 평가와 각종 교통 통제를 고려해야 한다.


자율주행차는 우리가 보는 것들과 GPS를 이용하여 세계에서 자신의 위치를 정할 수 있고, 우리는 장애물, 다른 차량, 보행자 또는 교통신호를 쉽게 식별할 수 있는 우리 인간 고유의 시각과 논리 능력이 부족하다.등의 메시지가 올라온다.

고정도 지도는 전통적인 지도에 비해 운전보조와 주변환경 정보를 많이 담고 있어 도로망의 정확한 3차원 표징이 무엇보다 중요하다.예를 들어 교차로 배치와 도로 표지 위치의 경우, 높은 정확도의 지도는 또한 많은 어의 정보를 포함하고 있는데, 예를 들어 지도가 가능할 수 있다.교통등에서 다른 색의 의미를 보고하고, 속도 제한과 좌회전 차선이 시작되는 곳을 지시할 수 있다.



고정도 지도의 가장 중요한 특징 중 하나는 정밀도인데, 우리가 많이 사용하는 휴대전화의 내비게이션 지도는 미터급밖에 되지 않아 평소에는 한두 미터는 괜찮을 것 같지만, 우리가 차를 길가에 주차하려고 할 때 한두 미터의 오차는 가능하다.도로가 막히거나 충돌이 발생합니다.정밀도가 높은 지도가 센티미터의 정확도에 도달할 수 있도록 하는 것은 자율주행차의 안전성에 매우 중요한데, 정밀도 지도를 실시간으로 최신 상태로 유지할 수 없게 되어 주위의 환경이 시시각각 변할 수 있다.

02 관성측정단원 IMU

관성측정단원은 위치 선정을 위한 일종의 대충 보조 수단으로서, 로봇 오리엔테이션에서 우리는 항상 관성측정단원을 사용하여 항적 추연을 하여 대략적인 위치를 실현한다.한 대의 차량이 항시 속도로 직선 주행 중이고 이미 알려진 차량의 초기 위치에 있다고 가정하면,속도 및 주행 시간 상황에서 우리는 자동차의 현재 위치를 쉽게 얻을 수 있습니다.


같은 상기 질문이지만, 초기 속도와 가속도 정보만 제공되며, 이때 초기 위치에 기초하여 우리는 자동차가 어떤 시점의 차량 속도와 위치에 있는지 계산할 수 있으며, 어떻게 자동차의 가속도 정보를 얻을 수 있는지는 바로 관성 측정 셀 IMU입니다.해야 할 것 같아. IMU 우리도 많이 접하고 작은 것부터 휴대전화, 스마트워치, 큰 것, 미사일, 우주선까지 다 쓸 수 있는데 분야별로 채택하고 있는 차이점은 원가와 정밀도에 있어.

하나의 IMU는 세 개의 단축 가속도계와 세 개의 단축 자이로스코프를 포함하며, 가속도계는 물체가 재체 좌표 시스템에서 독립적인 세 축인 가속도 신호를 감지하고, 자이로는 항법 좌표계의 각 속도 신호에 대해 측정합니다.3차원 공간에서의 각속도와 가속도, 이를 통해 물체의 자세를 해산하는 것은 항법에서 매우 중요한 응용 가치가 있다.

IMU는 시간 오차에 따른 누적 특성 때문에 일반적으로 무인차는 "GPS+IMU"와 같은 조합을 사용하여 보다 안정적인 위치추적(위치확인루프는 후속 장에서 논의됨), 예를 들어 바이두 아폴로 채택NovAtel SPAN-IGM-A1의 관성 측정 셀.


위성항법 GNSS와 관성항법 심도가 통합된 내비게이션 시스템으로, OEM 615 GNSS 카드와 관성측량단원(IMU)을 내부에 봉인해 위성신호가 차단될 때도 계속 가용하다.

03 초음파 레이더 Ultrasonic Sensors

초음파 센서는 로봇, 자동차와 같은 분야에서 가장 흔한 센서인데, 우리가 학교에서 단편기를 가지고 놀 때 자주 사던 초음파 센서를 기억하나요?


차량용 레벨에 대한 초음파 센서의 경우 그 모양 및 그 장착 위치는 일반적으로 다음과 같습니다.


초음파 센서는 자동차에서 응용이 매우 광범위하고, 만약 여러분이 아직 그것에 대해 낯설다면, '도차 레이더'는 좀 더 알기 쉽게 쓰여질 지도 모릅니다.우리가 차를 후진시켜 입고할 때, 차가 이동하는 중에, 우리는 운전실에서 항상 "방울방울"을 들을 수 있다.소리, 이 소리들은 초음파 센서에 의해 감지된 거리에 의해 우리에게 피드백되는 정보입니다.후진 레이더 애플리케이션의 경우 일반적으로 차량의 앞뒤 범퍼 위치에 장착하여 전후 장애물을 검사한다.

초음파(20kHz 이상의 기계파를 뜻함)는 주파수가 높고 파장이 짧으며, 선회 현상이 적고, 특히 방향성이 좋아 방사선이 되어 정방향으로 전파되는 등의 특징을 지닌 특수 음파이다.

초음파 센서는 시간차를 통해 거리 길이를 측정하는데, 우선 초음파 송신기가 외부의 어느 방향으로 초음파 신호를 발사하고 신호 발사와 동시에 계시를 시작한다. 초음파는 공기 중에 전파되어 장애물이 있을 때 바로 되돌아와서전파가 돌아가 수신기에 수신됩니다.초음파는 공기 중 전파 속도가 340m/초이고 타이머는 발사 지점에서 장애물까지의 거리 길이, 즉 s = 340t / 2를 기록 시간 t로 측정할 수 있다.


초음파 에너지 소비량이 느리고, 매개체의 진행 거리가 길고, 관통력이 강하며, 거리 측정 방법이 간단하고, 원가가 낮으며, 또한 단거리 측정에서 초음파 센서가 큰 이점을 가지고 있다(일반적으로 탐지 거리는 15~250cm 또는 30~500cm).cm 사이, 예를 들어 보쉬 차량용 초음파 센서의 검출 범위는 20~450cm).따라서 자동차에서 광범위하게 채택될 수 있으며, 예를 들어 BOSCH의 APA 자동 주차 시스템 및 Side View Assist 시스템 모두 초음파 센서를 적용하여 안전 보조 운전을 수행할 수 있습니다.


그러나 초음파의 전송속도는 날씨조건에 따라 영향을 받기 쉬우므로(서로 다른 날씨 조건에서는 초음파의 전송속도가 다르고 전파속도가 느림) 고속측거에 한계가 있다.자동차가 고속으로 달릴 때초음파 거리 측정은 차의 속도를 실시간으로 따라잡지 못하고 오차가 크다.한편 초음파는 비교적 긴 거리에서 표적을 측정할 때 회파 신호가 상대적으로 약하며, 이는 측정 정확도에 영향을 줍니다.

자율주행에서 가장 중요한 두 센서에 대해 설명하겠습니다: 밀리미터파 레이더 Radar와 레이저 레이더 LiDar, 지금까지 자율주행차 감지는 주로 두 가지 방법에 의존합니다: 밀리미터파 레이더 센서 결합 카메라또는 레이저 레이더가 증강됩니다.자율주행차는 이 두 가지 센서를 이용해 정적 지도를 동적으로 보완하는 이른바 '월드 모델'을 구축해 자율주행차에서 레이저레이더와 밀리미터파 레이더의 경쟁이 치열해지고 있다.그것은 심지어 자동차 업계의 일종의 경쟁을 야기시켰다.비록 Waymo, Cruise 그리고 포드를 포함한 많은 회사들이 주로 레이저 레이더에 의존했지만, 테슬라는 밀리미터파 레이더를 카메라에 결합하는 기술을 사용했고, 엘론 머스크는 공개적으로 자동차의 레이저 레이더 시스템을 모욕했고, 바보야모자라는 것은 모두 각자의 장단점이 있다.점, 주류의 경우 각 감지 시스템이 상호 통합 및 배합되어 시스템 여유와 서로 다른 상황에서의 상호 보완성이 향상됩니다.

04밀리파 레이더 Radar

밀리미터파 레이더는 말 그대로 밀리미터파 주파수대에 근무하는 레이더다.밀리미터파는 길이가 1~10mm인 전자파를 의미하며 대응하는 주파수 범위는 30300GHz이다.현재 차량용 레이더 주파수는 주로 24에 집중되어 있다GHz, 77GHz 및 79GHz라는 세 개의 주파수 대역.이 중 24GHz 파장은 1.25cm(24GHz 파장은 1.25cm이지만 현재 업계에서도 이를 밀리미터파라고 부른다)로, 77GHz 파장은 3.9mm로 더 짧다.주파수대별 밀리미터파 레이더는 성능과 원가가 다르고, 밀리미터파 레이더는 거리측정 능력이 뛰어나 자체 적응 순항제어(ACC), 맹점검출, 보조변로(L) 등에 광범위하게 활용된다.통상, 서로 다른 거리 범위의 탐지 필요를 충족시키기 위해, 한 대의 차량에 여러 개의 짧은 거리, 중간 거리 및장거리 밀리미터파 레이더.이 중 24GHz 레이더 시스템은 근거리 탐지(SRR), 77GHz와 79GHZ 레이더 시스템은 중장거리 탐지(MRR or LRR)를 주로 구현한다.서로 다른 밀리미터파 레이더가 '각각의 직무'를 수행하며 차량 전방, 차체 및 후방에서 서로 다른 역할을 수행합니다.


24-24.25GHz 대역: 현재 자동차의 점보검출변도보조에 많이 사용되고 있다.레이더는 차량의 후방 범퍼에 장착되어 있으며, 차량 후방 양쪽의 차선에 차량이 있는지, 가변 경로가 있는지 모니터링하는 데 사용됩니다.이 주파수대에도 그 부족함이 있다점, 우선 주파수가 낮고, 또 하나는 대역폭(Band width)이 좁은 250MHz에 불과하다.

77GHz 대역: 이 주파수 대역은 비교적 높은 주파수로 국제적으로 허용되는 대역폭이 800MHz에 달한다.이 주파수대의 레이더는 24GHz 레이더보다 성능이 뛰어나므로, 주로 차량의 전면 범퍼에 조립하여 앞을 탐지하고 앞을 탐지하는 데 사용됩니다.차의 거리와 앞차의 속도, 주로 비상 제동, 자동추종 등 자율 안전 분야의 기능이다.

79GHz81GHz 대역의 가장 큰 특징은 대역폭이 77GHz보다 3배 이상 넓고(3000MHz까지 가능) 해상도가 높은 5cm가 특징이다..이 해상도는 자율주행 분야에서 매우 가치가 있는데, 자율주행차는 보행자 등 많은 섬세한 물체를 구별해야 하기 때문에 대역폭에 대한 요구가 높습니다.

앞서 말한 바와 같이 주파수가 높을수록 파장은 짧아지고 해상도, 정확도는 높아집니다.그래서 79GHz의 밀리미터파 레이더는 자동차 분야의 주류 센서가 될 것으로 믿고 있다.


전세계적으로는 4대 밀리파 레이더 공급업체를 약어 ABCD, 즉 Autoliv, Bosch, Continental 및 Delphi라고 합니다.Autoliv는 24GHz 점자로, 트랜스포트 보조 레이더주로; Bosch의 밀리미터파 레이더는 77GHz를 주로 하며, 커버리지는 비교적 광범위하며, 장거리(LRR), 중거리(MRR), 그리고 차량 후방에 사용되는 점보 레이더이다.Continental은 밀리미터파 레이더 제품의 경우 24GHz도 있고 77GHz도 있어 성능은 괜찮았다.델파이는 77GHz(GHz) 밀리미터파 레이더를 위주로 한 비교적 전통적인 하드웨어 대안으로 원가가 많이 들고 성능이 뛰어나다.

밀리미터파 레이더는 무선전파(밀리파)를 보내고 반송파를 받아 수신한 시간차에 따라 표적의 위치 데이터와 상대 거리를 측정하는 원리가 간단하다.전자파의 전파 속도에 따라 목표의 거리를 정할 수 있다공식은 S=ct/2, 그 중 s는 표적 거리이고, t는 전자파가 레이더에서 발사되어 표적 회파를 수신할 때까지의 시간, c는 광속이다.

밀리미터파 레이더 속도 측정은 도플러 효과(Dopler Effect) 원리에 기초한다.도플러 효과란 소리, 빛 및 무선 전파와 같은 진동원이 관측자와 상대 속도 v로 운동할 때 관측자가 받는 것이다진동 주파수는 진동원에서 나오는 주파수와 다르다.


여기서부터 초음파와 밀리미터파 레이더에 대해 이야기했는데, 그렇다면 이 두 파장은 도대체 어떤 차이가 있을까요?"초음파"는 사람의 귀 청각의 상한을 넘는 "음파" 즉, 사람의 귀에 들리지 않는 "음파"이며 "초음파"의 주파수가 20k를 넘는다.Hz, 주파수 범위는 20KHz~500KHz이며, 이는 기계적 진동에 의해 발생하며 공기 중 전파 속도와 소리가 같아 초당 약 340m로 방향성이 좋습니다.

전자기파는 끊임없이 변화하는 전기장과 자기장이 서로를 자극해 만들어 내는 것으로 전파 속도와 빛의 속도가 같아 초당 30만 km에 이른다.초음파와 전자파("마이크로파" 포함: "마이크로파"의 주파수는, "초단파"와 "밀리파"에 있다.(사이, 전자파 범주에 속합니다).주요 차이점: 1, 발진원에 따라, 2, 전파 속도가 달라집니다.그래서 '전자기파'와 '웨이브'는 모두 '초음파'에 해당되지 않는다.

레이저 레이더 이미지에 비해 밀리미터파 레이더 이미지는 낮은 정확도와 낮은 해상도를 가지고 있습니다.밀리미터파 레이더는 물체의 형상을 정확하게 판단할 수 없고, 바꾸어 말하면, 전방이 사슴이든 나무이든, 밀리미터파 레이더에 있어서 검출 가능한 것은 하나일 것이다.개개의 점일 뿐인데, 이 이유로, 밀리미터파 레이더 시스템 기술은 보통 카메라와 다른 센서 시스템과 보조를 맞춘다.




05 레이저 레이더 리다

레이저 레이더는 빛 탐지와 거리 측정의 약자(Light Detection and Ranging)다.이 기술은 근적외광을 사용하여 물체를 스캔하고 환경을 만드는 3D 지도를 사용하는데, 이것이 바로 그 작업 원리입니다.레이저 레이더 센서의 레이저 빔이 발사되고 다시 돌아오면 수신된 메시지에 따라 레이저 레이더 시스템이 음영처럼 보이는 점 구름을 만들고 물체의 모양과 크기를 반영합니다.


레이저 레이더의 역사는 1960년대로 거슬러 올라가 레이저가 발명되면서 레이저 구동 기술이 매우 유행하게 되었다.오늘날 레이저 레이더 기술은 대기권에서 구름을 측정하고 지형 탐사를 하는 것과 같은 많은 응용이 있다.


레이저 레이더 기술은 자동차 주변 환경을 스캔하고 정확한 3D 그래픽을 만들어 차량 주변 환경의 360도 뷰를 커버하는 지금까지의 가장 정확한 자율주행 기술이다.레이저 레이더 센서는 다양한 물체를 식별할 수 있으며, 그에 따라 그렇지 않다.도로, 차량과 보행자만 볼 수 있고 보행자, 어린이, 동물, 기타 특수 예방 조치가 필요한 물체를 구분할 수 있으며, 이 밖에 레이저 레이더는 물체의 운동과 그 방향을 추적할 수 있어 자율주행차에 중요하다.

레이저 레이더에는 기계식과 고체의 두 종류가 있는데, 현재 자율주행 분야에서 가장 많이 사용되는 것은 기계회전식 레이저 레이더이다."면"을 구성하여 레이저 송신 헤드를 끊임없이 회전시킴으로써 여러 면을 형성하고, 결국 동적 3D 스캐닝의 목적을 달성하는 것이 왜 거의 모든 자율주행차가 쉴 새 없이 회전하는 공인지도 알 수 있습니다.