Возможно ли массовое развертывание автономных автомобилей в 2025 г.?

Возможно ли массовое развертывание автономных автомобилей в 2025 г.?

Выпуск 3(6727) от 11 февраля 2021 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Ведущие разработчики автономных транспортных средств (АТС) не исключают возможности того, что массовое использование роботакси может стать реальностью уже в 2022 г. Однако предположения о появлении столь же массовых «потребительских АТС» к 2025 г. не встречают поддержки со стороны большинства отраслевых наблюдателей. Одной из самых «правдоподобных» презентаций на тему АТС стало выступление представителей корпорации Mobileye на Выставке потребительской электроники в Лас-Вегасе в январе 2021 г. (CES 2021).

Во время выступлений на выставке CES представители корпорации Mobileye признали, что существуют технологические и экономические препятствия, затрудняющие продажу АТС-оборудования. Индустрия АТС еще не продемонстрировала способности к масштабированию бизнеса. Специалисты полагают, что ожидать появления, к примеру, семейных АТС в ближайшие год или два не следует, однако в ближайшем будущем такие автомобили должны стать реальностью. Вопрос в том, как разработчикам АТС избежать впечатления, что все их усилия являются просто «научными проектами».

По мнению представителей компании, конкурентам Mobileye не хватает в первую очередь твердой стратегии, способной убедить регулирующие органы. Кроме того, не существует карт с высоким разрешением, охватывающих различные географические регионы, которые, по выражению одного из выступающих, «позволили бы автомобилям интерпретировать мир». Отсутствует также и настоящая избыточность безопасности, позволяющая сделать АТС-системы социально приемлемыми.

По словам экспертов, компанию выделяют среди прочих три элемента, получившие название «троица Mobileye»: концепция средней наработки на отказ, программно-управляемый радар и FMCW-лидар.


Средняя наработка на отказ

Определенную достоверность утверждениям специалистов Mobileye дает их стойкая приверженность концепции средней наработки на отказ. Mobileye включает в эту концепцию и оборудование, и аппаратное и программное обеспечение вместе взятые.

Вместо многокилометровых автопробегов или проведения тестов на отказ – ​аргументов, которые разработчики часто приводят в своих заявлениях о безопасности АТС, – ​в Mobileye сравнивают среднюю наработку до отказа транспортных средств, управляемых компьютерами и людьми.

Сравнивая статистические данные, полученные от АТС и автомобилей с водителями, специалисты компании отмечают, что общество вполне может обойтись без автономных автомобилей, однако точно не сможет обойтись без водителей-людей. С точки зрения разницы между системами помощи водителю (ADAS) и автономными транспортными средствами принципиально важно не то, может ли АТС выполнять при вождении более сложные клиентские функции, чем полуавтономная система. Для Mobileye решающей мерой является средняя наработка до отказа.

Автопроизводитель может предлагать систему с возможностями автоматизации уровней 4 и 5 (полная автоматизация), при этом водитель будет оставаться за рулем. В этом случае автомобиль на самом деле не соответствует заявленным характеристикам – ​по сути, это будет машина второго уровня автоматизации.

Чем же характеризуется АТС без водителя? По мнению специалистов – ​несопоставимо более высокими требованиями к системе. Это понимание заставило Mobileye совершенно по-другому взглянуть на понятие «избыточности безопасности». Его целью должно быть достижение высочайших значений средней наработки до отказа.

Руководствуясь этим, Mobileye разработала две отдельные подсистемы восприятия – ​одна основана только на камерах, а другая объединяет лидар и радары (без использования зрения). Команда инженеров компании добилась того, чтобы каждая подсистема могла независимо работать на одинаково высоком уровне. Для этого пришлось приложить огромные усилия – ​уровень интеграции и связности камер, радаров и лидаров, предлагаемый сегодня большинством производителей АТС, намного более низкий.


От роботакси к потребительским АТС-системам

Mobileye намерена выйти на рынок роботакси в 2022 г. Для первого этапа создания у компании есть лучшие в своем классе ToF-лидары фирмы Luminar в сочетании со стандартными радарами, дающими охват на 360°. Комбинации лидара и радаров оказалось достаточно для реализации постоянного зондирования с очень высокой средней наработкой на отказ.

Тем не менее Mobileye стремится к более высокому уровню. В 2025 г. компания намерена достичь уровня потребительских АТС.

Почему Mobileye столь настойчива в своих разработках потребительских АТС? Дело в том, что для достижения этой цели необходимо устранить два постоянных узких места АТС. Одно из них – ​высокая стоимость, другое – ​ограниченная территория, в пределах которой автономный автомобиль может адекватно работать, иначе известная как четко определенная область операционного проектирования (operational design domain, ODD). Если индустрия АТС не сумеет сделать автономные автомобили существенно более дешевыми, едва ли следует ожидать взлета их продаж. Аналогично, если АТС не в состоянии покинуть свой жестко определенный район, зачем покупать его по любой цене?



Источник: Mobileye

Рисунок 1. Мотивация разработки лидаров и радаров


Программно-управляемый радар

На первом этапе создания роботакси Mobileye будет использовать ИС «стандартного радара». При этом, чтобы добиться избыточности по трем направлениям, нужно, чтобы каждый датчик на передней панели (камера, лидар и радар) функционировал как отдельная система – ​в частности, необходимо добиться большего от радара. Разрешение и динамический диапазон современных радаров недостаточны для работы в сложных условиях.

С учетом того, что лидары стоят в 10 раз дороже, чем радары, критически важными для значительного сокращения времени появления и цены АТС представляются усовершенствованные визуализирующие радары, способные функционировать как автономные системы.

Как отмечают многие отраслевые обозреватели, главная проблема радаров заключается в том, что они дают много шума. Помимо увеличения разрешения и динамического диапазона даже более сложная часть радаров имеет дело с «боковым лепестком», который отражается вокруг каждой физической цели. Чтобы повысить точность считываемых данных, необходимо отделить эти эхо-сигналы, оставив только истинные цели. Это критически важный шаг для того, чтобы получить от радара полезную информацию, подобную изображению с лидара или с камеры.

Новый радар, разрабатываемый Mobileye, основан на ИС с 2304 виртуальными каналами (48×48 приемопередатчиков и приемников). Проблема в том, что большое количество приемопередатчиков и приемников означает резкое увеличение сложности вычислений. Если пытаться решать эту задачу «в лоб» (brute-force), опираясь только на производительность, радарным ИС пришлось бы обрабатывать около 100 Тбайт данных. Однако благодаря продвинутым алгоритмам аппроксимации и искусственного интеллекта, разработанным Mobileye, удалось сократить этот параметр до 11 Тбайт.



Источник: Mobileye

Рисунок 2. Минимальные требования к радарам


Кроме того, Mobileye концентрирует максимум усилий в цифровой области, что в итоге позволило разработчикам создать фильтры намного точнее и мощнее аналоговых. Эту работу Mobileye проводит совместно с Intel. Уже созданы перспективные образцы, а начало массового производства новых радарных ИС намечено на 2024–2025 г.

Отдельно Mobileye разрабатывает собственные лидарные системы с непрерывной частотной модуляцией (frequency modulation continuous wave, FMCW). Сегодняшние компании, производящие лидары на основе датчиков времени пролета, в конечном итоге могут быть вынуждены уйти с рынка, поскольку лидары FMCW на основе доплеровских измерителей скорости быстро завоевывают популярность. Преимуществом доплеровского лидара является его способность определять, как дальность, так и скорость. Лидары FMCW, способные обнаруживать объекты на большем расстоянии, особенно важны для таких АТС-устройств, как автономные грузовики, которые движутся на высокой скорости по шоссе.

Компания Aurora, лидер в области автономного вождения, приобрела в 2019 г. базирующийся в Монтане стартап по производству FMCW-лидаров под названием Blackmore. Представители Waymo еще в 2020 г. сообщали, что готовятся к разработке когерентных лидаров на основе FMCW в качестве лидаров второго поколения. Ряд других компаний, включая SiLC Technologies из Калифорнии, также занимаются лидарами FMCW. SiLC в прошлом году на выставке CES продемонстрировала запатентованный кремниевый фотонный лидар, интегрированный в передние фары производства Varroc Lighting Systems.

Учитывая патенты, принадлежащие этим компаниям, их FMCW-лидары могут оказаться дорогими. Поэтому Mobileye имеет смысл полагаться на свою материнскую компанию Intel, обладающую обширными наработками в области кремниевой фотоники, включая собственную фабрику в Нью-Мексико, производственный опыт и наличие интеллектуальной собственности в виде сложнофункциональных (СФ) блоков.



Источник: Mobileye

Рисунок 3. Минимальные требования к лидарам


Эксперты Mobileye, назвав FMCW-лидары «новым рубежом», отметили, что это очень сложная технология. В то же время более широкий диапазон FMCW-лидаров позволит расширить область операционного проектирования АТС к 2025 г. Еще одно преимущество – ​более высокая помехоустойчивость. Благодаря способности FMCW-лидаров производить собственные уникальные сигналы, возвращаемые от объектов, можно свести к минимуму опасения по поводу того, что сигналы разных лидаров помешают друг другу, – ​что вполне возможно в случае с лидарами, не использующими данную технологию.



Источник: Mobileye

Рисунок 4. Использование лидерства Intel в области кремниевой фотоники при разработке датчиков лидарных систем с непрерывной частотной модуляцией


Презентация Mobileye на выставке CES 2021 раскрыла тщательно продуманные планы и стратегии компании в отношении усовершенствованной маршрутной карты АТС-технологий – ​в сочетании с амбициями по созданию радаров и лидаров следующего поколения. И, в отличие от многих стартапов, не справившихся с взятыми на себя задачами, послужной список Mobileye наводит на мысль, что она сможет реализовать свои чаяния.


Yoshida Junko. Why Consumer AV in 2025 Is ‘Believable’. EE Times, January 13, 2021: https://www.eetimes.com/why-consumer-av-in‑2025-is-believable/#

В ЦЕНТРЕ ВНИМАНИЯ

SiLC Technologies

Дата основания : 2018 г.
Количество сотрудников: 4 (2021 г.).
Штабквартира: Монровия, шт. Калифорния, США.
Объем финансирования НИОКР: 12 млн долл. (2020 г.).

Предлагаемое компанией SiLC решение под названием Smart Vision объединяет в себе источник когерентного света и модуль обработки оптических сигналов, что позволяет извлекать значительную дополнительную информацию из возвращающихся фотонов перед их преобразованием в электроны. Новый видеодатчик обеспечивает несколько дополнительных измерений, таких как глубина и скорость, а принятый согласованный подход на порядок повышает достижимую точность по сравнению с существующими технологиями.

Одно из первых применений для ИС Vision Chip – ​лидар для автономных приложений интеллектуального зрения, куда входят не только автономные транспортные средства, но и передовые решения в области биометрии, безопасности, промышленности, здравоохранения и робототехники. Общепризнано, что переход на технологию частотно--модулированных непрерывных волн (FMCW) с длиной волны 1550 нм необходим для решения проблем, связанных с безопасностью глаз, и обеспечения возможности развертывания с минимальными перекрестными помехами между пользователями. В прошлом внедрение этого подхода тормозилось по экономическим соображениям. Платформа интеграции кремниевой фотоники SiLC предлагает недорогое компактное решение с низкой потребляемой мощностью за счет объединения всех необходимых высокопроизводительных компонентов в одной кремниевой ИС с помощью зрелых процессов производства.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.