به گزارش خودرونگاران به نقل از تک شات؛

اتومبیل های خودران در یک نگاه

اتومبیل های خودران قادر هستند تا بدون دخالت عامل انسانی، رویدادهای محیط پیرامون خود را حس کنند و به حرکت درآیند. به این منظور، اتومبیل های خودران معمولا دارای یک تراشه موقعیت یابی یا GPS، یک سیستم ناوبری اینرسی و مجموعه ای از حسگرها هستند که از میان آنها می توان به حسگرهای لیزری فاصله یاب، راداری و ویدیویی اشاره کرد. خودرو در واقع از اطلاعات موقعیتی فراهم شده از سوی ماهواره های GPS و سیستم ناوبری اینرسی برای تشخیص موقعیت خود، و از اطلاعات حسگرها برای شناسایی جهت و جزییات محیط اطرافش استفاده می کند و در نهایت تصویری سه بعدی از محل کنونی خود و محیط پیرامون خود تهیه می کند.

طی این فرایند، اطلاعات بدست آمده از هر حسگر فیلتر می شود تا نویزهای آن حذف شود و سپس با یکدیگر ترکیب می شوند تا تصویر نهایی تولید شود. حال نوبت به سیستم کنترل خودرو می رسد تا براساس این تصویر، نسبت به تعیین مسیر و سایر موارد مرتبط با هدایت خودرو تصمیم گیری کند.

اکثر سیستم های کنترلی اتومبیل های خودران دارای "معماری مشورتی" هستند، به این معنا که طی دو مرحله دست به تصمیم گیری می زنند: ابتدا تولید و بروزرسانی نقشه ای داخلی از موقعیت خود و محیط اطراف، و سپس استفاده از این نقشه به منظور پیدا کردن بهترین راه و با حداقل موانع (مانند اجتناب از مسیرهایی که مسدود هستند، دارای ترافیک سنگین هستند و یا عابرین پیاده از آن عبور می کنند) از میان راه های موجود برای رسیدن به مقصد.

پس از تعیین بهترین مسیر برای رسیدن به مقصد، تصمیمی که توسط مرکز کنترل خودرو اتخاذ شده به چند دستور جانبی تقسیم شده و هر یک از این دستورات به یکی از عملگرهای مکانیکی خودرو ارسال می شوند. این عملگرهای مکانیکی انجام وظایفی از قبیل گاز دادن، ترمز کردن و تعویض دنده را بر عهده دارند.

فرایند تعیین موقعیت، تولید تصویر سه بعدی، اجتناب از موانع و انتخاب بهترین مسیر طی هر ثانیه بارها توسط پردازنده های قدرتمند کار گذاشته در داخل خودرو تکرار می شود تا اینکه خودرو به مقصد خود برسد.

اگرچه هر یک از شرکت های خودروساز از الگوریتم ها و حسگرهای مختلفی استفاده می کنند، اما منطق بکار رفته در تمام آنها به یک شکل است.

حال به بررسی دقیق تر ابعاد تکنیکی هر یک از فرایندهای بکار رفته در هدایت اتومبیل های خودران می پردازیم.

تعیین موقعیت و تولید تصویر سه بعدی

پیش از اتخاذ هرگونه تصمیمی برای تعیین مسیر، خودرو باید ابتدا نقشه ای از محیط اطراف خود بسازد و محل خود در این نقشه را با دقت مشخص کند. رایج ترین ابزارهایی که به خودروها در انجام این کار کمک می کنند، دوربین ها و حسگرهای لیزری فاصله یاب هستند. حسگر لیزری با تاباندن پرتوهای لیزر به محیط اطراف و تخمین زمان رفت و برگشت هر پرتو، فاصله خود با اشیاء اطرافش را تعیین می کند. مزیت این روش در مقایسه با استفاده از دوربین ها این است که اطلاعات موردنیاز خودرو سریع تر بدست می آید.

اما این حسگرها خالی از عیب نیز نیستند. برد مفید پرتو لیزر صد متر است و اگر از آن برای ارزیابی فاصله اشیاء در فاصله ای دورتر از صدمتر استفاده شود، کارایی چندانی ندارند. پس از دریافت اطلاعات از هر حسگر، نوبت به فیلترسازی آن می رسد. هدف از این کار، ارسال تنها آن دسته از اطلاعاتی است که برای تعیین مسیر اهمیت دارند و به این ترتیب، از ارسال اطلاعات اضافی به پردازشگر جلوگیری می شود که در نهایت، سرعت عمل و بهره وری پردازشگر را افزایش می دهد. در نهایت، این اطلاعات کنار هم گذاشته می شود تا نقشه ای جامع از محیط پیرامونی شکل بگیرد. حال این نقشه آماده استفاده است تا با کمک آن، بهترین مسیر برای رسیدن خودرو به مقصد نهایی اش تعیین شود.

برای اینکه خودرو بتواند موقیعت اش را به نسبت سایر اشیاء در این نقشه پیدا کند، باید از GPS، سیستم ناوبری اینرسی و حسگرهای مختلف استفاده کند. اتکای صرف به GPS قابل اطمینان نیست، چرا که احتمال بروز تاخیر در ارسال و دریافت این سیگنال ها بسیار زیاد است. همچنین، برخورد این سیگنال ها با موانع و ساختمان ها نیز موجب کاهش دقت آنها می شود. میزان خطاهای سیستم ناوبری اینرسی نیز در طول زمان زیاد است و به همین دلیل، الگوریتم های مسیریابی اطلاعات موردنیاز خود برای تصمیم گیری را از منابع مختلفی دریافت می کنند. طی هر لحظه ای که خودرو حرکت می کند، اطلاعات جدیدی تولید می شود و در نتیجه، نقشه بروزرسانی می شود.

اجتناب از موانع
نقشه درونی هر خودرو شامل موقعیت کنونی تمام موانع ثابت (مانند ساختمان ها، چراغ های راهنمایی و رانندگی، نشانه های توقف) و متحرک (سایر خودروها و عابرین پیاده) اطراف آن می شود. تعیین نوع مانع، ثابت یا متحرک، توسط الگوریتمی تعیین می شود که سعی می کنند تصویر هر مانع را با مجموعه ای از تصاویری که از قبل در آن بارگذاری شده مقایسه کرده و نزدیک ترین شکل به آن را تشخیص دهد. برای مثال، اگر وسیله نقلیه ای با دو چرخ و با سرعت هشتاد کیلومتر در حال حرکت در نزدیکی خودرو باشد، به احتمال زیاد موتور سیکلت است و دوچرخه نیست، و بر همین اساس توسط الگوریتم خودرو دسته بندی می شود.

همچنین، این الگوریتم تلاش می کند تا با اتکا به یک الگوریتم احتمال گرا، مسیر احتمالی اشیاء متحرک را پیش بینی کند. به این ترتیب، خودرو امکان اتخاذ تصمیمات هوشمندانه تری را به هنگام نزدیکی به مناطق پرتردد را پیدا می کند. تمام موقعیت ها و مسیرهای احتمالی پیش بینی شده در اختیار مرکز پردازش قرار می گیرند تا در بروزرسانی های لحظه ای نقشه، اعمال شوند.

تعیین مسیر

هدف از فرایند تعیین مسیر، استفاده از اطلاعات بدست آمده از نقشه خودرو به منظور رسیدن به مقصد با سلامت کامل و بدون مواجهه با موانع جاده و همچنین پیروی از قوانین راهنمایی و رانندگی است. اگرچه ممکن است راه و روشی که هر خودروساز برای اتومبیل خودران خود انتخاب می کند کم و بیش متفاوت باشد، اما منطق بکار رفته در همه آنها یکسان است و در ادامه به شرح آن می پردازیم.

در ابتدا یک راه اصلی و کامل برای خودرو تعیین می شود تا با دنبال کردن آن به مقصد برسد. در عین حال، هر لحظه تغییراتی در مسیرهای مقطعی ایجاد می شود تا عیوب آن برطرف شده و بهترین مسیر بدست آید. این الگوریتم همچنین تلاش می کند تا بهترین مسیر را براساس حرکت خودروهای اطراف پیدا کند. فرض کنید خودرویی در فاصله پنج متری خودروی شما در حال حرکت است و شما قصد دارید تا در اولین خروجی به سمت راست بپیچید. در چنین شرایطی اگر با همین سرعت ادامه مسیر دهید قطعا امکان دسترسی به خروجی را نخواهید داشت چرا که مسیر شما مسدود است. پس خودرو تصمیم می گیرد تا از سرعت خود کم کند تا خروجی را از دست ندهد. به همین منظور، دستوراتی به تمام عملگرهای مکانیکی داده می شود تا سرعت خودرو کم شده و پس از عبور خودروی جانبی، راه برای رسیدن به خروجی باز شود. جالب است بدانید که تمام این محاسبات طی زمانی کمتر از 50 میلی ثانیه انجام می شود. البته این مدت زمانی به طور متوسط است و ممکن است بنابر شرایط مختلف، این زمان کوتاه تر یا بلندتر نیز بشود. قدرت پردازشگر، حجم اطلاعات دریافت شده و پیچیدگی مسیر پیش رو نیز بر مدت زمان تصمیم گیری خودرو تاثیر می گذارد.

تمام این فرایندها آنقدر ادامه پیدا می کنند تا خودرو به مقصد برسد و مسافران به سلامت از آن پیاده شوند.

خودروسازان طی یک دهه اخیر در زمینه تحقق بخشیدن به رویای خودروهای خودران دستاوردهای زیادی داشته اند. با این حال، هنوز هم موانع فنی زیادی در این راه وجود دارد که باید پیش از ورود خودروهای خودران به بازار برطرف شوند. سیگنال های GPS هنوز به طور کامل قابل اطمینان نیستند، سیستم های بصری کامپیوتری با مشکلاتی در شناسایی علائم جاده ای روبرو هستند و شرایط آب و هوایی نیز تا حد زیادی روی عملکرد پردازشگرهای خودروها و تشخیص و تصمیم گیری صحیح آنها اثرگذاراند.

با این حال، این موانع قابل حل شدن هستند. هر روز خبرهای تازه ای از طراحی و تولید پردازنده های قدرتمندتر و الگوریتم های بهینه تر به گوشی می رسد و به همین نسبت، از میزان تصادفات خودروهای خودران کاسته می شود. امروزه خودروهایی هستند که به طور نمیه خودران حرکت می کنند و راننده از انجام بسیاری ازکارها، از جمله پارک کردن خودرو معاف کرده اند. پس باید منتظر بود و دید که طی چند سال آینده، چه دستاوردهایی در صنعت خودروسازی حاصل می شود و کدام یک از شرکت های خودروساز موفق می شود تا نام خود را به عنوان نخستین عرضه کننده خودروی خودران در تاریخ ثبت کند.