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Autonome Autos: ein Stapel von Technologien

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Die Branche der unbemannten Fahrzeuge befindet sich auf einem Reifegrad, der mit der traditionellen Automobilindustrie vor 100 Jahren vergleichbar ist. Henry Ford produzierte im Modell T-Werk nicht nur das Auto selbst, sondern auch die Räder sowie die meisten anderen Komponenten und Teile seiner eigenen Produktion. Einhundert Jahre später liefern mehrere große und Hunderte kleiner Zulieferer 70% der Komponenten eines typischen Kraftfahrzeugs, während die Automobilhersteller nur 30% ihrer eigenen herstellen.

Der Gesamtumsatz von nur den 10 größten Zulieferern stieg 2017 auf 315 Milliarden US-Dollar, und der Umsatz der 100 größten Zulieferer weltweit belief sich laut Automotive News auf 800 Milliarden US-Dollar. Und das macht Sinn: Die Details unter der Motorhaube erlauben es dem Fahrzeughersteller normalerweise nicht, sie von einem Konkurrenten zu unterscheiden, oder mit anderen Worten, der Endbenutzer - das heißt der Eigentümer / Betreiber - kümmert sich normalerweise nicht darum oder bemerkt in der Regel nicht einmal, ob es einen Radarsensor für gab Ein adaptives Tempomatsystem von Bosch, Denso oder einer anderen Person, das zuverlässig und funktionsfähig ist.

Der Trend bei unbemannten Fahrzeugen geht weiter in die entgegengesetzte Richtung. Zum Beispiel hat Waymo sein eigenes Lidar entworfen und baut es, Cruise hat 2017 eine Lidar-Firma gekauft und in jüngerer Zeit hat Aurora auch eine Lidar-Firma übernommen. Die Gründe sind einfach. Fast jeder (mit der möglichen Ausnahme einer Person) glaubt, dass Lidar entscheidend für die Entwicklung des sichersten und zuverlässigsten unbemannten Fahrsystems ist. Mit anderen Worten, Unternehmen glauben, dass sie einen Wettbewerbsvorteil haben werden, wenn sie ihrer Meinung nach in diesem Bereich eine Schlüsselrolle spielen. Andererseits ist dieser wahrgenommene kurzfristige Vorteil sehr ungewiss - es gibt 70 solcher Unternehmen (ohne Chinesen), und es ist nicht klar, welche Technologien sich in ein paar Jahren durchsetzen werden. Und wieder, in ein paar Jahren Passagier eines Robo-Taxis zu sein,Der Hersteller der einzelnen Komponenten stört mich nicht, wenn das Auto eine sichere und komfortable Fahrt zum Ziel bietet.

Mittel- und langfristig (hauptsächlich finanziert durch Risikokapitalfonds) werden Unternehmen mit einem vollen Stapel (d. H. Diejenigen, die versuchen, die Implementierung aller Komponenten - sowohl Hardware als auch Software - innerhalb des Unternehmens zu maximieren), die im Bereich unbemannter Fahrzeuge tätig sind, dies bemerken Kosten und Komplexität werden stark zunehmen.

Der Gründer eines (relativ kleinen) Full-Stack-Unternehmens sagte mir kürzlich, dass sie es sich "leisten können, einen Full-Stack selbst zu erstellen, weil ihr adressierbarer Markt sehr groß sein wird". Ich bin nicht sicher, ob er die Wirtschaft dieser Größenordnung vollständig versteht. Ein großer und profitabler Markt zieht mehr Wettbewerber an und senkt letztendlich die Preise. Ein Lieferant, der Produkte an 10 Hersteller liefert, kann natürlich niedrigere Kosten anbieten. Und genau dies führte dazu, dass die Automobilzulieferer mehr als 70% der Kosten eines konventionellen Fahrzeugs beitrugen.

In jüngster Zeit haben sich Partnerschaften im Bereich des unbemannten Fahrens entwickelt, die bisher nicht sichtbar waren. Volkswagen lehnte den Vertrag mit Aurora ab und investierte stattdessen in Argo und präsentierte Argo im Rahmen des Deals sogar seine unbemannte Automobil-Tochter AID. BMW und Daimler treten ihren Drohnenentwicklungsabteilungen bei, und es wird gemunkelt, dass auch Audi hinzukommen wird.

Wir denken, dass dies nur ein Zwischenschritt ist. Letztendlich wird die unbemannte Fahrindustrie den gleichen Übergang erleben. Ich nenne es die Zersetzung eines unbemannten Autostapels. Der gesamte Stack ist zu groß, zu komplex, zu teuer und zu ressourcenintensiv, als dass die meisten Unternehmen ihn selbst entwickeln könnten. Dies beinhaltet zu viele verschiedene Disziplinen und Fähigkeiten.

Der unbemannte Fahrzeugstapel besteht aus fünf Hauptgruppen: Hardware, externe Software und Daten, Firmware und verschiedene Methoden, die zusammen zur Produktentwicklung führen.

1. Hardware-Stack


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Der Hardware-Stapel besteht aus einer Fahrzeugplattform, die häufig für eine bestimmte Anwendung anpassbar oder anpassbar ist und Schnittstellen zu Aktuatoren, d. H. Getriebe-, Brems- und Lenksystemen sowie Elektronik enthält. Zu den Komponenten gehören außerdem die Bordcomputer, das Kommunikationssystem im Fahrzeug sowie die Cloud sowie Datenaufzeichnungs- und Speicherkomponenten. Zu den Sensoren gehören GNSS, Bewegungssensoren, Lidar, Radar, Kamera und manchmal Ultraschall.

2. Externe Software


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Externe Software und Daten enthalten Karten (mit verschiedenen Ebenen, siehe beispielsweise das Lancelet 2-Dokument für Details). Karten sollten erstellt, mit Metainformationen versehen, aktualisiert und - auch in Teilen - verteilt werden, wobei die Konsistenz über die gesamte Kartendatenbank erhalten bleiben sollte. Hochautonome Fahrzeuge werden häufig als Teil der Flotte betrieben, was Flottenmanagement, Flottenrouting, Teleoperation, Selbst- und Ferndiagnose für unbemannte Fahrzeuge erfordert. Die Sensoren eines autonomen Fahrzeugs erzeugen bis zu 64 GB / s (oder 8 GB / s oder 480 GB / min oder 28 TB / Stunde oder 560 TB / Tag oder 200 Petab / Jahr). Die Flotte schafft offensichtlich ein Vielfaches davon. Diese Datenmenge muss aufgezeichnet, gespeichert, kommentiert,analysiert und überschaubar. Softwareentwickler benötigen eine Softwareentwicklungsumgebung, die Produktivität bietet. Zu den Tools gehören Datenreproduktion, Datenvisualisierung und die Möglichkeit, Daten auf verschiedenen Ebenen zu modellieren.

3. Methoden


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Im Entwicklungsprozess werden verschiedene Methoden verwendet, einschließlich Systemdesign, Design der Softwarearchitektur, Hardware-Design und Interaktionsdesign. Tests sollten auf allen Ebenen entwickelt werden, einschließlich Programmeinheit, Regression, Integration, SIL, HIL und Fahrzeugtests. Weitere Aspekte sind funktionale Sicherheit, Regeln, Homologation, Sicherheit, Schutz, Verifizierung und Validierung.

4. Firmware


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Der integrierte Software-Stack besteht aus einem Betriebssystem (ich hoffe in Echtzeit für geschäftskritische Sicherheitssysteme, nicht nur Linux), das selbst aus einem Kernel, einem Scheduler und Treibern besteht. Über dem Betriebssystem befindet sich (zumindest in einem gut gestalteten System) eine Softwarestruktur, die von den vielen oben genannten Komponenten wie Betriebssystem, Computerhardware, Touch-Schnittstellen, Datenaufzeichnung, Wiedergabe, Visualisierung und Middleware abstrahiert. Es sollte Unterstützung für Sicherheit, Schutz und Diagnose bieten. ROS, das Betriebssystem des Roboters, ist de facto das Standard-Framework, und die ROS 2-Artikelsammlung zum Thema Design bietet einen detaillierteren Überblick über die im Roboter-Framework enthaltenen Komponenten. Hier bei Apex.AI haben wir einen Werbespot entwickelt,bald zertifizierte Sicherheitsgabel von ROS 2, die wir Apex.OS. nennen. An der Spitze des Frameworks stehen algorithmische Komponenten. Wahrnehmung bezieht sich auf die Verarbeitung von Informationen von Sensoren zu einem kurzen Umgebungsmodell. Die Lokalisierung ist der Standort des Fahrzeugs in Bezug auf die auf den Karten angezeigte Fahrspur, Straße und Welt. Das Verstehen der Szene durchdringt das semantische Verständnis der wahrgenommenen Welt. Fahrentscheidungen werden auf der Grundlage einer Reihe von Zielen getroffen. Je nach Umgebung wird die gewünschte Fahrzeugbewegung geplant und über die Steuerung an die Aktuatoren des Fahrzeugs gesendet. Viele dieser algorithmischen Komponenten werden mit modernen Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) implementiert, mit denen eine Genauigkeit erzielt werden kann, die der des Menschen ähnelt.Stellen Sie jedoch neue Anforderungen an viele Teile des Stapels.

5. Produkt


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Alle Komponenten müssen in das Produkt integriert sein. Dies bezieht sich hier auf die Anwendung, die mit dem Benutzer / Bediener interagiert. Die Anwendung wird für den beabsichtigten Gebrauch angepasst, für die Funktionen des Stacks konfiguriert, der sie unterstützt, und freigegeben. Die Systemintegration für hochautonome Arbeit ist eine Zusammenarbeit mit mehreren Spielern. Mit einem gut gestalteten Stack können Definition, Konfiguration, Test und Freigabe schnell durchgeführt werden.

Der Enabler für einen modularen und erweiterten Stack ist eine gängige Architektur. ROS stellte uns eine standardisierte und offene Architektur und Open Source-Implementierung zur Verfügung, die von der Stiftung verwaltet wird. Wir haben das ROS-Modell auf den Anwendungsstapel erweitert und sind kürzlich einer der Gründer der Autoware Foundation geworden. Die Autoware Foundation entwickelt eine funktionale Architektur für das Selbstfahren und baut diese Architektur und eine vollständig Open Source-Referenzimplementierung auf. Mehr als 35 Unternehmen und Organisationen haben sich bereits der Autoware Foundation angeschlossen. Schließen Sie sich dieser leistungsstarken Gruppe an, um den Standard zu erstellen.

Waymo wäre nicht allen anderen voraus, wenn sie auf die Entwicklung der Zerlegung des Stapels warten würden, aber dies ist die Last des Pioniers. Alle anderen, die versuchen aufzuholen, werden dies schneller und billiger tun, die Zerlegung des Stapels unterstützen, dabei helfen, Standards zu setzen und die richtigen Partner auszuwählen, in der Hoffnung, dass es nicht 100 Jahre dauern wird, bis der nächste Reifegrad in der autonomen Industrie erreicht ist.


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Über ITELMA
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