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Autos autónomos: una pila de tecnologías

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La industria de vehículos no tripulados está en un nivel de madurez comparable a la industria automotriz tradicional hace 100 años. Henry Ford produjo en la fábrica del Modelo T no solo el automóvil en sí, sino también las ruedas, así como la mayoría de los otros componentes y partes de su propia producción. Cien años después, varios proveedores grandes y cientos de pequeños suministran el 70% de los componentes de un vehículo de automóvil típico, mientras que los fabricantes de automóviles fabrican solo el 30% de los suyos.

Los ingresos totales de solo los 10 proveedores más grandes crecieron a $ 315 mil millones en 2017, y los ingresos de los 100 proveedores más grandes del mundo se acercaron a $ 800 mil millones, según Automotive News. Y esto tiene sentido: los detalles debajo del capó generalmente no permiten que el fabricante del vehículo lo distinga de un competidor, o, en otras palabras, el usuario final, es decir, el propietario / operador, generalmente no le importa o, por regla general, ni siquiera se da cuenta si había un sensor de radar para Un sistema de control de crucero adaptativo hecho por Bosch, Denso u otra persona mientras es confiable y funciona.

La tendencia en vehículos no tripulados continúa yendo en la dirección opuesta. Por ejemplo, Waymo diseñó y está construyendo su propio LIDAR, Cruise compró una empresa LIDAR en 2017 y, más recientemente, Aurora también adquirió una empresa LIDAR. Los motivos son simples. Casi todos (con la posible excepción de una persona) creen que lidar es crucial para desarrollar el sistema de conducción no tripulado más seguro y confiable. En otras palabras, las empresas piensan que tendrán una ventaja competitiva si, en su opinión, son clave en esta área. Por otro lado, esta ventaja percibida a corto plazo es muy incierta: existen 70 empresas de este tipo (sin incluir a China), y no está claro qué tecnologías prevalecerán en un par de años. Y nuevamente, ser pasajero de un taxi robo en un par de años,El fabricante de los componentes individuales no me molesta si el automóvil proporciona un viaje seguro y cómodo hasta el destino.

A mediano y largo plazo (principalmente financiado por fondos de capital de riesgo), las empresas con una pila completa (es decir, aquellas que intentan maximizar todos los componentes, tanto hardware como software, dentro de la empresa) que operan en el campo de vehículos no tripulados, notarán que Los costos y la complejidad aumentarán considerablemente.

El fundador de una compañía de pila completa (relativamente pequeña) me dijo recientemente que "pueden darse el lujo de crear una pila completa por sí mismos porque su mercado direccionable será muy grande". No estoy seguro de que comprenda completamente la economía de esta escala. Un mercado grande y rentable atrae a más competidores y, en última instancia, baja los precios. Un proveedor que suministra productos a 10 fabricantes obviamente puede ofrecer un costo menor. Y nuevamente, esto es precisamente lo que llevó al hecho de que los proveedores de automóviles contribuyeron con más del 70% del costo de un vehículo convencional.

Recientemente, se han desarrollado asociaciones en el campo de la conducción no tripulada, que antes no eran visibles. Volkswagen rechazó el contrato con Aurora y, en cambio, invirtió en Argo, e incluso presentó a Argo con su subsidiaria de automóviles no tripulados AID como parte del acuerdo. BMW y Daimler se están uniendo a sus divisiones de desarrollo de drones, y se rumorea que Audi también se unirá.

Creemos que esto es solo un paso intermedio. En última instancia, la industria de la conducción no tripulada verá la misma transición. Lo llamo la descomposición de una pila de autos no tripulados. Toda la pila es demasiado grande, demasiado compleja, demasiado costosa y requiere muchos recursos para que la mayoría de las empresas se desarrollen por su cuenta. Esto incluye demasiadas disciplinas y habilidades diferentes.

La pila de vehículos no tripulados consta de cinco grupos principales: hardware, software externo y datos, firmware, diversas metodologías que juntas conducen al desarrollo del producto.

1. Pila de hardware


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La pila de hardware consiste en una plataforma de vehículo, a menudo personalizable o personalizable para una aplicación particular, que contiene interfaces para actuadores, es decir, sistemas de transmisión, freno y dirección, así como electrónica. Además, los componentes incluyen la (s) computadora (s) a bordo, el sistema de comunicación dentro del vehículo, así como la nube, así como los componentes de almacenamiento y grabación de datos. Los sensores incluyen GNSS, sensores de movimiento, lidar, radar, cámara y, a veces, ultrasonido.

2. Software externo


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El software y los datos externos incluyen mapas (con diferentes capas, ver, por ejemplo, el documento Lancelet 2 para más detalles). Los mapas deben crearse, anotarse con metainformación, actualizarse y distribuirse, también en partes, mientras se mantiene la coherencia en toda la base de datos de mapas. Los vehículos altamente autónomos a menudo se operan como parte de una flota, lo que requiere gestión de la flota, enrutamiento de la flota, teleoperación, autodiagnóstico y diagnóstico remoto para vehículos no tripulados. Los sensores de un vehículo autónomo generan hasta 64 GB / s (u 8 GB / s, o 480 GB / min, o 28 TB / hora, o 560 TB / día, o 200 Petab / año). La flota obviamente crea un múltiplo de esto. Esta cantidad de datos debe ser registrada, guardada, anotada,Analizado y manejable. Los desarrolladores de software necesitan un entorno de desarrollo de software que ofrezca productividad. Las herramientas incluyen reproducción de datos, visualización de datos y la capacidad de modelar datos en varios niveles.

3. Metodologías


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En el proceso de desarrollo, se utilizan diversas metodologías, incluido el diseño de sistemas, el diseño de arquitectura de software, el diseño de hardware y el diseño de interacción. Las pruebas deben desarrollarse en todos los niveles, incluida la unidad de programa, regresión, integración, SIL, HIL, pruebas de vehículos. Otros aspectos incluyen seguridad funcional, reglas, homologación, seguridad, protección, verificación y validación.

4. Firmware


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La pila de software incorporada consta de un sistema operativo (espero en tiempo real para sistemas de seguridad de misión crítica, no solo Linux), que en sí mismo consta de un núcleo, un programador y controladores. En la parte superior del sistema operativo se encuentra (al menos en un sistema bien diseñado) una estructura de software que se abstrae de los muchos componentes antes mencionados, como el sistema operativo, el hardware de la computadora, las interfaces táctiles, la grabación, reproducción, visualización y middleware de datos. Debe proporcionar soporte para seguridad, protección y diagnóstico. ROS, el sistema operativo del robot, es de facto el marco estándar, y la colección de artículos ROS 2 sobre diseño proporciona una descripción más detallada de los componentes incluidos en el marco robótico. Aquí en Apex.AI, desarrollamos un comercial,pronto bifurcación de seguridad certificada de ROS 2, que llamamos Apex.OS. En la parte superior del marco están los componentes algorítmicos. La percepción se refiere al procesamiento de la información de los sensores en un breve modelo ambiental. La localización es la ubicación del vehículo en relación con el carril, la carretera y el mundo que se muestra en los mapas. Comprender la escena penetra la comprensión semántica del mundo percibido. Las decisiones de conducción se toman en función de una serie de objetivos y, según el entorno, el movimiento deseado del vehículo se planifica y se envía a los actuadores del vehículo a través del controlador. Muchos de estos componentes algorítmicos se implementan utilizando métodos modernos de inteligencia artificial (IA), que pueden alcanzar una precisión similar a la humana,pero haga nuevas demandas en muchas partes de la pila.

5. Producto


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Todos los componentes deben integrarse en el producto, que aquí se refiere a la aplicación que interactúa con el usuario / operador. La aplicación está adaptada para su uso previsto, configurada para las capacidades de la pila que la admite y lanzada. La integración del sistema para un trabajo altamente autónomo es una colaboración con varios jugadores, y con una pila bien diseñada, puede pasar rápidamente por la definición, configuración, prueba y lanzamiento.

El habilitador para una pila modular y expandida es una arquitectura común. ROS nos proporcionó una arquitectura estandarizada y abierta y una implementación de código abierto administrada por la fundación. Expandimos el modelo ROS a la pila de aplicaciones y recientemente nos convertimos en uno de los fundadores de la Fundación Autoware. La Fundación Autoware desarrolla una arquitectura funcional para la conducción autónoma y construye esta arquitectura y una implementación de referencia de código abierto. Más de 35 empresas y organizaciones ya se han unido a la Fundación Autoware. Únase a este poderoso grupo para ayudar a crear el estándar.

Waymo no estaría por delante de todos los demás si estuvieran esperando el desarrollo de la descomposición de la pila, pero esta es la carga del pionero. Todos los demás que intenten ponerse al día lo harán más rápido y más barato, apoyando la descomposición de la pila, ayudando a establecer estándares y eligiendo a los socios adecuados, con la esperanza de que no llevará 100 años alcanzar el siguiente nivel de madurez en la industria autónoma.


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