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Carros autônomos: uma pilha de tecnologias

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A indústria de veículos não tripulados está em um nível de maturidade comparável à indústria automobilística tradicional há 100 anos. Henry Ford produziu na fábrica do Modelo T não apenas o carro em si, mas também as rodas, assim como a maioria dos outros componentes e partes de sua própria produção. Cem anos depois, vários grandes e centenas de pequenos fornecedores fornecem 70% dos componentes de um veículo automóvel típico, enquanto os fabricantes de carros fazem apenas 30% dos seus.

A receita total apenas dos 10 maiores fornecedores cresceu para US $ 315 bilhões em 2017, e a receita dos 100 maiores fornecedores do mundo chegou a US $ 800 bilhões, de acordo com a Automotive News. E isso faz sentido: os detalhes sob o capô geralmente não permitem que o fabricante do veículo o diferencie de um concorrente ou, em outras palavras, o usuário final - ou seja, o proprietário / operador - geralmente não se importa ou, como regra, nem percebe se havia um sensor de radar para o veículo. Um sistema de controle de cruzeiro adaptável fabricado pela Bosch, Denso ou outra pessoa, enquanto é confiável e está funcionando.

A tendência em veículos não tripulados continua indo na direção oposta. Por exemplo, a Waymo projetou e está construindo seu próprio lidar, Cruise comprou uma empresa lidar em 2017 e, mais recentemente, a Aurora também adquiriu uma empresa lidar. As razões são simples. Quase todo mundo (com a possível exceção de uma pessoa) acredita que o Lidar é crucial para o desenvolvimento do sistema de direção não tripulado mais seguro e confiável. Em outras palavras, as empresas pensam que terão uma vantagem competitiva se, na sua opinião, forem essenciais nessa área. Por outro lado, essa vantagem percebida no curto prazo é muito vaga - existem 70 empresas (exceto chinesas) e não está claro quais tecnologias prevalecerão em alguns anos. E, novamente, sendo passageiro de um táxi robo em alguns anos,Não sou incomodado pelo fabricante dos componentes individuais se o carro fornecer uma viagem segura e confortável até o destino.

A médio e longo prazo (principalmente financiados por fundos de capital de risco), as empresas com uma pilha completa (ou seja, aquelas que tentam maximizar a implementação de todos os componentes - hardware e software - dentro da empresa) operando no campo de veículos não tripulados perceberão que os custos e a complexidade aumentarão bastante.

O fundador de uma empresa de pilha cheia (relativamente pequena) me disse recentemente que "pode ​​se dar ao luxo de criar uma pilha cheia por conta própria, porque seu mercado endereçável será muito grande". Não tenho certeza de que ele entenda completamente a economia dessa escala. Um mercado grande e lucrativo atrai mais concorrentes, diminuindo os preços. Um fornecedor que fornece produtos para 10 fabricantes pode obviamente oferecer um custo menor. E, novamente, foi exatamente isso que levou os fornecedores de automóveis a contribuírem com mais de 70% do custo de um veículo convencional.

Recentemente, foram desenvolvidas parcerias no campo da direção não tripulada, que não eram visíveis anteriormente. A Volkswagen recusou o contrato com a Aurora e, em vez disso, investiu na Argo, e até apresentou à Argo sua subsidiária de automóveis não tripulada, AID, como parte do acordo. BMW e Daimler estão se juntando às suas divisões de desenvolvimento de drones, e há rumores de que a Audi também se juntará.

Achamos que este é apenas um passo intermediário. Por fim, a indústria automobilística não tripulada verá a mesma transição. Eu chamo isso de decomposição de uma pilha de carros não tripulados. A pilha inteira é muito grande, muito complexa, muito cara e com muitos recursos para a maioria das empresas desenvolver por conta própria. Isso inclui muitas disciplinas e habilidades diferentes.

A pilha de carros não tripulados consiste em cinco grupos principais: hardware, software e dados externos, firmware, várias metodologias que juntas levam ao desenvolvimento de produtos.

1. Pilha de hardware


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A pilha de hardware consiste em uma plataforma de veículo, geralmente personalizável ou personalizável para uma aplicação específica, que contém interfaces para atuadores, isto é, sistemas de transmissão, freio e direção, além de eletrônicos. Além disso, os componentes incluem o (s) computador (es) de bordo, o sistema de comunicação dentro do veículo, bem como a nuvem, além de componentes de gravação e armazenamento de dados. Os sensores incluem GNSS, sensores de movimento, lidar, radar, câmera e, algumas vezes, ultrassom.

2. Software externo


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O software e os dados externos incluem mapas (com diferentes camadas, consulte, por exemplo, o documento Lancelet 2 para obter detalhes). Os mapas devem ser criados, anotados com meta-informações, atualizados e distribuídos - também em partes -, mantendo a consistência em todo o banco de dados do mapa. Veículos com alta autonomia são freqüentemente operados como parte da frota, o que requer gerenciamento de frota, roteamento de frota, teleoperação, diagnóstico próprio e remoto para veículos não tripulados. Os sensores de um veículo autônomo geram até 64 GB / s (ou 8 GB / s, ou 480 GB / min, ou 28 TB / hora, ou 560 TB / dia, ou 200 Petab / ano). A frota obviamente cria um múltiplo disso. Essa quantidade de dados deve ser gravada, salva, anotada,analisado e gerenciável. Os desenvolvedores de software precisam de um ambiente de desenvolvimento de software que ofereça produtividade. As ferramentas incluem reprodução de dados, visualização de dados e a capacidade de modelar dados em vários níveis.

3. Metodologias


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No processo de desenvolvimento, várias metodologias são usadas, incluindo design de sistema, design de arquitetura de software, design de hardware, design de interação. Os testes devem ser desenvolvidos em todos os níveis, incluindo unidade de programa, regressão, integração, SIL, HIL, testes em veículos. Outros aspectos incluem segurança funcional, regras, homologação, segurança, proteção, verificação e validação.

4. Firmware


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A pilha de software integrada consiste em um sistema operacional (espero em tempo real para sistemas de segurança de missão crítica, não apenas o Linux), que consiste em um kernel, um planejador e drivers. No topo do sistema operacional está (pelo menos em um sistema bem projetado) uma estrutura de software que abstrai dos muitos componentes mencionados, como sistema operacional, hardware de computador, interfaces de toque, gravação de dados, reprodução, visualização e middleware. Deve fornecer suporte para segurança, proteção e diagnóstico. O ROS, o sistema operacional do robô, é de fato a estrutura padrão, e a coleção de artigos sobre design do ROS 2 fornece uma visão geral mais detalhada dos componentes incluídos na estrutura robótica. Aqui na Apex.AI, desenvolvemos um comercial,logo forquilha de segurança certificada do ROS 2, que chamamos de Apex.OS. No topo da estrutura estão os componentes algorítmicos. Percepção refere-se ao processamento de informações dos sensores em um breve modelo ambiental. Localização é a localização do veículo em relação à faixa, estrada e mundo mostrados nos mapas. A compreensão da cena penetra na compreensão semântica do mundo percebido. As decisões de direção são tomadas com base em vários objetivos e, dependendo do ambiente, o movimento desejado do veículo é planejado e enviado aos atuadores do veículo por meio do controlador. Muitos desses componentes algorítmicos são implementados usando métodos modernos de inteligência artificial (IA), que podem atingir precisão semelhante à humana,mas faça novas demandas em muitas partes da pilha.

5. Produto


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Todos os componentes devem ser integrados ao produto, que aqui se refere ao aplicativo que interage com o usuário / operador. O aplicativo é adaptado para o uso pretendido, configurado para os recursos da pilha que o suporta e liberado. A integração do sistema para um trabalho altamente autônomo é uma colaboração com vários players e, com uma pilha bem projetada, ela pode passar rapidamente pela definição, configuração, teste e liberação.

O facilitador para uma pilha modular e expandida é uma arquitetura comum. O ROS nos forneceu uma arquitetura padronizada e aberta e implementação de código aberto gerenciada pela fundação. Expandimos o modelo ROS para a pilha de aplicativos e recentemente nos tornamos um dos fundadores da Autoware Foundation. A Autoware Foundation desenvolve uma arquitetura funcional para dirigir e constrói essa arquitetura e uma implementação de referência de código aberto. Mais de 35 empresas e organizações já aderiram à Autoware Foundation. Participe deste grupo poderoso para ajudar a criar o padrão.

Waymo não estaria à frente de todos os outros se eles estivessem esperando o desenvolvimento da decomposição da pilha, mas esse é o ônus do pioneiro. Todo mundo que tentar alcançá-lo fará isso de maneira mais rápida e barata, apoiando a decomposição da pilha, ajudando a estabelecer padrões e escolhendo os parceiros certos, na esperança de que não demore 100 anos para atingir o próximo nível de maturidade no setor autônomo.


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