Hvordan får man en bil til at se? Det spørgsmål skulle ingeniørerne bag de første selvkørende biler besvare, inden de kunne slippe de første prototyper løs, da synsevnen er altafgørende for at køre bil.
Umiddelbart vil du måske tro, at kameraer og billedgenkendelses-algoritmer er det oplagte svar, men det er lidt mere kompliceret end som så.
Kombination af teknologier
Hos Ford anvender Jim McBride, teknisk chef for selvkørende biler, en kombination af kameraer, traditionel radar og en radarteknologi baseret på laserlys, Lidar. Lidar, som fik sit navn ved at sammentrække 'light' og 'radar', er langt den vigtigste teknologi, når det kommer til selvkørende biler.
– Lidar har den bedste visuelle opløsning. Da hvert enkelt målepunkt er meget lille, giver det en meget præcis gengivelse af små ting. Lidar har desuden sin egen lyskilde, hvilket betyder, at du ikke er afhængig af sol og dagslys for at kunne se, så det virker også om natten i modsætning kamerateknologi, forklarer Jim McBride.
Lidar-teknologien blev opfundet i 1960'erne til at beregne afstande og anvendes i dag af Google, Ford og andre, der er i gang med at udvikle selvkørende biler.
Lovmæssige begrænsninger
Traditionel radarteknologi baseret på radiobølger er også del af teknologimixet, men den teknologi begrænses af lovgivning om, hvor kraftigt et signal en bil kan udsende.
– Der er lovgivningsmæssige grænser for, hvor meget power vi kan udsende. Inden for de rammer kan en radar, der kun kigger lige frem, give en rækkevidde på 180–250 meter, men hvis du ønsker et 360 graders syn omkring bilen, falder det til 40 meter, hvilket eksempelvis ikke er nok til at identificere hurtigtkørende trafik i et stærkt trafikeret kryds, siger han.
Billedgenkendelse
Det er selvfølgelig også vigtigt, at bilen kan forstå, hvad eksempelvis vejskilte egentlig betyder, ligesom det er vigtigt, at den kan skelne mellem en cyklist og en ambulance med fuld udrykning. Derfor er kameraer og lynhurtige billedgenkendelses-algoritmer også en vigtig byggesten, når den selvkørende bil skal konstrueres.
– Det er den eneste måde, hvorpå man kan se, om et lyssignal er rødt, gult eller grønt, ligesom kameraer er gode til at klassificere objekter ved hjælp af algoritmer. Er det en skraldespand eller et barn, der står på fortovet? Lidar er ikke så god til at klassificere som kameraer, forklarer Jim McBride.
Dataknusende processorer og C
De mange data fra forskellige sensorer bliver samlet og anvendt til at opbygge en 3D-model af bilens omgivelser. Det giver et rum for bilens kørselsalgoritmer at udfolde og orientere sig i. Modellen bliver løbende opdateret, efterhånden som bilen bevæger sig.
Ford anvender Lidar-udstyr fra Velodyne, og den mellemste model af Velodynes Lidar indsamler 700.000 målepunkter pr. sekund. Fords selvkørende testbiler, Ford Fusion Hybrid, er udstyret med fem af den slags, så beregning og opdatering af en 3D-model af bilens omgivelser kræver lynhurtige processorer.
Til at knuse de mange data har Ford bygget sit eget computer-cluster bestående af en række Intel quad core i7-chips, som er placeret i bagagerummet af Ford Fusion Hybrid-testbilerne. Styresystemet er Ubuntu, og til at udvikle dataknusende algoritmer anvendes programmeringssproget C.
– Vi programmerer i C, da det er et højniveau-programmeringssprog, som samtidig giver os god kontrol over al hardwaren, siger Jim McBride.
Ford eksperimenterer også med GPU'er fra leverandører som Nvidia, så der kan komme ekstra speed på databehandlingen, men har endnu ikke lagt sig fast på en endelig konfiguration.
Adgang til rådata er vigtig
I dag anvender Ford EyeQ-chips og tilhørende software fra det israelske firma MobilEye til eksempelvis at give adaptive cruise-control i biler på markedet som Ford Explorer, men Jim McBrides forskningsteam har indtil videre fravalgt den slags pakkeløsninger til den rene selvkørende bil.
– Vi har ikke umiddelbart adgang til de rå data fra MobilEye. Hvis der er inkonsistens mellem data fra forskellige sensorer, er det bedst at have adgang til rådata for at finde diskrepans og en forklaring, siger Jim McBride.
Eksempelvis kan en skygge fra en lygtepæl måske blive klassificeret som en mulig forhindring på vejen af et kamera, men hvis det sammenholdes med data fra Lidar og radar, kan algoritmerne finde ud af, at der blot er tale om en skygge.
En testby i Michigan
For at teste teknologien i de selvkørende biler har Ford en række ombyggede Ford Fusion Hybrid kørende rundt i en modelby, Mcity, som er en del af University of Michigan. Her kan Ford teste sjældne use cases for at sikre, at den selvkørende bil kan klare usædvanlige kørselssituationer.
– I sjældne tilfælde vil du komme ud for, at en anden bilist kører over for rødt lys. Selvom du har grønt lys, skal bilen stadig holde øje med, at andre bilister ikke kører over for rødt, siger Jim McBride.
Den slags situationer er sjældne, men dog forudsigelige. Ford-teamets største udfordring er de uforudsigelige brugssituationer.
– Vores største udfordring er at forstå de problemer, som vi ikke kender til. Der er nogle ting, der kun sker en gang i dit liv som bilist. Vi skal prøve at forudse og forstå de ukendte ting, hvilket er svært, erkender Jim McBride.
Der er ingen tvivl om, at han og hans kollegaer tager opgaven seriøst:
– Selvom mennesker laver fejl, så er der kun en dødelig ulykke pr. 100 millioner kørselsmil. Vi skal opnå det niveau af robusthed, også i de ukendte brugerscenarier.
Teknik klar om fem år
Jim McBride forventer, at den underliggende teknologi for en selvkørende bil til massemarkedet er klar om fem år. Dermed ligger han på linje med Google og Toyota, der forventer, at selvkørende biler er klar til massemarkedet i 2020. Der er dog ikke-tekniske forhold, som kan betyde, at den forventning skal justeres.
– Når teknologien er klar, er der andre issues. Hvordan med love, regulering og forsikring? Hvilke forretningsmodeller er der? Er de selvkørende biler til privat ejerskab, delt ejerskab, offentlig transport? Hvilke eksterne partnere er relevante?, siger Jim McBride
Et andet springende punkt er prisen på selvkørende biler. Ford vil tilbyde selvkørende biler til massemarkedet, hvilket kræver, at prisen på de nye sensorteknologier skal væsentligt ned. Velodynes Lidar HDL-32E, som Fords testmodeller kører rundt med, kostede omkring 200.000 kroner pr. styk, da de blev lanceret. Selvom priserne vil falde - den mindste af Velodynes Lidar-modeller introduceret i starten af året koster omkring 50.000 kroner - så kan det være dyrt at få bilerne til at se.
