מצבי כישלונ של חיישנים אלקטרוניים ברכבים אוטונומיים

כלי רכב אוטונומיים (AV) תלויים בחבילה מתוחכמת של חיישנים אלקטרוניים כדי לתפוס את הסביבה שלהם, לקבל החלטות בזמן אמת, ולפעול בבטחה.חיישנים אלה - לידאר (גילוי תאורה וטווח), מכ"ם, מצלמות ודברים לא-קוליים - לפורצים את העיניים והאוזניים של הרכב.כל סוג חיישן יש נקודות חוזק וחולשות ייחודיות, ויחד הם מספקים תצוגה משלימה של העולם.

האגודה של מהנדסי רכב (SAE) מגדירה שישה רמות של אוטומציה נהיגה, מרמה 0 (ללא אוטומציה) לרמה 5 (אוטומציה מלאה תחת כל התנאים) ברמות גבוהות יותר, מערכת התפיסה של הרכב חייבת להיות סובלנית וניתוק מחדש. כשל חיישן יחיד - בין אם בשל ההידרדרות החומרה, התערבות סביבתית או טעות תוכנה - יכול קערה לתוך פרשנות לא נכונה, המוביל להתנהגות לא בטוחה זה מספק בדיקה מעמיקה של חיישנים, ואפקטים של כישלונות, שימוש באפקטים של ביצועים עמוקים ואפקטים שלהם, או חיישנים, או סודיות.

מצבי כישלון נפוצים של חיישנים אלקטרוניים

כשלי חיישנים בכלי רכב אוטונומיים יכולים להיות מסווגים באופן רחב לכשלים פנימיים (הקשויים או פגמים בתוכנה), הפרעות סביבתיות, שגיאות של כיור, חסימת פיזי והתקפות חיצוניות.כל קטגוריה משפיעה על סוגי חיישן שונים בדרכים נפרדות.

חיישן Malfunction

תקלה חושית מתייחסת לאובדן המלא או חלקי של תפקוד בשל תקלות חומרה או חריגות תוכנה.

כישלונות קשים

תקלות קשות יכולות להתעורר מפגמים בייצור, כגון המפרקים הנמכרים עניים, מיקרו-קליפים במוליכים למחצה, או לא מספיק חותמות hermetic. Over Time, רכיבים גיל: לייזרים ב-Ledar degrad, photodetectors לאבד רגישות, ו משדרי מכ"ם עשויים להיסחף מתדירות ההפעלה הלא-minal שלהם.

חיישנים אולטרה סאונד המשמשים לזיהוי לטווח קרוב יכולים להיכשל בשל קורוזיה של אלמנטים אדזואלקטריים כאשר נחשפים למלח כביש ולחות.מצלמות עלולות לסבול מפיקסלים תקועים, פריטים סגורים מתגלגלים, או חיישן קורא רעש. בכל מקרה, החיישן עשוי לא להניב נתונים, נתונים לא נכונים, או נתונים עם התחלה שיטתית.

טעויות תוכנה

באגים משונים, buffer overflows, או שגיאות תזמון צינורות עיבוד חיישן יכול לגרום חיישן להתרסק או לייצר פלט מושחת.דוגמה נפוצה היא כישלון בתוכנת עיבוד נקודה עננית כי לא מסנן מחזירים כראוי, לייצר מאות נקודות חיוביות כוזבות. בדומה, צינורות תמונות לסירוגין עשויים להיתקל בטווח דינמי עקב חשיפה לא נכונה, המוביל למסגרות שחורות או שחורות בתאורה מאתגרים הם מכשולים, במיוחד כי הם יכולים לגרום לאבחון קשה.

השוואת הסביבה

הסביבה המבצעית משפיעה רבות על ביצועי חיישן.כל סוג חיישן מתמודד עם אתגרים ייחודיים ממזג אוויר, תאורה, ומצבים נוחים.

Lidar

Lidar מודד מרחקים על ידי פולטת הדופקים לייזר ומדידה את הזמן שלהם-of-טיסה. Fog, גשם, שלג ואבק מפוזרים וספוג הדופקים האלה, צמצום טווח זיהוי מקסימלי ורעש גדל והולך. בנק ערפל עבה יכול לפזר כמעט את כל אנרגיית הלייזר, מה שגורם ל-Lar לא להחזיר נקודות תקפים במרחקים מכמה מטרים.

רדאר

רדאר משתמש גלי רדיו והוא בדרך כלל חזק יותר מאשר לידר במזג אוויר שלילי.עם זאת, גשם כבד או sleet יכול להעצים אותות גלי מילימטר (למשל, 77 GHz), צמצום טווח זיהוי על ידי 30-40%. השתקפות רב-אפ ממשטחי כביש חלק או ממבני מתכת גדולים יכולים לייצר מטרות או לגרום המדידות מהירות שגויות.

מצלמות

מצלמות הן חיישנים פסיביים שמסתמך על אור מסובך.אור נמוך, זוהר מאור הזרקורים הבאים, אור שמש ישיר וטווח דינמי מעל יכולת החיישן יכול לייצר תמונות מכוסות או מגזמות, מה שגורם ל-Lenss חסימת על ידי גשמים, בוץ, שלג, או חרקים יוצר כתמים עיוורים.

חיישנים לא חוקיים

חיישנים אולטרה סאונד פולטים גלי קול ומדכא זמן הד.הם מושפעים מאוד מטמפרטורה ולחות, אשר משנים את מהירות הקול. רוח חזקה או זעזוע יכולים לנפץ את קרן הקול, להפחית את הדיוק. קרוס-קול בין חיישנים מרובים של אודיו הפועלים על אותו תדירות יכול לייצר הדים כוזבים, במיוחד בתרחישים חניה הדוקים.

שגיאות קלבריות

קליברציה מגדירה את היחסים הגיאומטריים והאופטיים המדויקים בין כל מרכיביו הפנימיים של חיישן לבין מסגרת הקואורדינט של הרכב. ⁇ פנימית מכסה פרמטרים פנימיים (אורך מוקד, עיוות עדשות, יישור לייזר). עמדות של כל חיישן ביחס ל-Autosic calibration לרכב.

המונחים: frontbration Offsets

אם חיישן אינו מתאים כראוי במהלך הייצור או לאחר החלפת, מודול ההיתוך יגרור נתונים לא רשומים.לדוגמה, זוג לידר-נדרה עם אי-השמדה סיבובית 1 מעלות תגרום מכשולים שזוהו על ידי לידר כדי למפות למיקום שונה בתמונה המצלמה, המוביל אגודות שקריות או פספסת.

המונחים: over time

זעזועים מכניים מנסיעה על פני ליטות מהירות, השפעות רפלק, או רטט רגיל יכול לאט לשנות את המשטח של חיישן.טמפרטורות שינויים לגרום הרחבה וה התכווצות של חומרים, שינוי הגיאומטריה המדויקת. מערכות לידר שמסתמך על אלמנטים רוטטים עלולות לפתח משקעים זוויתיים עקב נגיעה. רדאר מגרד יכול לסובב תחת עומס מתמשך.

כמה AVים מודרניים משתמשים באינטרנט או "עצמי-קליברציה" אלגוריתמים אשר תמיד מעריכים ונכון לשינויים קטנים על ידי השוואת נתוני חיישן נגד תכונות סטטיות (למשל, סימונים נתיבים, סימנים) או באמצעות שימוש בטכניקות של הייחוד והמיפוי בו זמנית (AM) עם זאת, שינויים גדולים, פתאומיים, כגון אלה מהתנגשות קטנה - יכולים לעלות על טווח התיקון של אלגוריתמים אלה.

חסימת פיזיות וזיהום

דיארט, בוץ, שלג, קרח, והריסות יכולים לכסות חלקית או לחלוטין את האזור הפעיל של חיישן.עדשה מצלמה מכוסה על ידי תרסיס כביש עשוי לייצר מטושטשות או תמונות מסולקות. חלונות לידר ניתן לטשטש על ידי splatter חרקים או קרח עבה, מה שגורם לתפוקה מופחתת של שדה הראייה או אובדן מוחלט יכול להיות חסום על ידי שלג או בלוק הוא חסימת במיוחד, כי זה עלול לקרות נתונים קריטי כדי להמשיך באופן הדרגתי, כי הוא פגום.

כדי להתמודד עם זה, כלי רכב אוטונומיים רבים משלבים מערכות ניקוי: תנורי חימום עבור עדשות מצלמה וחלונות לידר, מגבונים קטנים או מטוסי סילון אוויר עבור מצלמות, וכיסויי חיישן קולי שניתן לנקות באופן ידני.

אלקטרומגנטי אינטרפי (EMI) ו- Cross-Talk

AVs מכילים מערכות אלקטרוניות רבות שיכולות לייצר רעש אלקטרומגנטי.מנועי זמן גבוהים, החלפת חשמל ואנטנות תקשורת אלחוטיות יכולות להפריע אותות חיישן. חיישנים ראדר הפועלים בתדרים דומים (למשל, 77 GHz) יכול להפריע אחד לשני כאשר מספר רב של AVs נמצאים קרוב, גרימת מטרות כוזבות או רצפות רעש מוגדל.

התקפות סייבר-Physical Attacks

בעוד שלא מצב כישלון במובן המסורתי, מניפולציה מכוונת היא דאגה גוברת. תוקף יכול להזיז אות GPS לשלוח את הרכב קורס, הזרקת לידר מזויף חוזר באמצעות דיוד לייזר כדי ליצור מכשול "phantom" או פרויקט דפוסים יריבים על עצירה כדי לשטות ברשת של משקעים של המצלמה (כפי שמוכיחים על ידי חוקרים קטנים של מוטציות, אבל גם מטושטשים, הם חייבים לטפל בפרוטוקולים חזקים של אבטחה או מטושטשים, אבל הם חייבים לטפל בהתקפות אבטחה על ידי מוטציות).

השפעה על כישלונות חושיים

ההשלכות של כשלי חיישן נעות מאי נוחות קלה לתאונות קטסטרופליות.אדם בודד שפספס או חיובי כוזב יכול לגרום לשרשרת של אירועים שמסכן את הבטיחות, זרימת התנועה ואמון הציבור.

« « גילויים כוזבים (Missed Detections)

כאשר חיישן אינו תופס אובייקט – לדוגמה, הולכי רגל המוסתרים על ידי זוהר מהשמש הנמוכה – מערכת התפיסה עשויה להחליט כי אין מכשול קיים, מה שמוביל את הרכב להמשיך את דרכו אל הסכנה.ה-FLT:0) , אשר מונע את כלי רכב אוטונומיים בפיתוי, אריזונה (2018)FLT:1 הוחסה חלקית למשטרה לימוזינה ומערכת שלא תרמה כראוי ללקות בתוכנות בלתי מוגבלות, למרות שגרמה לטראומה בלתי מוגבלת, למרות שגרמה לטראומה לא הייתה הולכי רגל.

חיובי כוזב (Phantom Braking)

חיובי כוזב להתרחש כאשר חיישן מזהה בטעות מכשול - למשל, מקף או חתיכת פסולת מפוצץ על ידי רוח - ניצול הרכב לבצע תמרון evasive מיותר, כגון קשה או מתפתל פתאומי.זה יכול להתחיל לאחר נהגים, להוביל להתנגשויות אחוריות, או לגרום AV לעצור במיקום לא בטוח.

ביצועים נמוכים

גם כאשר כשל אינו גורם לתאונה ישירה, ההשפלה של החיישן יכולה לכפות את הרכב לפעול במצב מוגבל.לדוגמה, לידר מכוסה שלג עלול לגרום ל AV להפחית את המהירות ל-15 קמ"ש ולהסתמך על מכ"ם בלבד, להאט את התנועה מאחוריה.

סיכון אמין

בצי של אלפי כלי רכב אוטונומיים, אפילו הסתברות נמוכה של כשל חיישן לקילומטר יכול להוביל למאות מקרים בשנה.הערות הסטטיסטית של תאונות AV חמורות הופכת כל אירוע גלוי מאוד, שוחק קבלה ציבורית ומזמינה בדיקה רגולטורית.

אסטרטגיות למצב של כישלונות Mitigate

אין חיישן יחיד מושלם, אבל באמצעות עיצוב מערכת זהירה, ריצוף ושיפור מתמשך, הסיכונים ניתן להפחית לרמות מקובלות.

חיישנים וגיוון

ההפחתה הבסיסית ביותר היא להשתמש במספר חיישנים הטרוגניים המכסים את אותו שדה הראייה.דרך זו, אם חיישן אחד נכשל - למשל, לידר עיוור על ידי ערפל - המכ"ם והמצלמה עדיין יכולים לספק נתונים משמעותיים.חיישנים היתוך חיישן היישר את הפלטים לתוך ייצוג מאוחד, לעתים קרובות משקל האמון של כל אחד מבוסס על תנאים סביבתיים נוכחיים.

רדיונדנסיות

מעבר למגוון חומרה, אדמוניות פונקציונלית משתמשת באלגוריתמים שונים או במעבדות עיבוד כדי לאמת את אותו אירוע.ניתן לזהות אובייקט באופן עצמאי באמצעות רשת מצלמה עמוקה למידה עמוקה ועל ידי אלגוריתם קלאסי של לידר-הלא-מסוגלינג.אם שתי ההסכמה, המערכת יכולה לדגל את ההתבוננות ולבקש אישור או להיכנס למצב בטוח יותר.

קליברציה רגילה ו- Self-Diagnostics

כלי רכב אוטונומיים צריכים לבצע בדיקות עצמיות בכל פעם שהם מופעלים ומתמיד במהלך המבצע. ⁇ אינטרינזית ניתן לאמת על ידי השוואת תכונות ידועות (למשל, דפוס של הרבה חנייה סימונים) נגד פלט חיישן הצפוי. ⁇ Extrinsic calibration הוא מעקב באמצעות שגיאות שוכנות בין נתוני חיישן ממוזער; אם השגיאות עולה על סף, כלי רכב יכול ליזום טכנאי או טכנאי נהיגה.

ציים רבים משתמשים בעדכוני תוכנה אוויריים כדי לחדד את הפרמטרים של קיטור בהתבסס על טלמטות מכל הצי, לתפוס סחף חיישנים לפני שהם גורמים לבעיות.בנוסף, ⁇ בקרת תהליכים סטטיסטיים של חיישן, טווח או אחוזי זיהוי יכולים לזהות השפלה הדרגתית.

הסתגלות סביבתית

מערכות AV חייבות להתאים לשינויים בסביבה בזמן אמת.

• (ב) ⁇ :0) ניקוי מלא: 1FLT (החומרים) אלמנטים על מכסה לודר ומצלמה למנוע בניית קרח; מגבונים קטנים או מטוסי אוויר דחוסים עדשות ברורות וחלונות מים או בוץ.
• הגדרות חיישן:0 (FLT:1ir) חשיפה למצלמה ניתן להתאים דינמי בהתבסס על רמת אור. Lidar הדופק ניתן להגדיל בערפל (עם מגבלות בטיחות העין) כדי לגרוף באמצעות משקעים קלים.
• (FLT:0) פיצוי אלגוריתמי: מודלים של למידת המכונה 1 Machine מאומן על נתונים מתנאים פגומים, גשום או שלג יכולים ללמוד להתעלם מממצאים של חיישן אלגוריתמים היתוך עשויים להקצות אי ודאות מרחבית או זמנית למדידות מחיישנים מעוותים.

עיצוב Robust Hardware

יצרנים מעצבים חיישנים לעמוד סביבות רכב קשות. Enclosures חתומה לתקני IP67 או IP69K כדי למנוע מים, אבק וכימיקלים. Vibration לחות על גבי הרפסות מונעות אי-השמדה אופטית.עיגולים המתואמים טמפרטורה שומרים על קליברציה על פני קיצוניות מ -40 מעלות צלזיוס ל +105 מעלות צלזיוס.

תוכנה ואדריכלות מערכת

יש לתכנן את ערימה התפיסה כולה כדי לחדד את החסד.אם חיישן נכשל, המערכת צריכה להימנע משינויים פתאומיים.לדוגמה, אם חזית הונדדרה חסומה, הרכב יכול להפחית באופן חלק את המהירות ולהסתמך על מצלמות מכ"ם וצדדים, במקום לשפשף את הבלמים. שכבה פיקוח בטיחות (כמו מודול "שומר") יכול להתגבר על תוכנית הנהיגה העיקרית אם החיישן מתחת לסף, לגרום לסף בבטחה למשוך את הרכב.

ISO 26262 (בטיחות תפקודית עבור אלקטרוניקה) ואת ה-FLT המתקרב:0 ISO /PAS 21448 "בטיחות של הפונקציה intended" (SOTIF)OVAFLT:1 לספק מסגרות לניתוח ופחתת סיכוני חיישן.לאחר סטנדרטים אלה להבטיח זיהוי שיטתי של מצבי כישלונות וביצוע מנגנוני בטיחות תואמים.

מדדי אבטחת סייבר

כדי להילחם בהתקפות יריבות, נתוני חיישן יכולים להיות אותנטיים או מוצפנים.טכניקות נגד מניעת ההימנעות - למשל, אימות החזרה לידר נגד גילויי מכ"ם, או באמצעות עומק מבוסס לידר כדי לבדוק תחזיות מצלמה - יכול לחשוף נתונים כוזבים מוזרקים. חוקרים מפתחים רשתות עצביות חזקות כדי להפרעות טורחות, וכמה כלי רכב מעסיקים רק מערכות גיבוי מכ"ם שהן פחות רגישות להתקפות אופטיות.

מסקנה

חיישנים אלקטרוניים הם עמוד השדרה של תפיסה אוטונומית של כלי רכב, אבל הם בלתי ניתנים לנפילה מטבעם, כישלונות יכולים להיווצר מפגמים חומרה, הפרעה סביבתית, סחף קליברציה, חסימת פיזית או התקפות זדוניות.התוצאות - החל מ pantom מתפתל להתנגשויות קטלניות - תוך כדי שימת דגש על הצורך בהנדסת אמינות מקיפה, מערכתית.

הסטיות היעילות ביותר משלבות את הגמישות המגוונת של חיישן מגוון, אבחון עצמי מתמשך, הסתגלות אלגוריתמית, חומרה חזקה ורב-שכבות תקלות-סובלנות בתוכנות. תקני תעשייה כגון ISO 26262 ו- SOTIF מספקים מתודולוגיה מובנית לזיהוי ולטיפול במצבי כישלונות.כטכנולוגיית חיישן מתפתחת - סוללת-ל-ל-מ"ד-ד-ד-מ"מ"מ, 4D הדמיה, ומצלמות מבוססות-האירועים כל הבטחות משופרות - הן מתרחשות, כאשר הן מתרחשות ככישלון-כן, כאשר הן מתרחשות חיישנים נדירים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות , כאשר הן מתרחשות חיישנים עתידיים, הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, הן מתרחשות חיישנים, הן מתרחשות חיישנים, הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים עתידיים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים נדירים, כאשר הן מתרחשות חיישנים מתקדמים, הן מתרחשות חיישנים עתידיים, הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן מתרחשות חיישנים, הן מתרחשות חיישנים, כאשר הן הופכות, כאשר הן הופכות, הן מתרחשות חיישנים מתקדמים, הן מתרחשות חיישנים,

בסופו של דבר, הפריסה הבטוחה של כלי רכב אוטונומיים תלויה לא בחיישנים מושלמים, אלא במערכת שמבינה את המגבלות שלה ויכולה לפעול בחוכמה כאשר משהו משתבש.מחקר מתמשך, בדיקות עולם אמת, ושיתוף פעולה בין יצרני רכב, ספקים ורגולטורים ימשיכו לחדד את המערכות הקריטיות של בטיחות.