Aktywne systemy bezpieczeństwa – to termin znany już wielu użytkownikom aut. Nadal jednak niewielu z nas zdaje sobie sprawę z tego, jak są one tworzone. Bardzo dobrą lekcją na ten temat była wizyta w łódzkim centrum badawczo-rozwojowym firmy ZF, którą postaramy się opisać w poniższej relacji.
Większości z nas matematyka kojarzy się źle. Po prostu. Pewnie w wielu przypadkach ma to związek ze spotykanymi na swej drodze nauczycielami „królowej nauk”, którzy uważani byli za szkolne postrachy. Równania, procenty, wykresy, sinusy, przesunięcia o wektor, niewiadome – czarna magia, która dla niektórych nie miała żadnego odzwierciedlenia w rzeczywistości.
Takie było również moje zdanie, aż do momentu wizyty w łódzkim centrum badawczo-rozwojowym firmy ZF. Tam nagle okazało się, że matematyka ma jakiś sens – właściwie rzecz ujmując to całkiem duży, taki, bez którego trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie podstawowych rzeczy i urządzeń. Użyteczność matematyki zaprezentowano mi na podstawie rozwiązań technologicznych w zakresie aktywnych systemów bezpieczeństwa w pojazdach. Muszę przyznać, że dawka otrzymanej wiedzy spowodowała u mnie spory wstrząs.
Jak zbierane są dane?
Tworzenie oprogramowania rozpoczyna się od pomysłu. Później zadaniem inżynierów jest konieczność zebrania odpowiednich danych i opisania ich sposobem matematycznym w taki sposób, aby było to zrozumiałe dla potężnych komputerów.
Dane zbierane są przy pomocy radarów. Antena radaru wysyła fale, fale odbijają się od napotkanych przeszkód, a odbicia z kolei ponownie odczytywane są przez antenę. Tak w skrócie można opisać działanie podstawowego narzędzia używanego do gromadzenia informacji. Radar może zbierać informacje w każdych warunkach atmosferycznych, może zmierzyć prędkość i zweryfikować na tej podstawie czy “widzi” pieszego, rowerzystę czy samochód. Wszystkie zgromadzone przez niego dane widoczne są na ekranie komputera w postaci losowych krzyżyków. Jest ich bardzo dużo, wiele z nich się powtarza, niektóre nie mają zbyt dużej wartości, inne są bezcenne.
– Naszym zadaniem jest wyłapanie, zinterpretowanie i zastosowanie danych użytecznych. Z chaosu punktów i odbić, które czasami są także fałszywymi, staramy się określić, które z nich są to samochody, znaki drogowe, linie, piesi rowerzyści. – opowiada Karol Urbanek, kierownik działu algorytmów w Centrum Inżynieryjnym ZF.
Do zbierania danych wykorzystywane są także kamery, które okazują się bardziej przydatne przy dostarczaniu informacji na temat wyglądu, rozmiaru, koloru i kształtu napotykanych na drodze przeszkód. Te urządzenia stanowią także główne zagadnienie rozwijane w łódzkim oddziale ZF.
Tworzenie algorytmów
Przydatne dane zebrane z radarów i kamer trafiają do potężnej machiny matematyczno-informatycznej. Kolejnym krokiem jest tworzenie prototypu algorytmu.
– Wszystko zaczynamy od rozpisania na kartce odpowiednich równań. Następnie wnioski przenoszone są do specjalnego programu symulacyjnego MATLAB. Dodatkowo dysponujemy danymi zebranymi z rzeczywistego samochodu, wyposażonego w czujniki pomiarowe i referencyjne, które są zainstalowane w samochodach testowych. W ten sposób próbujemy dostroić algorytm tak, aby był zbieżny z tym, co zebrał czujnik referencyjny. – wyjaśnia Karol Urbanek.
Co można opisać wzorami matematycznymi? Okazuje się, że wszystko – dynamikę pojazdu, odkształcanie opon, charakterystykę uginania amortyzatorów, sposób na jakiej zasadzie te zależności wpływają na odchylenie auta na zakręcie. Proces ten nazywa się modelowaniem, czyli interpretacją informacji i opisaniem, jak powinien zachować się samochód w przypadku konkretnej sytuacji na drodze – na przykład kiedy zaistnieje konieczność hamowania awaryjnego lub powrotu na pas ruchu. Ten matematyczny opis pożądanych zachowań widoczny jest na ekranie komputera w postaci bloczków i wykresów. Jeden opracowany algorytm, korzystający z dostarczonych danych potrafi „wyciągnąć” odpowiednie informacje i sygnały, które będą przekazane również do innych algorytmów.
Matrix istnieje
Wszyscy na pewno kojarzą kultowy film z Keanu Reevesem i jego czołówkę – tysiące cyferek układających się w długie łańcuchy i tworzące konkretne kształty. Jak się okazuje, nie jest to fikcja stworzona na potrzeby superprodukcji – obraz jest niczym innym jak zapisem pewnych liczb, a dokładnie potężnej macierzy liczb. To zespół punktów tworzących dany obraz. Na macierzach dokonuje się operacji, których efektem może być na przykład wyszukanie krawędzi należących do jezdni, samochodów, znaków i ludzi. Wówczas te zebrane dane po raz kolejny mogą być interpretowane i ponownie wykorzystane.
Zbuduj i przetestuj
Po stworzeniu konkretnego algorytmu trafia on do działu implementacji. Pojawia się wówczas więcej zagadnień związanych z elektroniką, ponieważ zadaniem pracujących tu inżynierów jest połączenie całego software i uruchomienie konkretnej funkcji. Obrazowo mówiąc – z wielu klocków o różnej wielkości i kształcie trzeba zbudować system, który dla przykładu zatrzyma rozpędzony samochód unikając zderzenia z wbiegającym na jezdnię pieszym. Do obowiązków pracowników należy również pierwsze sprawdzenie funkcjonalności stworzonego oprogramowania, które następnie trafia do działu testów.
Ten kolejny dział składa się z dwóch typów stanowisk, na których testowane jest oprogramowanie w warunkach symulacyjnych. To wiele komputerów pracujących w różnych środowiskach informatycznych. Dzięki nim możliwe jest stworzenie określonego scenariusza i sprawdzenie, jak w takich warunkach poradzi sobie oprogramowanie. Celem testerów jest udowodnienie, że dana funkcjonalność nie działa. Dokładnie – chodzi tu przede wszystkim o wykrycie każdego, nawet najmniejszego błędu, wychwycenie pomyłek.
– Mamy świadomość, że jeśli tutaj przepuścimy jakieś błędy, to może to skutkować wypadkiem na drodze. Błąd może okazać się tragiczny w skutkach w rzeczywistości – powiedział Tomasz Szkudlarek, dyrektor Centrum Inżynieryjnego ZF w Łodzi.
Takie sprawdzenie i przeanalizowanie błędów ma swoją złowrogo brzmiącą nazwę – egzekucja. Testerzy mają możliwość wizualnego sprawdzenia sygnałów generowanych przez kamerę na monitorze i porównania tego z działaniem stworzonego systemu. Czy kamera wyśle sygnał ostrzeżenia? Czy samochód zahamuje przed przeszkodą? Jeśli nie – software wraca do działu algorytmów i implementacji. Jeśli tak – wgrany zostanie do niewielkich rozmiarów kamery uzbrojonej w wieloprocesorowy komputer z dużą ilością pamięci. Urządzenie to z kolei zostanie zamontowane w samochodzie testowym, który sprawdzi jego działanie na torze. Firma ZF posiada swoje własne tory testowe w Niemczech, jednak planowane jest utworzenie takiego obiektu w Częstochowie, w tamtejszej siedzibie firmy.
Wycieczka po Łodzi
Na zakończenie mojej wizyty w centrum badawczo-rozwojowym miałam okazję wziąć udział w przejażdżce samochodem BMW, który na co dzień jest etatowym pracownikiem łódzkiej siedziby ZF. Mogłam sprawdzić w praktyce to, co chwilę wcześniej oglądałam na monitorze w postaci dziwnych wykresów. Pojazd ten wyposażony został w radar, kamerę i wiele dodatkowych urządzeń zlokalizowanych nad lusterkiem wstecznym oraz w bagażniku. Po co? Aby móc zbierać dane podczas jazdy w zwykłym ruchu ulicznym, a następnie dostarczać je do działu algorytmów w celu wykorzystania ich do tworzenia nowego oprogramowania.
Takie jazdy są też świetnym sposobem na sprawdzenie systemów opracowywanych w łódzkim centrum – na przykład kamer. Urządzenie to rozpoznaje konkretne obiekty, które spotkaliśmy na naszej drodze – pojazdy, światła, znaki, pasy – jednak na komputerze pokładowym zainstalowanym we wnętrzu pojazdu wyświetla nam te najbardziej istotne ze punktu widzenia bezpieczeństwa.
– Nasz samochód testowy dużo podróżuje – w różnych warunkach drogowych, o różnych porach dnia. Zebrane dane wykorzystujemy do weryfikacji poprawności działania rozwijanych funkcjonalności – im więcej kilometrów przejedziemy samochodami testowymi z naszym oprogramowaniem, tym mamy większą pewność, co do jakości naszego oprogramowania – powiedział Tomasz Szkudlarek – Na podstawie zebranych danych oceniamy prawdopodobieństwo wystąpienia danego zjawiska i zachowania się w konkretnej sytuacji. Jeżeli w wielu podobnych sytuacjach kamera zachowała się poprawnie, to możemy być pewni, że poradzi sobie zawsze.
Przyszłość motoryzacji
Nowe rozwiązania do motoryzacji przyszłości rozwijane są w ostatnich latach na całym świecie bardzo dynamicznie.
– W tej branży nauka się nie kończy, cały czas jest coś nowego, chcąc iść do przodu musimy cały czas się uczyć. My nie chcemy nadążać, to my chcemy wyznaczać te trendy i standardy. Jeżeli chcemy to realizować to musimy być cały czas na bieżąco z artykułami naukowymi, z tym co się dzieje w świecie naukowym, ale też w testowaniu naszych własnych koncepcji – wszystko to robimy równolegle – podsumował Karol Urbanek.
Spotkanie w centrum badawczo-rozwojowym ZF w Łodzi było bardzo dobrą okazją do sprawdzenia, jak tworzy się systemy, które być może już niedługo staną się obowiązkowym wyposażeniem każdego samochodu. Pomysł, dane, algorytm, test. Wszystko to w urządzeniu niewielkich rozmiarów, które w wielu przypadkach może wpłynąć na nasze bezpieczeństwo. U podstaw tego wszystkiego leży matematyka, która jak widać, ma sens.
Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy, które są wyłącznie prywatną opinią ich autorów. Jeśli uważasz, że któryś z kometarzy jest obraźliwy, zgłoś to pod adres redakcja@motofocus.pl.
Aaaaaa, 21 października 2019, 23:00 0 -1
oni testują a Tesla jeździ ;)
Odpowiedz