INHOUDSOPGAWE[Versteek][Wys]
Sensors en sagteware word in outonome voertuie gekombineer om 'n verskeidenheid voertuie te navigeer, te stuur en te bestuur, insluitend motorfietse, motors, vragmotors en hommeltuie.
Afhangende van hoe hulle ontwikkel of ontwerp is, mag hulle bestuurderbystand benodig of nie.
Ten volle outonome motors kan veilig werk sonder menslike bestuurders. Sommige, soos Google se Waymo motor, kon nie eers 'n stuurwiel hê nie.
'n Gedeeltelik outonome voertuig, soos 'n Tesla, kan volle beheer van die voertuig aanvaar, maar kan 'n menslike bestuurder nodig hê om te help as die stelsel twyfel.
Verskillende grade van selfoutomatisering is by hierdie motors ingesluit, van baanleiding en remhulp tot ten volle onafhanklike, selfry-prototipes.
Die doel van bestuurderlose motors is om verkeer, emissies en ongeluksyfers te verlaag.
Dit is moontlik omdat outonome voertuie meer bedrewe is om aan verkeersregulasies te voldoen as mense.
Vir 'n gladde rit is sekere inligting nodig, soos die ligging van die motor of enige nabygeleë voorwerpe, die kortste en veiligste pad na die bestemming, en die kapasiteit om die bestuurstelsel te bestuur.
Dit is van kardinale belang om te verstaan wanneer en hoe om nodige take uit te voer.
Hierdie artikel sal baie grond dek, insluitend die stelsel argitektuur vir outonome motors, komponente benodig, en voertuig ad hoc netwerke (VANETs).
Nodige komponente benodig vir outonome voertuig
Vandag se outonome voertuie gebruik 'n verskeidenheid sensors, insluitend kameras, GPS, traagheidsmetingseenhede (IMU's), sonar, laserbeligting-opsporing en -afstand (lidar), radio-opsporing en -afstand (radar), klanknavigasie en afstand (sonar), en 3D kaarte.
Saam ontleed hierdie sensors en tegnologie data intyds om die stuur, versnelling en rem te beheer.
Die radarsensors help om tred te hou met die verblyfplek van omliggende motors. Voertuie word gehelp met ultrasoniese sensors tydens parkering.
’n Tegnologie bekend as lidar is geskep deur beide tipes sensors te gebruik. Deur ligpulse van die omgewing rondom die motor af te weerkaats, kan lidar-sensors die rande van paaie opspoor en baanmerkers identifiseer.
Dit waarsku ook bestuurders van aangrensende hindernisse, soos ander voertuie, voetgangers en fietse.
Die grootte en afstand van alles rondom die motor word gemeet met behulp van lidar-tegnologie, wat ook 'n 3D-kaart skep wat die voertuig toelaat om sy omgewing te bekyk en enige risiko's te identifiseer.
Ongeag die tyd van die dag, of dit helder of somber is, dit doen 'n uitstekende werk om inligting in verskillende tipes omgewingslig op te neem.
Die motor gebruik kameras, radar en GPS-antennas, tesame met lidar en kameras, om sy omgewing op te spoor en sy ligging te identifiseer.
Kameras kyk vir voetgangers, fietsryers, motors en ander hindernisse, terwyl hulle ook verkeersseine bespeur, padtekens en -merke lees en ander voertuie dophou.
Hulle kan egter moeilik wees in dowwe of skaduagtige gebiede. 'n Outonome voertuig kan sien waarheen dit gaan deur 'n mengsel van lidar, radar, kameras, GPS-antennas en ultrasoniese sensors te gebruik om die pad voor hom digitaal uit te beeld.
Hoëvlak Stelselargitektuur
Die noodsaaklike sensors, aktueerders, hardeware en sagteware word in die argitektuur gelys, wat ook die hele kommunikasiemeganisme of protokol in AV's demonstreer.
Persepsie
Hierdie stadium behels die identifisering van die AV se ligging in verhouding tot die omgewing en die waarneming van die omgewing rondom die AV met behulp van 'n verskeidenheid sensors.
Die AV gebruik RADAR, LIDAR, kamera, intydse kinetiese (RTK) en ander sensors by hierdie stap. Die herkenningsmodules ontvang die data van hierdie sensors en verwerk dit nadat dit deurgegee is.
Oor die algemeen bestaan die AV uit 'n beheerstelsel, LDWS, TSR, onbekende hindernisseherkenning (UOR), 'n voertuigposisionering en lokalisering (VPL) module, ens.
Die gekombineerde inligting word aan die stadium van besluitneming en beplanning gegee nadat dit verwerk is.
Besluit & Beplanning
Die bewegings en gedrag van die AV word op hierdie stap besluit, beplan en beheer deur die inligting wat tydens die persepsieproses ontvang is.
Hierdie stadium, wat die brein sou verteenwoordig, is waar keuses gemaak word oor dinge soos padbeplanning, aksievoorspelling, hindernisvermyding, ens.
Die keuse is gebaseer op die inligting wat nou en histories toeganklik is, insluitend intydse kaartdata, verkeersbesonderhede, neigings, gebruikersinligting, ens.
Daar kan 'n datalogmodule wees wat rekord hou van foute en data vir latere gebruik.
Beheer
Die beheermodule voer bewerkings/aksies uit wat verband hou met fisiese beheer van die AV, soos stuur, rem, versnelling, ens. nadat inligting van die besluit- en beplanningsmodule ontvang is.
Chassis
Die laaste stap behels interaksie met die meganiese dele wat aan die onderstel vasgemaak is, soos die ratmotor, stuurwielmotor, rempedaalmotor en pedaalmotors vir die versneller en rem.
Die beheermodule sein en bestuur al hierdie komponente.
Nou sal ons praat oor die algemene kommunikasie van 'n AV voordat ons praat oor die ontwerp, werking en gebruik van verskeie sleutelsensors.
RADAR
In AV's word RADAR's gebruik om die omgewing te skandeer om motors en ander voorwerpe te vind en op te spoor.
RADAR's word dikwels in beide militêre en burgerlike doeleindes gebruik, soos lughawens of meteorologiese stelsels, en hulle werk in die millimetergolf (mm-golf) spektrum.
Verskillende frekwensiebande, insluitend 24, 60, 77 en 79 GHz, word in kontemporêre motors gebruik en het 'n meetbereik van 5 tot 200 m [10].
Deur die ToF tussen die gestuurde sein en die teruggekeerde eggo te bereken, word die afstand tussen die AV en die voorwerp bepaal.
In AV's gebruik die RADAR's 'n verskeidenheid mikro-antennas wat 'n versameling lobbe skep om afstandsresolusie en veelvuldige teikenidentifikasie te verbeter. mm-Wave RADAR kan naby-afstand voorwerpe in enige rigting presies assesseer deur die variansie in Doppler-verskuiwing te gebruik as gevolg van die verhoogde deurdringbaarheid en groter bandwydte.
Aangesien mm-golf-radars 'n langer golflengte het, het hulle anti-blokkering en anti-besoedeling vermoëns wat hulle in staat stel om te funksioneer in reën, sneeu, mis en swak lig.
Daarbenewens kan Doppler-verskuiwing gebruik word om die relatiewe snelheid via mm-golfradars te bereken. As gevolg van hul vermoë is mm-golf-radars goed geskik vir 'n wye reeks AV-toepassings, insluitend hindernisopsporing, en voetganger- en voertuigherkenning.
Ultrasoniese sensors
Hierdie sensors werk in die 20–40 kHz-reeks en gebruik ultrasoniese golwe. 'n Magnetoweerstandige membraan wat gebruik word om die voorwerp se afstand te meet, produseer hierdie golwe.
Deur die tyd-van-vlug (ToF) van die uitgestraalde golf na die eggosein te bereken, word die afstand bepaal. Die tipiese reeks ultrasoniese sensors is minder as 3 meter.
Die sensoruitset word elke 20 ms verfris, wat verhoed dat dit aan die ITS se streng QoS-vereistes voldoen. Hierdie sensors het 'n relatief klein straalbespeuringsreeks en is gerig.
Daarom, om 'n volveldvisie te verkry, word talle sensors benodig. Baie sensors sal egter interaksie hê en kan aansienlike reeksonakkuraathede tot gevolg hê.
Lidar
Die spektra van 905 en 1550 nm word in LiDAR gebruik. Aangesien die menslike oog vatbaar is vir retinale skade vanaf die 905 nm-reeks, werk die huidige LiDAR in die 1550 nm-band om retinale skade te verminder.
Tot 200 meter is LiDAR se maksimum werkbereik. Vaste toestand, 2D en 3D LiDAR is die verskillende subkategorieë van LiDAR.
'n Enkele laserstraal word oor 'n spieël versprei wat vinnig in 'n 2D LiDAR draai. Deur verskeie lasers op die peul te plaas, kan 'n 3D LiDAR 'n 3D prentjie van die omgewing verkry.
Daar is gedemonstreer dat 'n LiDAR-stelsel langs die pad die aantal voertuig-tot-voetganger-botsings (V2P) in beide kruisings- en nie-kruisingsones verlaag.
Dit gebruik 'n 16-lyn, intydse, rekenaardoeltreffende LiDAR-stelsel.
Dit word voorgestel om 'n diep outo-enkodeerder kunsmatig te gebruik neurale netwerk (DA-ANN), wat 'n akkuraatheid van 95% oor 'n 30 m-reeks behaal.
In word gedemonstreer hoe 'n ondersteuningsvektormasjien (SVM)-gebaseerde algoritme gekombineer met 'n 64-lyn 3D LiDAR voetgangerherkenning kan verbeter.
Ten spyte van beter meetpresisie en 3D-visie as 'n mm-golf-radar, presteer LiDAR minder goed in ongunstige weer, insluitend mis, sneeu en reën.
Camera
Afhangende van die toestel se golflengte, kan die kamera in AV's óf infrarooi- óf sigbaar-lig-gebaseer wees.
Ladinggekoppelde toestel (CCD) en komplementêre metaal-oksied-halfgeleier (CMOS) beeldsensors word in die kamera (CMOS) gebruik.
Afhangende van die lenskwaliteit is die kamera se maksimum reikwydte ongeveer 250 m. Die drie bande wat deur sigbare kameras gebruik word—rooi, groen en blou—word geskei deur dieselfde golflengte as die menslike oog, of 400–780 nm (RGB).
Twee VIS-kameras word gekoppel aan gevestigde brandpunte om 'n nuwe kanaal te skep wat diepte (D) inligting bevat, wat die skepping van stereoskopiese visie moontlik maak.
’n 3D-aansig van die area rondom die voertuig kan verkry word danksy hierdie vermoë via die kamera (RGB-D).
Passiewe sensors met 'n golflengte van tussen 780 nm en 1 mm word deur die infrarooi (IR) kamera gebruik. In piekbeligting bied die IR-sensors in AV's visuele beheer.
Hierdie kamera help AV's met voorwerpherkenning, syaansigbeheer, ongelukopname en BSD. In ongunstige weer, soos sneeu, mis en veranderende ligtoestande, verander die kamera se werkverrigting egter.
'n Kamera se primêre voordele is sy vermoë om die tekstuur, kleurverspreiding en vorm van die omgewing presies te versamel en op te teken.
Globale navigasie-satellietstelsel en globale posisioneringstelsel, traagheidsmetingseenheid
Hierdie tegnologie help die AV om te navigeer deur sy presiese ligging vas te stel. ’n Groep satelliete in ’n wentelbaan om die oppervlak van die planeet word deur GNSS gebruik om te lokaliseer.
Die stelsel stoor data oor die AV se ligging, spoed en presiese tyd.
Dit werk deur die ToF tussen die sein wat ontvang word en die satelliet se emissie uit te vind. Die Global Positioning System (GPS) koördinate word dikwels gebruik om die AV-ligging te verkry.
Die GPS-onttrekte koördinate is nie altyd presies nie, en hulle voeg tipies 'n posisionele fout by met 'n gemiddelde waarde van 3 m en 'n standaardvariasie van 1 m.
In metropolitaanse situasies word werkverrigting verder verswak, met 'n fout in die ligging van tot 20 m, en in sekere ernstige omstandighede is die GPS-posisiefout ongeveer 100 m.
Daarbenewens kan AV's die RTK-stelsel gebruik om die posisie van die voertuig presies te bepaal.
In AV's kan die posisie en rigting van die voertuig ook bepaal word deur gebruik te maak van doodrekening (DR) en die traagheidsposisie.
Sensor Fusie
Vir behoorlike voertuigbestuur en veiligheid moet AV's presiese, intydse kennis kry van die ligging, status en ander voertuigfaktore soos gewig, stabiliteit, snelheid, ens.
Hierdie inligting moet ingesamel word deur die AV's wat 'n verskeidenheid sensors gebruik.
Deur die data wat van verskeie sensors verkry is saam te voeg, word die sensorsamesmeltingstegniek gebruik om samehangende inligting te produseer.
Die metode laat die sintese toe van onverwerkte data verkry uit komplementêre bronne.
As gevolg hiervan stel sensorsamesmelting die AV in staat om sy omgewing akkuraat te verstaan deur al die nuttige data wat van verskeie sensors versamel is saam te voeg.
Verskillende tipes algoritmes, insluitend Kalman-filters en Bayesiese filters, word gebruik om die samesmeltingsproses in AV's uit te voer.
Omdat dit in verskeie toepassings gebruik word, insluitend RADAR-opsporing, satellietnavigasiestelsels en optiese odometrie, word die Kalman-filter gesien as noodsaaklik vir 'n voertuig om outonoom te werk.
Voertuig-ad-hoc-netwerke (VANET's)
VANET's is 'n nuwe subklas van mobiele ad hoc-netwerke wat spontaan 'n netwerk van mobiele toestelle/voertuie kan skep. Voertuig-tot-voertuig (V2V) en voertuig-tot-infrastruktuur (V2I) kommunikasie is moontlik met VANETs.
Die primêre doel van sulke tegnologie is om padveiligheid te verhoog; byvoorbeeld, in gevaarlike situasies soos ongelukke en verkeersknope, kan motors met mekaar en die netwerk interaksie hê om belangrike inligting oor te dra.
Die volgende is die primêre komponente van VANET-tegnologie:
- OBU (boordeenheid): Dit is 'n GPS-gebaseerde opsporingstelsel wat in elke voertuig geplaas word wat hulle in staat stel om met mekaar en met padeenhede (RSU) te kommunikeer. Die OBU is toegerus met verskeie elektroniese komponente, insluitend 'n hulpbronopdragverwerker (RCP), sensortoestelle, en gebruikerskoppelvlakke, om noodsaaklike inligting te bekom. Die primêre doel daarvan is om 'n draadlose netwerk te gebruik om tussen verskeie RSU's en OBU's te kommunikeer.
- Padkant-eenheid (RSU): RSU's is vaste rekenaareenhede wat op presiese punte op strate, parkeerterreine en aansluitings geposisioneer is. Sy hoofdoelwit is om outonome voertuie aan die infrastruktuur te koppel, en dit help ook met voertuiglokalisering. Daarbenewens kan dit gebruik word om 'n voertuig te koppel aan ander RSU's wat verskeie gebruik netwerk topologieë. Boonop is hulle gebruik op omgewingsenergiebronne, insluitend sonkrag.
- Trusted Authority (TA): Dit is 'n liggaam wat elke stap van die VANETs-proses beheer, en verseker dat slegs wettige RSU's en voertuig-OBU's kan registreer en interaksie kan hê. Deur die OBU ID te bevestig en die voertuig te staaf, bied dit sekuriteit. Daarbenewens vind dit skadelike kommunikasie en vreemde gedrag.
VANET's word gebruik vir voertuigkommunikasie, wat V2V-, V2I- en V2X-kommunikasie insluit.
Voertuig 2 Voertuigkommunikasie
Die vermoë vir motors om met mekaar te praat en belangrike inligting oor verkeersopeenhopings, ongelukke en spoedbeperkings uit te ruil, staan bekend as inter-voertuig kommunikasie (IVC).
V2V-kommunikasie kan die netwerk skep deur verskeie nodusse (voertuie) saam te voeg met behulp van 'n maas-topologie, hetsy gedeeltelik of vol.
Hulle word gekategoriseer as enkel-hop (SIVC) of multi-hop (MIVC) stelsels, afhangende van hoeveel hops gebruik word vir inter-voertuig kommunikasie.
Terwyl die MIVC gebruik kan word vir langafstandkommunikasie, soos verkeersmonitering, kan die SIVC gebruik word vir kortafstandtoepassings soos baansamevoeging, ACC, ens.
Talle voordele, insluitend BSD, FCWS, outomatiese noodrem (AEB) en LDWS, word deur V2V-kommunikasie aangebied.
Voertuig 2 Infrastruktuur Kommunikasie
Die motors kan met die RSU's kommunikeer deur 'n proses bekend as pad-tot-voertuig-kommunikasie (RVC). Dit help met die opsporing van parkeermeters, kameras, baanmerkers en verkeersseine.
Ad hoc, draadlose en tweerigtingverbinding tussen die motors en die infrastruktuur.
Vir die administrasie en toesig oor verkeer word die infrastruktuur se data aangewend. Hulle word gebruik om verskeie spoedparameters aan te pas wat die motors in staat stel om brandstofverbruik te maksimeer en verkeersvloei te bestuur.
Die RVC-stelsel kan geskei word in die Sparse RVC (SRVC) en die Ubiquitous RVC, afhangende van die infrastruktuur (URVC).
Die SRVC-stelsel bied slegs kommunikasiedienste by brandpunte, soos om oop parkeerplekke of vulstasies op te spoor, terwyl die URVC-stelsel dekking langs die hele roete bied, selfs teen hoë spoed.
Om netwerkdekking te waarborg, vereis die URVC-stelsel 'n groot belegging.
Voertuig 2 Alles Kommunikasie
Die motor kan via V2X met ander entiteite verbind, insluitend voetgangers, voorwerpe langs die pad, toestelle en die rooster (V2P, V2R en V2D) (V2G).
Deur hierdie soort kommunikasie te gebruik, kan bestuurders vermy om voetgangers, fietsryers en motorfietsryers in gevaar te raak.
Die Pedestrian Collision Warning (PCW)-stelsel kan danksy V2X-kommunikasie die bestuurder van 'n passasier langs die pad waarsku voordat 'n katastrofiese botsing plaasvind.
Om die voetganger belangrike boodskappe te stuur, kan die PCW voordeel trek uit die slimfoon se Bluetooth of Near Field Communication (NFC).
Gevolgtrekking
Die baie tegnologieë wat gebruik word om outonome motors te bou, kan 'n groot impak hê op hoe hulle werk.
Op sy mees basiese ontwikkel die motor 'n kaart van sy omgewing met behulp van 'n reeks sensors wat inligting verskaf oor die roete om hom en ander voertuie in sy pad.
Hierdie data word dan ontleed deur 'n ingewikkelde masjienleerstelsel, wat 'n stel aksies genereer vir die motor om uit te voer. Hierdie gedrag word gereeld verander en bygewerk namate die stelsel meer oor die voertuig se omgewing leer.
Ten spyte van my beste pogings om vir jou 'n oorsig van die outonome voertuigstelsel-argitektuur te bied, is daar baie meer aan die gang agter die skerms.
Ek hoop van harte dat u hierdie kennis waardevol sal vind en daarvan gebruik sal maak.
Lewer Kommentaar