Змест[Схаваць][Паказаць]
Датчыкі і праграмнае забеспячэнне спалучаюцца ў аўтаномных транспартных сродках для навігацыі, кіравання і кіравання рознымі транспартнымі сродкамі, у тым ліку матацыкламі, аўтамабілямі, грузавікамі і беспілотнікамі.
У залежнасці ад таго, як яны былі распрацаваны або спраектаваны, ім можа спатрэбіцца або не спатрэбіцца дапамога кіроўцы.
Цалкам аўтаномныя аўтамабілі могуць бяспечна працаваць без кіроўцаў. Некаторыя, як Waymo ад Google аўтамабіль, не мог мець нават руля.
Часткова аўтаномны транспартны сродак, напрыклад a Цеслы, можа ўзяць на сябе поўны кантроль над аўтамабілем, але можа спатрэбіцца чалавек-кіроўца для дапамогі, калі сістэма сутыкнецца з сумненнямі.
У гэтыя аўтамабілі ўключаны розныя ступені самааўтаматызацыі, ад навядзення паласы руху і дапамогі пры тармажэнні да цалкам незалежных самакіравальных прататыпаў.
Мэта беспілотных аўтамабіляў - знізіць трафік, выкіды і колькасць аварый.
Гэта магчыма таму, што аўтаномныя транспартныя сродкі больш спрытна прытрымліваюцца правілаў дарожнага руху, чым людзі.
Для бесперабойнай язды неабходная пэўная інфармацыя, напрыклад, месцазнаходжанне аўтамабіля або бліжэйшых аб'ектаў, самы кароткі і бяспечны шлях да пункта прызначэння і здольнасць кіраваць сістэмай кіравання.
Вельмі важна разумець, калі і як выконваць неабходныя задачы.
Гэты артыкул ахоплівае шмат пытанняў, у тым ліку архітэктура сістэмы для аўтаномных аўтамабіляў неабходныя кампаненты і спецыяльныя аўтамабільныя сеткі (VANET).
Неабходныя кампаненты, неабходныя для аўтаномнага аўтамабіля
Сучасныя аўтаномныя транспартныя сродкі выкарыстоўваюць розныя датчыкі, у тым ліку камеры, GPS, інерцыяльныя вымяральныя прылады (IMU), гідралакатар, выяўленне лазернага асвятлення і дыяпазон (лідар), радыёвыяўленне і дыяпазон (радар), гукавую навігацыю і дыяпазон (санар) і 3D карты.
Разам гэтыя датчыкі і тэхналогіі аналізуюць даныя ў рэжыме рэальнага часу, каб кантраляваць рулявое кіраванне, паскарэнне і тармажэнне.
Радарныя датчыкі дапамагаюць адсочваць месцазнаходжанне навакольных аўтамабіляў. Падчас паркоўкі машынам дапамагаюць ультрагукавыя датчыкі.
Тэхналогія, вядомая як лідар, была створана з выкарыстаннем абодвух тыпаў датчыкаў. Адбіваючы светлавыя імпульсы ад навакольнага асяроддзя вакол аўтамабіля, лідарныя датчыкі могуць выяўляць краю праезнай часткі і ідэнтыфікаваць паласу руху.
Яны таксама папярэджваюць кіроўцаў аб суседніх перашкодах, такіх як іншыя транспартныя сродкі, пешаходы і веласіпеды.
Памер і адлегласць усяго вакол аўтамабіля вымяраюцца з дапамогай тэхналогіі лідара, якая таксама стварае 3D-карту, якая дазваляе транспартнаму сродку бачыць наваколле і вызначаць любыя рызыкі.
Незалежна ад часу сутак, яркі ён ці змрочны, ён выдатна спраўляецца з запісам інфармацыі пры розных тыпах навакольнага асвятлення.
Аўтамабіль выкарыстоўвае камеры, радар і GPS-антэны разам з лідарам і камерамі для выяўлення наваколля і ідэнтыфікацыі свайго месцазнаходжання.
Камеры правяраюць наяўнасць пешаходаў, байкераў, аўтамабіляў і іншых перашкод, а таксама выяўляюць сігналы святлафора, счытваюць дарожныя знакі і разметку і адсочваюць іншыя транспартныя сродкі.
Тым не менш, ім можа быць цяжка ў цьмяных або цяністых месцах. Аўтаномны транспартны сродак можа бачыць, куды ён едзе, выкарыстоўваючы лідар, радар, камеры, антэны GPS і ультрагукавыя датчыкі, каб нанесці лічбавую карту дарогі перад ім.
Архітэктура сістэмы высокага ўзроўню
Асноўныя датчыкі, выканаўчыя механізмы, абсталяванне і праграмнае забеспячэнне пералічаны ў архітэктуры, якая таксама дэманструе ўвесь механізм або пратакол сувязі ў AV.
Успрыманне
Гэты этап уключае ў сябе вызначэнне месцазнаходжання AV адносна навакольнага асяроддзя і вызначэнне асяроддзя вакол AV з дапамогай розных датчыкаў.
На гэтым этапе AV выкарыстоўвае RADAR, LIDAR, камеру, кінетычныя датчыкі ў рэальным часе (RTK) і іншыя. Модулі распазнання атрымліваюць даныя з гэтых датчыкаў і апрацоўваюць іх пасля перадачы.
У цэлым AV складаецца з сістэмы кіравання, LDWS, TSR, распазнавання невядомых перашкод (UOR), модуля пазіцыянавання і лакалізацыі аўтамабіля (VPL) і інш.
Аб'яднаная інфармацыя пасля апрацоўкі перадаецца на этап прыняцця рашэнняў і планавання.
Рашэнне і планаванне
Рухі і паводзіны AV прымаюцца, плануюцца і кантралююцца на гэтым этапе з дапамогай інфармацыі, атрыманай у працэсе ўспрымання.
На гэтай стадыі, якую мог бы ўяўляць сабой мозг, робяцца выбары адносна такіх рэчаў, як планаванне шляху, прагназаванне дзеянняў, пазбяганне перашкод і г.д.
Выбар заснаваны на інфармацыі, якая даступная цяпер і гістарычна, у тым ліку картографічныя дадзеныя ў рэжыме рэальнага часу, асаблівасці дарожнага руху, тэндэнцыі, інфармацыя пра карыстальнікаў і г.д.
Можа быць модуль часопіса даных, які захоўвае памылкі і дадзеныя для наступнага выкарыстання.
кантроль
Модуль кіравання выконвае аперацыі/дзеянні, звязаныя з фізічным кіраваннем AV, такія як рулявое кіраванне, тармажэнне, паскарэнне і г.д., пасля атрымання інфармацыі ад модуля прыняцця рашэнняў і планавання.
Шасі
Апошні этап уключае ўзаемадзеянне з механічнымі часткамі, прымацаванымі да шасі, такімі як рухавік рэдуктар, рухавік рулявога кола, рухавік педалі тормазу і рухавікі педаляў для акселератара і тормазу.
Модуль кіравання сігналізуе і кіруе ўсімі гэтымі кампанентамі.
Зараз мы пагаворым пра агульную сувязь AV, перш чым пагаворым аб канструкцыі, працы і выкарыстанні розных ключавых датчыкаў.
RADAR
У AV, РАДары выкарыстоўваюцца для сканавання навакольнага асяроддзя, каб знайсці і вызначыць месцазнаходжанне аўтамабіляў і іншых аб'ектаў.
РЛС часта выкарыстоўваюцца як у ваенных, так і ў грамадзянскіх мэтах, такіх як аэрапорты або метэаралагічныя сістэмы, і яны працуюць у спектры міліметровых хваль (мм).
У сучасных аўтамабілях выкарыстоўваюцца розныя дыяпазоны частот, у тым ліку 24, 60, 77 і 79 Ггц, якія маюць дыяпазон вымярэнняў ад 5 да 200 м [10].
Шляхам вылічэння ToF паміж перададзеным сігналам і зваротным рэха вызначаецца адлегласць паміж AV і аб'ектам.
У AV, RADAR выкарыстоўвае шэраг мікра-антэн, якія ствараюць набор пялёсткаў для павышэння дазволу далёкасці і ідэнтыфікацыі некалькіх мэтаў. Мм-Wave RADAR можа дакладна ацэньваць аб'екты блізкай адлегласці ў любым кірунку, выкарыстоўваючы дысперсію доплераўскага зруху з-за яго падвышанай пранікальнай здольнасці і большай прапускной здольнасці.
Паколькі радыёлакатары mm-Wave маюць вялікую даўжыню хвалі, яны маюць магчымасці супрацьстаяць блакіроўцы і забруджванню, што дазваляе ім працаваць у дождж, снег, туман і пры слабым асвятленні.
Акрамя таго, доплераўскі зрух можа быць выкарыстаны для разліку адноснай хуткасці з дапамогай радараў мм-хваляў. Дзякуючы сваім магчымасцям радары з міліметровымі хвалямі добра падыходзяць для шырокага спектру прымянення AV, уключаючы выяўленне перашкод і распазнаванне пешаходаў і транспартных сродкаў.
Ультрагукавыя датчыкі
Гэтыя датчыкі працуюць у дыяпазоне 20–40 кГц і выкарыстоўваюць ультрагукавыя хвалі. Магнітарэзістыўная мембрана, якая выкарыстоўваецца для вымярэння адлегласці да аб'екта, стварае гэтыя хвалі.
Шляхам вылічэння часу пралёту (ToF) выпраменьванай хвалі да рэха-сігналу вызначаецца адлегласць. Тыповы дыяпазон ультрагукавых датчыкаў складае менш за 3 метры.
Выхад датчыка абнаўляецца кожныя 20 мс, што не дазваляе яму адпавядаць строгім патрабаванням QoS ITS. Гэтыя датчыкі маюць адносна невялікую далёкасць выяўлення прамяня і накіраваны.
Такім чынам, каб атрымаць поўнае поле зроку, патрабуецца мноства датчыкаў. Аднак многія датчыкі будуць узаемадзейнічаць і могуць прывесці да значных недакладнасцей дыяпазону.
LiDAR
У LiDAR выкарыстоўваюцца спектры 905 і 1550 нм. Паколькі чалавечае вока ўспрымальна да пашкоджання сятчаткі ў дыяпазоне 905 нм, сучасны LiDAR працуе ў дыяпазоне 1550 нм, каб паменшыць пашкоджанне сятчаткі.
Да 200 метраў - гэта максімальны працоўны дыяпазон LiDAR. Цвёрдацельны, 2D і 3D LiDAR - гэта розныя падкатэгорыі LiDAR.
Адзін лазерны прамень рассейваецца па люстэрку, якое хутка круціцца ў 2D LiDAR. Размясціўшы некалькі лазераў на капсуле, 3D LiDAR можа атрымаць 3D карціну наваколля.
Было прадэманстравана, што прыдарожная сістэма LiDAR зніжае колькасць сутыкненняў транспартнага сродку з пешаходам (V2P) як у зонах скрыжаванняў, так і ў зонах без іх.
У ім выкарыстоўваецца 16-лінейная сістэма LiDAR, якая працуе ў рэжыме рэальнага часу і мае вылічальную эфектыўнасць.
Прапануецца выкарыстоўваць глыбокі штучны аўтакадавальнік нейронных сеткі (DA-ANN), які дасягае дакладнасці 95% на адлегласці 30 м.
У ім дэманструецца, як алгарытм на аснове машыны апорных вектараў (SVM) у спалучэнні з 64-радковым 3D LiDAR можа палепшыць распазнаванне пешаходаў.
Нягледзячы на лепшую дакладнасць вымярэнняў і 3D-бачанне, чым радар мм-хваляў, LiDAR горш працуе ў неспрыяльнае надвор'е, у тым ліку ў туман, снег і дождж.
Фотакамеры
У залежнасці ад даўжыні хвалі прылады, камера ў AV можа працаваць як з інфрачырвоным, так і з бачным святлом.
У камеры (CMOS) выкарыстоўваюцца прылада з зарадавай сувяззю (ПЗС) і дадатковыя датчыкі выявы метал-аксід-паўправаднік (CMOS).
У залежнасці ад якасці аб'ектыва, максімальная далёкасць камеры складае каля 250 м. Тры паласы, якія выкарыстоўваюцца бачнымі камерамі — чырвоны, зялёны і сіні — падзяляюцца той жа даўжынёй хвалі, што і чалавечае вока, або 400–780 нм (RGB).
Дзве камеры VIS спалучаюцца з устаноўленымі фокуснымі адлегласцямі для стварэння новага канала, які змяшчае інфармацыю аб глыбіні (D), што дазваляе ствараць стэрэаскапічнае бачанне.
Дзякуючы гэтай магчымасці з дапамогай камеры (RGB-D) можна атрымаць 3D-выгляд вобласці вакол аўтамабіля.
Пасіўныя датчыкі з даўжынёй хвалі ад 780 нм да 1 мм выкарыстоўваюцца інфрачырвонай (ВК) камерай. У пікавым асвятленні ВК-датчыкі ў AV забяспечваюць візуальны кантроль.
Гэтая камера дапамагае AV з распазнаваннем аб'ектаў, кантролем бакавога агляду, запісам аварый і BSD. Аднак пры неспрыяльным надвор'і, такім як снег, туман і змяненне ўмоў асветленасці, характарыстыкі камеры змяняюцца.
Асноўныя перавагі камеры - яе здольнасць дакладна збіраць і запісваць тэкстуру, размеркаванне колеру і форму навакольнага асяроддзя.
Глабальная навігацыйная спадарожнікавая сістэма і глабальная сістэма пазіцыянавання, інерцыяльны вымяральны блок
Гэтая тэхналогія дапамагае AV у навігацыі, вызначаючы яго дакладнае месцазнаходжанне. Група спадарожнікаў на арбіце вакол паверхні планеты выкарыстоўваецца GNSS для лакалізацыі.
Сістэма захоўвае даныя пра месцазнаходжанне AV, хуткасць і дакладны час.
Ён працуе шляхам вызначэння ToF паміж атрыманым сігналам і выпраменьваннем спадарожніка. Каардынаты глабальнай сістэмы пазіцыянавання (GPS) часта выкарыстоўваюцца для вызначэння месцазнаходжання AV.
Каардынаты, атрыманыя з дапамогай GPS, не заўсёды дакладныя, і яны звычайна дадаюць пазіцыйную памылку з сярэднім значэннем 3 м і стандартнай варыяцыяй 1 м.
У мегаполісе прадукцыйнасць яшчэ больш пагаршаецца з памылкай вызначэння месцазнаходжання да 20 м, а ў некаторых цяжкіх умовах памылка месцазнаходжання GPS складае прыблізна 100 м.
Акрамя таго, AVs можа выкарыстоўваць сістэму RTK для дакладнага вызначэння становішча аўтамабіля.
У AV, становішча і кірунак транспартнага сродку таксама могуць быць вызначаны з дапамогай мёртвага разліку (DR) і інерцыйнага становішча.
Датчык зліцця
Для правільнага кіравання і бяспекі транспартнага сродку AV павінны атрымліваць дакладныя веды ў рэжыме рэальнага часу аб месцазнаходжанні, стане і іншых фактарах транспартнага сродку, такіх як вага, стабільнасць, хуткасць і г.д.
Гэтая інфармацыя павінна быць сабрана AV з выкарыстаннем розных датчыкаў.
Аб'ядноўваючы дадзеныя, атрыманыя з некалькіх датчыкаў, тэхніка аб'яднання датчыкаў выкарыстоўваецца для атрымання кагерэнтнай інфармацыі.
Метад дазваляе сінтэз неапрацаваных даных, атрыманых з дадатковых крыніц.
У выніку аб'яднанне датчыкаў дазваляе AV дакладна разумець наваколле шляхам аб'яднання ўсіх карысных даных, сабраных з розных датчыкаў.
Розныя тыпы алгарытмаў, у тым ліку фільтры Калмана і байесовские фільтры, выкарыстоўваюцца для ажыццяўлення працэсу зліцця ў AV.
Паколькі ён выкарыстоўваецца ў некалькіх прыкладаннях, у тым ліку ў РАДАРным сачэнні, спадарожнікавых навігацыйных сістэмах і аптычнай одометрии, фільтр Калмана разглядаецца як вельмі важны для аўтаномнай працы аўтамабіля.
Аўтамабільныя спецыяльныя сеткі (VANET)
VANET - гэта новы падклас мабільных спецыяльных сетак, якія могуць спантанна ствараць сетку мабільных прылад/транспартных сродкаў. З дапамогай VANET магчымая сувязь паміж транспартным сродкам (V2V) і транспартным сродкам з інфраструктурай (V2I).
Асноўная мэта такой тэхналогіі - павышэнне бяспекі дарожнага руху; напрыклад, у небяспечных сітуацыях, такіх як аварыі і заторы, аўтамабілі могуць узаемадзейнічаць адзін з адным і сеткай для перадачы важнай інфармацыі.
Наступныя асноўныя кампаненты тэхналогіі VANET:
- OBU (бартавая прылада): гэта сістэма сачэння на аснове GPS, размешчаная ў кожным аўтамабілі, якая дазваляе ім узаемадзейнічаць адзін з адным і з прыдарожнымі прыладамі (RSU). OBU абсталяваны некалькімі электроннымі кампанентамі, у тым ліку камандным працэсарам рэсурсаў (RCP), датчыкамі і карыстацкія інтэрфейсы, каб атрымаць важную інфармацыю. Яго асноўная мэта - выкарыстоўваць бесправадную сетку для сувязі паміж некалькімі RSU і OBU.
- Прыдарожны блок (RSU): RSU - гэта стацыянарныя кампутарныя блокі, якія размяшчаюцца ў дакладных кропках на вуліцах, паркоўках і скрыжаваннях. Яго галоўная мэта - звязаць аўтаномныя транспартныя сродкі з інфраструктурай, а таксама дапамагае ў лакалізацыі транспартных сродкаў. Акрамя таго, ён можа быць выкарыстаны для сувязі транспартнага сродку з іншымі RSU, выкарыстоўваючы розныя тапалогіі сеткі. Акрамя таго, яны працуюць на навакольных крыніцах энергіі, уключаючы сонечную.
- Давераны орган (TA): Гэта орган, які кантралюе кожны этап працэсу VANET, гарантуючы, што толькі законныя RSU і OBU аўтамабіляў могуць рэгістравацца і ўзаемадзейнічаць. Пацвярджаючы ідэнтыфікатар OBU і аўтэнтыфікацыю транспартнага сродку, ён забяспечвае бяспеку. Акрамя таго, ён знаходзіць шкодныя зносіны і дзіўныя паводзіны.
VANET выкарыстоўваюцца для аўтамабільнай сувязі, якая ўключае сувязь V2V, V2I і V2X.
Vehicle 2 Vehicle Communication
Здольнасць аўтамабіляў размаўляць адзін з адным і абменьвацца важнай інфармацыяй аб заторах, аварыях і абмежаваннях хуткасці вядома як сувязь паміж транспартнымі сродкамі (IVC).
Камунікацыя V2V можа стварыць сетку шляхам аб'яднання розных вузлоў (транспартных сродкаў) з выкарыстаннем тапалогіі сеткі, частковай або поўнай.
Яны класіфікуюцца як сістэмы з адным пераходам (SIVC) або сістэмамі з некалькімі пераходамі (MIVC) у залежнасці ад таго, колькі пераходаў выкарыстоўваецца для сувязі паміж транспартнымі сродкамі.
У той час як MIVC можа быць выкарыстаны для сувязі на вялікіх адлегласцях, такіх як маніторынг дарожнага руху, SIVC можа быць выкарыстаны для прыкладанняў блізкага радыусу дзеяння, такіх як аб'яднанне палос, ACC і г.д.
Шматлікія перавагі, у тым ліку BSD, FCWS, аўтаматызаванае экстранае тармажэнне (AEB) і LDWS, прапануюцца праз сувязь V2V.
Vehicle 2 Інфраструктура сувязі
Аўтамабілі могуць звязвацца з RSU з дапамогай працэсу, вядомага як сувязь ад дарогі да аўтамабіля (RVC). Гэта дапамагае ў выяўленні паркоматаў, камер, палос і сігналаў святлафора.
Спецыяльнае, бесправадное і двухнакіраванае злучэнне паміж аўтамабілямі і інфраструктурай.
Для кіравання і кантролю трафіку выкарыстоўваюцца даныя інфраструктуры. Яны выкарыстоўваюцца для рэгулявання розных параметраў хуткасці, якія дазваляюць аўтамабілям максімальна эканоміць паліва і кіраваць патокам руху.
Сістэму RVC можна падзяліць на разрэджаную RVC (SRVC) і паўсюдную RVC у залежнасці ад інфраструктуры (URVC).
Сістэма SRVC прапануе паслугі сувязі толькі ў гарачых кропках, напрыклад, для пошуку адкрытых парковак або аўтазаправачных станцый, тады як сістэма URVC забяспечвае пакрыццё па ўсім маршруце, нават на высокіх хуткасцях.
Каб гарантаваць пакрыццё сеткі, сістэма URVC патрабуе вялікіх інвестыцый.
Vehicle 2 Усё, камунікацыя
Аўтамабіль можа звязвацца з іншымі аб'ектамі праз V2X, у тым ліку з пешаходамі, прыдарожнымі аб'ектамі, прыладамі і сеткай (V2P, V2R і V2D) (V2G).
Выкарыстоўваючы гэты від сувязі, вадзіцелі могуць пазбегнуць наезду на пешаходаў, веласіпедыстаў і матацыклістаў, якія ўваходзяць у групу рызыкі.
Сістэма папярэджання аб сутыкненні з пешаходам (PCW) можа папярэдзіць кіроўцу аб пасажыры на дарозе да таго, як адбудзецца катастрафічнае сутыкненне дзякуючы сувязі V2X.
Каб адправіць пешаходам важныя паведамленні, PCW можа скарыстацца перавагамі Bluetooth смартфона або сувязі блізкага поля (NFC).
заключэнне
Мноства тэхналогій, якія выкарыстоўваюцца для стварэння аўтаномных аўтамабіляў, могуць аказаць вялікі ўплыў на іх працу.
У самым простым выглядзе аўтамабіль стварае карту наваколля з дапамогай шэрагу датчыкаў, якія прадастаўляюць інфармацыю аб маршруце вакол яго і іншых транспартных сродках на яго шляху.
Затым гэтыя даныя аналізуюцца складанай сістэмай машыннага навучання, якая стварае набор дзеянняў, якія аўтамабіль павінен выканаць. Гэтыя паводзіны рэгулярна змяняюцца і абнаўляюцца па меры таго, як сістэма даведваецца больш пра наваколле аўтамабіля.
Нягледзячы на мае ўсе намаганні, каб прадставіць вам агляд архітэктуры сістэмы аўтаномнага транспартнага сродку, за кадрам адбываецца яшчэ шмат чаго.
Я шчыра спадзяюся, што вы знойдзеце гэтыя веды каштоўнымі і скарыстаецеся імі.
Пакінуць каментар