Table di cuntinutu[Piattà][Mostra]
I sensori è u software sò cumminati in veiculi autonomi per navigà, guidà è operà una varietà di veiculi, cumprese motociclette, automobili, camioni è droni.
Sicondu cumu sò stati sviluppati o cuncepiti, puderanu o micca bisognu di l'assistenza di u driver.
E vitture completamente autonome ponu operare in modu sicuru senza cunduttori umani. Certi, cum'è Waymo di Google automobile, ùn pudia mancu avè un volante.
Un veiculu parzialmente autonomu, cum'è a Tesla, pò assume u cuntrollu cumpletu di u veiculu, ma pò avè bisognu di un cunduttore umanu per aiutà se u sistema si mette in dubbitu.
Diversi gradi di autoautomatizazione sò inclusi in queste vitture, da a guida di corsia è l'aiutu di frenu à i prototipi completamente indipendenti, autoguidati.
L'obiettivu di l'automobile senza cunduttore hè di riduce u trafficu, l'emissioni è i tassi d'accidenti.
Questu hè pussibule perchè i veiculi autonomi sò più abili à aderisce à i reguli di trafficu cà e persone.
Per una guida liscia, certa infurmazione hè necessaria, cum'è u locu di a vittura o qualsiasi ughjettu vicinu, u percorsu più curtu è sicuru à a destinazione, è a capacità di uperà u sistema di guida.
Hè cruciale per capiscenu quandu è cumu fà i travaglii necessarii.
Stu articulu hà da copre assai di terra, cumpresi i architettura di u sistema per vitture autonome, cumpunenti necessarii, è rete veiculi ad hoc (VANET).
Cumpunenti necessarii necessarii per u Veiculu Autònumu
I veiculi autonomi d'oghje impieganu una varietà di sensori, cumprese fotocamere, GPS, unità di misura inerziali (IMU), sonar, rilevazione è distanza di illuminazione laser (lidar), rilevazione è distanza di radiu (radar), navigazione sonora è distanza (sonar), è carte 3D.
Inseme, sti sensori è tecnulugia analizanu e dati in tempu reale per cuntrullà a direzione, l'accelerazione è u frenu.
I sensori radar aiutanu à seguità u locu di e vitture circundante. I veiculi sò aiutati cù sensori ultrasonici durante u parcheghju.
Una tecnulugia cunnisciuta cum'è lidar hè stata creata utilizendu i dui tipi di sensori. Riflettendu impulsi di luce fora di l'ambiente intornu à l'automobile, i sensori lidar ponu detectà i margini di e strade è identificà i marcatori di corsia.
Questi avvisanu ancu i cunduttori di impedimenti adiacenti, cum'è altri veiculi, pedoni è bicicletta.
A dimensione è a distanza di tuttu u circondu di a vittura sò misurati cù a tecnulugia lidar, chì crea ancu una mappa 3D chì permette à u veiculu di vede u so circondu è identificà qualsiasi risichi.
Indipendentemente da l'ora di u ghjornu, ch'ella sia luminosa o lugubre, faci un travagliu superbu di registrà l'infurmazioni in diversi tipi di luce ambientale.
L'automobile usa camere, radar è antenne GPS, inseme cù lidar è camere, per detectà u circondu è identificà u so locu.
E camere cuntrollanu i pedoni, i ciclisti, l'automobile è altri impedimenti mentre rilevanu ancu i signali di trafficu, leghjendu i segni è i marcati stradali, è seguitendu a traccia di altri veiculi.
Tuttavia, puderianu avè un tempu duru in spazii scuri o ombre. Un veiculu autonomu pò vede induve anda cù una mistura di lidar, radar, camere, antenne GPS è sensori ultrasonici per cartografia a strada davanti à ellu in digitale.
Architettura di sistema di altu livellu
I sensori essenziali, l'attuatori, l'hardware è u software sò listati in l'architettura, chì mostra ancu tuttu u mecanismu di cumunicazione o protokollu in AV.
Bitalza
Questa tappa comprende l'identificazione di u locu di l'AV in relazione à l'ambiente è a sensazione di l'ambiente intornu à l'AV utilizendu una varietà di sensori.
L'AV usa RADAR, LIDAR, camera, cinetica in tempu reale (RTK), è altri sensori in questu passu. I moduli di ricunniscenza ricevenu e dati da questi sensori è u processanu dopu avè passatu.
In generale, l'AV hè custituitu da un sistema di cuntrollu, LDWS, TSR, ricunniscenza d'ostaculi scunnisciuti (UOR), un modulu di posizionamentu è localizazione di veiculi (VPL), etc.
L'infurmazione cumminata hè datu à u stadiu di a decisione è a pianificazione dopu à esse processatu.
Decisione è pianificazione
I muvimenti è u cumpurtamentu di l'AV sò decisi, pianificati è cuntrullati in questu passu cù l'infurmazioni ricevuti durante u prucessu di percepzioni.
Questa tappa, chì u cervellu rapprisenta, hè induve e scelte sò fatte nantu à cose cum'è a pianificazione di u percorsu, a previsione di l'azzione, l'evitazione di l'ostaculi, etc.
L'scelta hè basatu annantu à l'infurmazioni chì sò oghji è storicu accessibile, cumprese dati di carte in tempu reale, specificità di u trafficu, tendenzi, infurmazione d'utilizatori, etc.
Puderia esse un modulu di log di dati chì mantene a traccia di i sbagli è e dati per un usu dopu.
cuntrollu
U modulu di cuntrollu eseguisce operazioni / azzioni relative à u cuntrollu fisicu di l'AV, cum'è a guida, u frenu, l'accelerazione, etc. dopu avè ricevutu infurmazioni da u modulu di decisione è pianificazione.
châssis
L'ultimu passu implica l'interazzione cù e parti meccaniche appiccicate à u chassis, cum'è u mutore d'ingranaggio, u mutore di u volante, u mutore di pedale di frenu è i motori di pedale per l'acceleratore è u frenu.
U modulu di cuntrollu signala è gestisce tutti questi cumpunenti.
Avà parlemu di a cumunicazione generale di un AV prima di parlà di u disignu, u funziunamentu è l'usu di diversi sensori chjave.
RADAR
In l'AV, i RADAR sò usati per scansà l'ambiente per truvà è situà l'automobile è altri oggetti.
I RADAR sò spessu impiegati in scopi militari è civili, cum'è aeroporti o sistemi meteorologichi, è operanu in u spettru d'onda millimetrica (mm-Wave).
Diverse bande di freccia, cumprese 24, 60, 77 è 79 GHz, sò aduprate in l'automobile cuntempuranee è anu un intervallu di misurazione da 5 à 200 m [10].
Per calculà u ToF trà u signale trasmessu è l'eco riturnatu, a distanza trà l'AV è l'ughjettu hè determinata.
In AV, i RADAR impieganu una serie di micro-antenne chì creanu una cullizzioni di lobi per rinfurzà a risuluzione di a gamma è l'identificazione di più target. mm-Wave RADAR pò valutà precisamente l'uggetti ravvicinati in ogni direzzione utilizendu a varianza in u cambiamentu Doppler per via di a so penetrabilità aumentata è di una larghezza di banda più grande.
Siccomu i radar mm-Wave anu una lunghezza d'onda più longa, presentanu capacità anti-blocking è anti-inquinamentu chì li permettenu di funziunà in pioggia, neve, nebbia è poca luce.
Inoltre, u shift Doppler pò esse usatu per calculà a velocità relativa via radar mm-Wave. Per via di a so capacità, i radar mm-Wave sò adattati per una larga gamma di applicazioni AV, cumprese a rilevazione di l'ostaculi, è a ricunniscenza di i pedoni è di i veiculi.
Sensori ultrasonici
Questi sensori funzionanu in a gamma 20-40 kHz è impieganu onde ultrasoniche. Una membrana magneto-resistiva chì hè usata per calibre a distanza di l'ughjettu produce queste onde.
Per calculà u tempu di volu (ToF) di l'onda emessa à u signale eco, a distanza hè determinata. A gamma tipica di sensori ultrasonici hè menu di 3 metri.
L'output di u sensoru hè rinfrescatu ogni 20 ms, chì impedisce di cunfurmà cù i rigorosi requisiti QoS di l'ITS. Questi sensori anu un intervallu di rilevazione di fasciu relativamente chjucu è sò diretti.
Dunque, per ottene una visione di u campu pienu, numerosi sensori sò necessarii. Tuttavia, parechji sensori interagisceranu è ponu risultatu in imprecisioni di gamma significativa.
LiDAR
I spettri di 905 è 1550 nm sò usati in LiDAR. Siccomu l'ochju umanu hè suscettibile à i danni di a retina da a gamma di 905 nm, l'attuale LiDAR opera in a banda di 1550 nm per riduce u dannu di a retina.
Finu à 200 metri hè a gamma massima di travagliu di LiDAR. LiDAR à stati solidi, 2D è 3D sò e diverse sottocategorie di LiDAR.
Un unicu fasciu laser hè spargugliatu annantu à un specchiu chì gira rapidamente in un LiDAR 2D. Ponendu parechji lasers nantu à u pod, un LiDAR 3D pò acquistà una stampa 3D di l'ambienti.
Hè statu dimustratu chì un sistema LiDAR stradale riduce u numeru di scontri di veiculi à pedoni (V2P) in e zone intersectionali è non intersectionali.
Impiega un sistema LiDAR di 16-line, in tempu reale, efficaci computazionale.
Hè cunsigliatu à aduprà un prufonda auto-encoder artificiale reta neurale (DA-ANN), chì ottene una precisione di 95% in una distanza di 30 m.
In, hè dimustratu cumu un algoritmu basatu nantu à a macchina di supportu (SVM) cumminatu cù un LiDAR 64D di 3 linee pò rinfurzà a ricunniscenza di i pedoni.
Malgradu avè una precisione di misurazione megliu è una visione 3D cà un radar mm-Wave, LiDAR funziona menu bè in u clima avversu cumpresi nebbia, neve è pioggia.
Parrucchieri
Sicondu a lunghezza d'onda di u dispusitivu, a camera in AV pò esse basata in infrarossi o in luce visibile.
Dispositivi accoppiati à carica (CCD) è sensori d'imaghjini cumplementarii di l'ossidu di metallu-semiconductor (CMOS) sò usati in a camera (CMOS).
Sicondu a qualità di a lente, a distanza massima di a camera hè di circa 250 m. E trè bande usate da e camere visibili - Rossu, Verde è Blu - sò siparati da a stessa lunghezza d'onda cum'è l'ochju umanu, o 400-780 nm (RGB).
Dui camere VIS sò accumpagnate cù lunghe focali stabilite per creà un novu canale chì cuntene infurmazione di prufundità (D), chì permette a creazione di visione stereoscopica.
Una vista 3D di l'area circundante u veiculu pò esse ottenuta grazia à sta capacità via a camera (RGB-D).
Sensori passivi chì anu una lunghezza d'onda trà 780 nm è 1 mm sò usati da a camera infrared (IR). In l'illuminazione di punta, i sensori IR in AV offre un cuntrollu visuale.
Questa camera aiuta l'AV cù ricunniscenza di l'ughjettu, cuntrollu di vista laterale, registrazione d'accidenti è BSD. In ogni casu, in u clima avversu, cum'è a neve, a nebbia è e cundizioni di luce cambiante, u rendiment di a camera cambia.
I benefici primari di una camera sò a so capacità di riunisce è registrà precisamente a struttura, a distribuzione di u culore è a forma di l'ambiente.
Sistema di Satellite di Navigazione Globale è Sistema di Posizionamentu Globale, Unità di Misura Inerziale
Sta tecnulugia aiuta l'AV à navigà, indicà a so locu precisa. Un gruppu di satelliti in orbita intornu à a superficia di u pianeta sò utilizati da GNSS per localizà.
U sistema almacena dati nantu à u locu di l'AV, a velocità è u tempu precisu.
Funziona per calculà u ToF trà u signale ricevutu è l'emissione di u satellitu. U Sistema di Posizionamentu Globale (GPS) coordenate sò spessu usati per ottene u locu AV.
E coordenate estratte da GPS ùn sò micca sempre precise, è tipicamente aghjunghjenu un errore di pusizioni cù un valore mediu di 3 m è una variazione standard di 1 m.
In situazioni metropolitane, u funziunamentu hè più deterioratu, cù un errore in u locu di finu à 20 m, è in certi circustanze severi, l'errore di pusizione GPS hè di circa 100 m.
Inoltre, AV ponu impiegà u sistema RTK per determinà precisamente a pusizione di u veiculu.
In l'AV, a pusizione è a direzzione di u veiculu pò ancu esse determinate utilizendu a dead reckoning (DR) è a pusizione inerziale.
Sensor Fusion
Per una gestione curretta è a sicurità di i veiculi, l'AV deve avè una cunniscenza precisa è in tempu reale di u locu, u statutu è altri fattori di u veiculu cum'è u pesu, a stabilità, a velocità, etc.
Questa informazione deve esse riunita da l'AV utilizendu una varietà di sensori.
Uniscendu i dati acquistati da parechji sensori, a tecnica di fusione di sensori hè aduprata per pruduce informazioni coerenti.
U metudu permette a sintesi di dati micca processati acquistati da fonti cumplementarii.
In u risultatu, a fusione di sensori permette à l'AV di capisce accuratamente u so circondu unendu tutte e dati utili raccolti da diversi sensori.
Diversi tipi di algoritmi, cumpresi i filtri Kalman è i filtri Bayesiani, sò usati per fà u prucessu di fusione in AV.
Perchè hè utilizatu in parechje applicazioni, cumprese u seguimentu RADAR, i sistemi di navigazione satellitari è l'odometria ottica, u filtru Kalman hè cunsideratu cruciale per un veiculu per operare in modu autonomu.
Reti Vehicular Ad-Hoc (VANETs)
I VANET sò una nova subclasse di rete mobile ad hoc chì ponu spontaneamente creà una reta di i dispositi mobili / veiculi. A cumunicazione Vehicle-to-vehicle (V2V) è vehicle-to-infrastructure (V2I) hè pussibule cù VANETs.
U scopu primariu di tali tecnulugia hè di aumentà a sicurità stradale; per esempiu, in situazione periculosa, cum'è accidenti è cunfittura di trafficu, vitture ponu interagisce cù l'altri è a reta per trasmette infurmazioni cruciali.
I seguenti sò i cumpunenti primari di a tecnulugia VANET:
- OBU (unità di bordu): Hè un sistema di tracciamentu basatu in GPS situatu in ogni veiculu chì li permette di interagisce cù l'altri è cù unità di strada (RSU). L'OBU hè equipatu cù parechji cumpunenti elettronichi, cumpresu un processore di cumandamentu di risorse (RCP), dispositivi sensori, è interfacce d'utilizatore, pè ottene infurmazione essenziale. U so scopu primariu hè di utilizà una rete wireless per cumunicà trà parechje RSU è OBU.
- Unità stradale (RSU): I RSU sò unità di computer fissi chì sò posizionati in punti precisi in strade, parcheggi è junctions. U so scopu principale hè di ligà i veiculi autonomi à l'infrastruttura, è aiuta ancu à a localizazione di i veiculi. Inoltre, pò esse adupratu per ligà un veiculu à altre RSU chì utilizanu diverse topologies di rete. Inoltre, sò stati gestiti da fonti di energia ambientale cumpresa l'energia solare.
- Trusted Authority (TA): Hè un corpu chì cuntrolla ogni passu di u prucessu VANET, assicurendu chì solu RSU legittimi è OBU di veiculi ponu registrà è interagisce. Cunfirmendu l'ID OBU è autentificà u veiculu, offre a sicurità. Inoltre, trova cumunicazioni dannosi è cumpurtamentu stranu.
I VANET sò usati per a cumunicazione veiculi, chì include a cumunicazione V2V, V2I è V2X.
Vehicle 2 Vehicle Communication
A capacità di l'automobile di parlà cun l'altru è scambià infurmazioni cruciali riguardanti a congestione di u trafficu, l'accidenti è e restrizioni di velocità hè cunnisciuta cum'è cumunicazione inter-vehicle (IVC).
A cumunicazione V2V pò creà a reta unendu diversi nodi (Vehicles) inseme usendu una topologia di maglia, parziale o piena.
Sò categurizzati cum'è sistemi di unicu hop (SIVC) o multi-hop (MIVC) secondu quantu hop sò usati per a cumunicazione inter-vehicle.
Mentre chì u MIVC pò esse utilizatu per a cumunicazione à longu andà, cum'è u monitoraghju di u trafficu, u SIVC pò esse usatu per l'applicazioni à corta distanza cum'è a fusione di corsia, ACC, etc.
Numerosi benefici, cumprese BSD, FCWS, frenu d'emergenza automatizatu (AEB) è LDWS, sò offerti per via di a cumunicazione V2V.
Veiculu 2 Comunicazione Infrastruttura
L'automobile ponu cumunicà cù l'RSU per mezu di un prucessu chjamatu cumunicazione stradale à veiculu (RVC). Aiuta à a rilevazione di parchimetri, camere, marcatori di corsia è signali di trafficu.
Cunnessione ad hoc, wireless è bidirezionale trà e vitture è l'infrastruttura.
Per l'amministrazione è a vigilazione di u trafficu, i dati di l'infrastruttura sò impiegati. Sò usati per aghjustà diversi paràmetri di velocità chì permettenu à e vitture di maximizà l'economia di carburante è di gestisce u flussu di trafficu.
U sistema RVC pò esse separatu in u Sparse RVC (SRVC) è u Ubiquitous RVC secondu l'infrastruttura (URVC).
U sistema SRVC offre solu servizii di cumunicazione in hotspots, cum'è per localizà parcheggi aperti o stazioni di benzina, mentre chì u sistema URVC offre una copertura per tutta a strada, ancu à alta velocità.
Per assicurà a cobertura di a rete, u sistema URVC necessita un grande investimentu.
Veiculu 2 Tuttu Comunicazione
A vittura pò cunnette cù altre entità via V2X, cumpresi i pedoni, l'uggetti di strada, i dispositi, è a Griglia (V2P, V2R è V2D) (V2G).
Utilizendu stu tipu di cumunicazione, i cunduttori ponu evità di chjappà i pedoni à risicu, i ciclisti è i motociclisti.
U sistema Pedestrian Collision Warning (PCW) pò avvistà u cunduttore di un passageru di strada prima chì una collisione catastròfica si faci grazia à a cumunicazione V2X.
Per invià i missaghji impurtanti di i pedoni, u PCW pò prufittà di u Bluetooth di u smartphone o di a Comunicazione Near Field (NFC).
cunchiusioni
E parechje tecnulugia utilizzate per custruisce vitture autonome ponu avè un grande impattu nantu à cumu operanu.
À a so più basica, a vittura sviluppa una mappa di u so circondu utilizendu una serie di sensori chì furnisce infurmazioni nantu à a strada intornu è altri veiculi in u so percorsu.
Queste dati sò poi analizati da un sistema cumplicatu di l'apprendimentu di a macchina, chì genera un inseme d'azzioni per a vittura per eseguisce. Questi cumpurtamenti sò regularmente alterati è aghjurnati cum'è u sistema ampara più nantu à l'ambienti di u veiculu.
Malgradu i mo migliori sforzi per presentà vi una panoramica di l'architettura di u sistema di u veiculu autonomu, ci hè assai più in daretu à e scene.
Spergu sinceramente chì truverete sta cunniscenza preziosa è l'utilizate.
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