Efnisyfirlit[Fela][Sýna]
Skynjarar og hugbúnaður eru sameinaðir í sjálfstýrðum ökutækjum til að sigla, stýra og stjórna ýmsum farartækjum, þar á meðal mótorhjólum, bifreiðum, vörubílum og drónum.
Það fer eftir því hvernig þau voru þróuð eða hönnuð, þau gætu þurft aðstoð ökumanns eða ekki.
Alveg sjálfstæðir bílar geta keyrt á öruggan hátt án mannlegra ökumanna. Sumir, eins og Waymo frá Google bifreið, gat ekki einu sinni verið með stýri.
Sjálfstætt ökutæki að hluta, eins og a Tesla, getur tekið fulla stjórn á ökutækinu en gæti þurft mannlegan ökumann til að aðstoða ef kerfið lendir í vafa.
Mismunandi stig sjálfvirkni eru í þessum bílum, allt frá akreinarleiðsögn og hemlunarhjálp til fullkomlega sjálfstæðra sjálfkeyrandi frumgerða.
Markmið ökumannslausra bíla er að lækka umferð, útblástur og slysatíðni.
Þetta er mögulegt vegna þess að sjálfkeyrandi ökutæki eru færari í að fylgja umferðarreglum en fólk.
Til að keyra hnökralaust eru ákveðnar upplýsingar nauðsynlegar, svo sem staðsetningu bílsins eða nálægra hluta, stystu og öruggustu leiðina á áfangastað og getu til að stjórna aksturskerfinu.
Það er mikilvægt að skilja hvenær og hvernig á að framkvæma nauðsynleg verkefni.
Þessi grein mun fjalla um margt, þar á meðal kerfisarkitektúr fyrir sjálfstýrða bíla, nauðsynlega íhluti og ökutækiskerfi (VANET).
Nauðsynlegir íhlutir sem krafist er fyrir sjálfstætt ökutæki
Sjálfstýrð ökutæki nútímans nota margs konar skynjara, þar á meðal myndavélar, GPS, tregðumælingareiningar (IMUs), sónar, leysigeislunarskynjun og drægni (lidar), útvarpsskynjun og fjarlægð (ratsjá), hljóðleiðsögn og fjarlægð (sólar) og 3D kort.
Saman greina þessir skynjarar og tækni gögn í rauntíma til að stjórna stýri, hröðun og hemlun.
Ratsjárskynjararnir hjálpa til við að halda utan um hvar bíla í kring eru. Ökutæki eru aðstoðuð með úthljóðsskynjurum við bílastæði.
Tækni sem kallast lidar var búin til með því að nota báðar tegundir skynjara. Með því að endurkasta ljóspúlsum frá umhverfinu í kringum bifreiðina geta lidar skynjarar greint jaðar akbrauta og auðkennt akreinamerki.
Þessir vara einnig ökumenn við aðliggjandi hindrunum, svo sem öðrum ökutækjum, gangandi vegfarendum og reiðhjólum.
Stærð og fjarlægð alls í kringum bílinn eru mæld með Lidar tækni, sem býr einnig til þrívíddarkort sem gerir ökutækinu kleift að skoða umhverfi sitt og bera kennsl á allar áhættur.
Burtséð frá tíma dags, hvort sem það er bjart eða myrkur, gerir það frábært starf við að skrá upplýsingar í mismunandi gerðir af umhverfisljósi.
Bíllinn notar myndavélar, radar og GPS loftnet ásamt lidar og myndavélum til að greina umhverfi sitt og bera kennsl á staðsetningu þess.
Myndavélar athuga hvort gangandi vegfarendur, mótorhjólamenn, bifreiðar og aðrar hindranir séu um leið og þær greina umferðarmerki, lesa umferðarmerki og merkingar og halda utan um önnur ökutæki.
Hins vegar gætu þeir átt erfitt á dimmum eða skuggasvæðum. Sjálfstætt ökutæki getur séð hvert það er að fara með því að nota blöndu af lidar, ratsjá, myndavélum, GPS loftnetum og úthljóðsskynjurum til að kortleggja veginn fyrir framan það stafrænt.
Kerfisarkitektúr á háu stigi
Nauðsynlegir skynjarar, stýringar, vélbúnaður og hugbúnaður eru skráðir í arkitektúrnum, sem sýnir einnig allt samskiptakerfi eða samskiptareglur í AVs.
Skynjun
Þetta stig felur í sér að bera kennsl á staðsetningu AV í tengslum við umhverfið og skynja umhverfið í kringum AV með því að nota margs konar skynjara.
AV notar RADAR, LIDAR, myndavél, rauntíma hreyfigetu (RTK) og aðra skynjara í þessu skrefi. Þekkingareiningarnar taka við gögnunum frá þessum skynjurum og vinna úr þeim eftir að hafa sent þau áfram.
Almennt séð samanstendur AV af stjórnkerfi, LDWS, TSR, óþekktum hindrunum (UOR), ökutækisstaðsetningar- og staðsetningareiningu (VPL) o.s.frv.
Samanlögðu upplýsingarnar eru gefnar á stigi ákvarðanatöku og áætlanagerðar eftir vinnslu.
Ákvörðun og skipulag
Hreyfingar og hegðun AV er ákvörðuð, skipulögð og stjórnað í þessu skrefi með því að nota upplýsingarnar sem berast í skynjunarferlinu.
Þetta stig, sem heilinn myndi tákna, er þar sem ákvarðanir eru teknar um hluti eins og brautaráætlun, aðgerðaspá, forðast hindranir osfrv.
Valið er byggt á þeim upplýsingum sem eru nú og sögulega aðgengilegar, þar á meðal rauntíma kortagögn, umferðarupplýsingar, þróun, notendaupplýsingar o.fl.
Það gæti verið gagnaskráareining sem heldur utan um mistök og gögn til síðari nota.
Stjórna
Stjórnareiningin framkvæmir aðgerðir/aðgerðir sem tengjast líkamlegri stjórn á AV, svo sem stýri, hemlun, hröðun o.s.frv. eftir að hafa fengið upplýsingar frá ákvörðunar- og skipulagseiningunni.
undirvagn
Síðasta skrefið felur í sér samskipti við vélrænu hlutana sem festir eru á undirvagninn, svo sem gírmótor, stýrismótor, bremsupedalmótor og pedalmótora fyrir inngjöf og bremsu.
Stjórneiningin gefur til kynna og stjórnar öllum þessum íhlutum.
Nú munum við tala um almenn samskipti AV áður en við tölum um hönnun, notkun og notkun ýmissa lykilskynjara.
RADAR
Í AV eru RADAR notaðir til að skanna umhverfið til að finna og staðsetja bíla og aðra hluti.
RADAR eru oft notuð í bæði hernaðarlegum og borgaralegum tilgangi, svo sem flugvöllum eða veðurkerfi, og þeir starfa á millimetra-bylgju (mm-bylgju) litrófinu.
Mismunandi tíðnisvið, þar á meðal 24, 60, 77 og 79 GHz, eru notuð í nútíma bifreiðum og hafa mælisvið á bilinu 5 til 200 m [10].
Með því að reikna út ToF á milli sends merkis og endurvarps bergmálsins er fjarlægðin milli AV og hlutarins ákvörðuð.
Í AV-tækjum nota RADAR-tækin fjölda örloftneta sem búa til safn lófa til að auka sviðsupplausn og auðkenningu margra marka. mm-Wave RADAR getur nákvæmlega metið nálæga hluti í hvaða átt sem er með því að nýta dreifni í dopplerfærslu vegna aukinnar gegndrægni og stærri bandbreiddar.
Þar sem mm-bylgju ratsjár hafa lengri bylgjulengd, eru þær með blokkunar- og mengunarvörn sem gerir þeim kleift að virka í rigningu, snjó, þoku og lítilli birtu.
Að auki er hægt að nota dopplerfærslu til að reikna út hlutfallslegan hraða með mm-bylgju ratsjám. Vegna getu sinnar henta mm-Wave ratsjár vel fyrir margs konar AV forrit, þar á meðal hindrunarskynjun, og gangandi vegfarendur og ökutæki.
Ultrasonic skynjarar
Þessir skynjarar vinna á bilinu 20–40 kHz og nota úthljóðsbylgjur. Segulviðnámshimna sem notuð er til að mæla fjarlægð hlutarins framleiðir þessar bylgjur.
Með því að reikna út flugtíma (ToF) bylgjunnar sem sendir frá sér að bergmálsmerkinu er fjarlægðin ákvörðuð. Dæmigert svið ultrasonic skynjara er minna en 3 metrar.
Úttak skynjarans er endurnýjað á 20 ms fresti, sem kemur í veg fyrir að hann uppfylli strangar kröfur ITS um QoS. Þessir skynjarar hafa tiltölulega lítið geislaskynjunarsvið og eru beint.
Þess vegna, til að fá sjón á fullu sviði, þarf fjölda skynjara. Hins vegar munu margir skynjarar hafa samskipti og geta leitt til verulegrar ónákvæmni á sviðinu.
LiDAR
Litróf 905 og 1550 nm eru notuð í LiDAR. Þar sem mannsaugað er næmt fyrir sjónhimnuskemmdum frá 905 nm sviðinu, starfar núverandi LiDAR á 1550 nm bandinu til að draga úr sjónhimnuskemmdum.
Allt að 200 metrar er hámarks vinnusvið LiDAR. Solid-state, 2D og 3D LiDAR eru mismunandi undirflokkar LiDAR.
Einum leysigeisla er dreift yfir spegil sem snýst hratt í 2D LiDAR. Með því að setja nokkra leysigeisla á belginn getur 3D LiDAR fengið 3D mynd af umhverfinu.
Sýnt hefur verið fram á að LiDAR kerfi við veginn lækkar fjölda árekstra ökutækis við gangandi (V2P) bæði á gatnamótasvæðum og ekki gatnamótasvæðum.
Það notar 16 lína, rauntíma, reiknifræðilega árangursríkt LiDAR kerfi.
Það er mælt með því að nota djúpan sjálfvirkan kóðara gervi tauga net (DA-ANN), sem nær 95% nákvæmni yfir 30 m svið.
Í er sýnt fram á hvernig algrím sem byggir á stuðningsvektorvél (SVM) ásamt 64 lína 3D LiDAR getur aukið viðurkenningu gangandi vegfarenda.
Þrátt fyrir að hafa betri mælingarnákvæmni og 3D sjón en mm-bylgju ratsjá, virkar LiDAR verr í slæmu veðri, þar á meðal þoku, snjó og rigningu.
myndavél
Það fer eftir bylgjulengd tækisins, myndavélin í AVs getur annað hvort verið byggð á innrauðu eða sýnilegu ljósi.
Hleðslutengd tæki (CCD) og viðbótarmálm-oxíð-hálfleiðara (CMOS) myndflögur eru notaðir í myndavélinni (CMOS).
Það fer eftir gæðum linsunnar, hámarkssvið myndavélarinnar er um 250 m. Þrjár böndin sem sýnilegar myndavélar nota — Rauð, Græn og Blá — eru aðskilin með sömu bylgjulengd og mannsaugað, eða 400–780 nm (RGB).
Tvær VIS myndavélar eru tengdar ákveðnum brennivíddum til að búa til nýja rás sem inniheldur upplýsingar um dýpt (D), sem gerir kleift að búa til steríósópísk sjón.
Hægt er að fá 3D mynd af svæðinu í kringum ökutækið þökk sé þessari möguleika í gegnum myndavélina (RGB-D).
Óvirkir skynjarar með bylgjulengd á milli 780 nm og 1 mm eru notaðir af innrauðu (IR) myndavélinni. Í hámarkslýsingu bjóða IR skynjararnir í AV-tækjum upp á sjónræna stjórn.
Þessi myndavél hjálpar AV með hlutgreiningu, hliðarstýringu, slysaupptöku og BSD. Hins vegar, í slæmu veðri, eins og snjó, þoku og breytilegum birtuskilyrðum, breytist frammistaða myndavélarinnar.
Helstu kostir myndavélar eru hæfileiki hennar til að safna nákvæmlega saman og skrá áferð, litadreifingu og lögun umhverfisins.
Global Navigation Satellite System og Global Positioning System, tregðumælingareining
Þessi tækni hjálpar AV við að sigla með því að finna nákvæma staðsetningu þess. Hópur gervitungla á sporbraut um yfirborð plánetunnar eru notaðir af GNSS til að staðsetja.
Kerfið geymir gögn um staðsetningu AV, hraða og nákvæman tíma.
Það virkar með því að reikna út ToF á milli móttekins merkis og útsendingar gervihnöttsins. Global Positioning System (GPS) hnitin eru oft notuð til að fá AV staðsetningu.
GPS-útdregnu hnitin eru ekki alltaf nákvæm og þau bæta venjulega við staðsetningarvillu með meðalgildi 3 m og staðalbreytingu 1 m.
Við stórborgaraðstæður versnar afköst enn frekar, allt að 20 m staðsetningarskekkja og við ákveðnar alvarlegar aðstæður er GPS staðsetningarvillan um það bil 100 m.
Að auki geta AV-tæki notað RTK kerfið til að ákvarða nákvæmlega staðsetningu ökutækisins.
Í AV-tækjum er einnig hægt að ákvarða staðsetningu og stefnu ökutækisins með því að nota dauðareikning (DR) og tregðustöðu.
Samræming skynjara
Fyrir rétta stjórnun ökutækja og öryggi verða AV-tæki að fá nákvæma, rauntíma þekkingu á staðsetningu, stöðu og öðrum þáttum ökutækis eins og þyngd, stöðugleika, hraða osfrv.
Þessar upplýsingar verða að safna með AV-tækjum sem nota margs konar skynjara.
Með því að sameina gögnin sem aflað er frá nokkrum skynjurum er skynjarasamrunatæknin notuð til að framleiða samfelldar upplýsingar.
Aðferðin gerir kleift að búa til óunnin gögn sem aflað er frá öðrum heimildum.
Þar af leiðandi gerir skynjarasamruni AV kleift að skilja umhverfi sitt nákvæmlega með því að sameina öll gagnleg gögn sem safnað er frá ýmsum skynjurum.
Mismunandi gerðir af reikniritum, þar á meðal Kalman síur og Bayesian síur, eru notaðar til að framkvæma samrunaferlið í AVs.
Vegna þess að hún er notuð í nokkrum forritum, þar á meðal RADAR mælingar, gervihnattaleiðsögukerfum og sjónrænum kílómetramælingum, er litið á Kalman síuna sem skipta sköpum fyrir ökutæki til að starfa sjálfstætt.
Ad-hoc netkerfi fyrir farartæki (VANET)
VANET eru nýr undirflokkur sértækra farsímaneta sem geta sjálfkrafa búið til net farsíma/fartækja. Samskipti ökutækis til ökutækis (V2V) og ökutækis til innviða (V2I) eru möguleg með VANET.
Meginmarkmið slíkrar tækni er að auka umferðaröryggi; til dæmis, við hættulegar aðstæður eins og slys og umferðarteppur, geta bílar átt samskipti sín á milli og netkerfið til að miðla mikilvægum upplýsingum.
Eftirfarandi eru helstu þættir VANET tækninnar:
- OBU (innbyggður eining): Það er GPS byggt rekja spor einhvers ökutækis sem gerir þeim kleift að hafa samskipti sín á milli og við vegahliðareiningar (RSU). OBU er útbúin nokkrum rafeindahlutum, þar á meðal auðlindastjórnargjörva (RCP), skynjarabúnaði og notendaviðmót, til að fá nauðsynlegar upplýsingar. Megintilgangur þess er að nota þráðlaust net til að hafa samskipti á milli margra RSU og OBU.
- Roadside Unit (RSU): RSU eru fastar tölvueiningar sem eru staðsettar á nákvæmum stöðum á götum, bílastæðum og gatnamótum. Meginmarkmið þess er að tengja sjálfstætt ökutæki við innviðina og það hjálpar einnig við staðsetningu ökutækja. Að auki er hægt að nota það til að tengja ökutæki við aðra RSU sem nota ýmsar staðfræði netkerfisins. Að auki hafa þau verið keyrð á umhverfisorkugjöfum þar á meðal sólarorku.
- Traust yfirvöld (TA): Það er stofnun sem stjórnar hverju skrefi VANETs ferlisins og tryggir að aðeins lögmætir RSU og OBU ökutæki geti skráð sig og haft samskipti. Með því að staðfesta OBU auðkennið og auðkenna ökutækið býður það upp á öryggi. Að auki finnur það skaðleg samskipti og undarlega hegðun.
VANET eru notuð fyrir samskipti ökutækja, sem felur í sér V2V, V2I og V2X samskipti.
Farartæki 2 Farartæki samskipti
Hæfni bifreiða til að tala saman og skiptast á mikilvægum upplýsingum um umferðarteppur, slys og hraðatakmarkanir er þekkt sem samskipti milli ökutækja (IVC).
V2V samskipti geta búið til netið með því að tengja saman ýmsa hnúta (ökutæki) með því að nota möskva svæðisfræði, annað hvort að hluta eða í heild.
Þau eru flokkuð sem einhopp (SIVC) eða fjölhopp (MIVC) kerfi eftir því hversu mörg hopp eru notuð fyrir samskipti milli farartækja.
Þó að hægt sé að nota MIVC til langdrægra samskipta, svo sem umferðareftirlits, þá er hægt að nota SIVC fyrir skammdræga forrit eins og akreinasamruna, ACC osfrv.
Fjölmargir kostir, þar á meðal BSD, FCWS, sjálfvirk neyðarhemlun (AEB) og LDWS, eru í boði í gegnum V2V samskipti.
Farartæki 2 Innviðasamskipti
Bílarnir geta átt samskipti við RSUs í gegnum ferli sem kallast vegahlið til farartækis samskipti (RVC). Það hjálpar til við að greina stöðumæla, myndavélar, akreinamerkja og umferðarmerkja.
Ad hoc, þráðlaus og tvíátta tenging milli bíla og innviða.
Við stjórn og eftirlit með umferð eru gögn innviða notuð. Þeir eru notaðir til að stilla ýmsar hraðabreytur sem gera bílunum kleift að hámarka sparneytni og stjórna umferðarflæði.
Hægt er að aðgreina RVC kerfið í Sparse RVC (SRVC) og Allstaðar RVC eftir innviðum (URVC).
SRVC kerfið býður aðeins upp á samskiptaþjónustu á heitum reitum, svo sem til að finna opin bílastæði eða bensínstöðvar, en URVC kerfið býður upp á þekju alla leiðina, jafnvel á miklum hraða.
Til að tryggja netþekju þarf URVC kerfið mikla fjárfestingu.
Farartæki 2 Allt Samskipti
Bíllinn getur tengst öðrum aðilum í gegnum V2X, þar á meðal gangandi vegfarendur, hluti við veginn, tæki og netið (V2P, V2R og V2D) (V2G).
Með því að nota þessa tegund af samskiptum geta ökumenn forðast að keyra á gangandi vegfarendur, hjólreiðamenn og mótorhjólamenn sem eru í hættu.
Pedestrian Collision Warning (PCW) kerfið getur varað ökumann við farþega á veginum áður en hörmulegur árekstur verður þökk sé V2X samskiptum.
Til að senda gangandi vegfaranda mikilvæg skilaboð getur PCW nýtt sér Bluetooth eða Near Field Communication (NFC) snjallsímans.
Niðurstaða
Hin fjölmörgu tækni sem notuð er til að smíða sjálfstýrða bíla getur haft mikil áhrif á hvernig þeir starfa.
Í grunninn þróar bíllinn kort af umhverfi sínu með því að nota fjölda skynjara sem veita upplýsingar um leiðina í kringum hann og önnur farartæki á vegi hans.
Þessi gögn eru síðan greind með flóknu vélanámskerfi, sem býr til mengi aðgerða sem bíllinn getur framkvæmt. Þessari hegðun er reglulega breytt og uppfærð eftir því sem kerfið lærir meira um umhverfi ökutækisins.
Þrátt fyrir bestu viðleitni mína til að kynna þér yfirlit yfir arkitektúr sjálfvirkra ökutækja, þá er margt fleira að gerast á bak við tjöldin.
Ég vona svo sannarlega að þú finnir þessa þekkingu dýrmæta og nýtir þér hana.
Skildu eftir skilaboð