Inhaltsverzeechnes[Verstoppen][Show]
Sensoren a Software ginn an autonom Gefierer kombinéiert fir eng Vielfalt vu Gefierer ze navigéieren, ze steieren an ze bedreiwen, dorënner Motorrieder, Autoen, Camionen an Dronen.
Ofhängeg wéi se entwéckelt oder entworf goufen, kënnen se oder net Chaufferhëllef erfuerderen.
Voll autonom Autoe kënne sécher ouni mënschlech Chauffeuren operéieren. E puer, wéi Google Waymo Auto, konnt net emol e Lenk hunn.
En deelweis autonomt Gefier, wéi z Tesla, kann komplett Kontroll vum Gefier iwwerhuelen, awer kann e mënschleche Chauffer brauchen fir ze hëllefen wann de System an Zweifel leeft.
Verschidde Grad vu Selbstautomatiséierung sinn an dësen Autoen abegraff, vu Spuerleitung a Bremshëllef bis voll onofhängeg, selbstfahrend Prototypen.
D'Zil vu Chaufferlosen Autoen ass den Traffic, d'Emissiounen an d'Accidentraten ze reduzéieren.
Dëst ass méiglech well autonom Gefierer méi fäeg sinn un de Verkéiersreglementer ze halen wéi d'Leit.
Fir e fléissenden Fuert ass gewësse Informatioun néideg, sou wéi d'Positioun vum Auto oder all Emgéigend Objeten, de kuerststen a sécherste Wee op d'Destinatioun, an d'Kapazitéit fir de Fueresystem ze bedreiwen.
Et ass entscheedend ze verstoen wéini a wéi néideg Aufgaben auszeféieren.
Dësen Artikel wäert vill Terrain Cover, dorënner de Systemarchitektur fir autonom Autoen, erfuerderlech Komponenten a Gefier ad hoc Netzwierker (VANETs).
Néideg Komponente fir Autonom Gefier néideg
Déi heuteg autonom Gefierer beschäftegen eng Vielfalt vu Sensoren, dorënner Kameraen, GPS, Inertialmessungsunitéiten (IMUs), Sonar, Laserbeliichtungserkennung a Range (Lidar), Radiodetektioun a Ranging (Radar), Tounnavigatioun, a Ranging (Solar), an 3D Kaarten.
Zesummen analyséieren dës Sensoren an Technologien Daten an Echtzäit fir d'Lenkung, d'Beschleunegung an d'Bremsen ze kontrolléieren.
D'Radarsensoren hëllefen d'Verfollegung vun den Ëmgéigend Autoen ze halen. Gefierer gi mat Ultraschallsensoren gehollef beim Parking.
Eng Technologie bekannt als Lidar gouf erstallt andeems se béid Aarte vu Sensoren benotzt. Andeems Dir d'Liichtimpulse vun der Ëmwelt ronderëm den Auto reflektéiert, kënnen Lidar Sensoren d'Marge vu Stroossebunnen entdecken a Spurmarker identifizéieren.
Dës warnen och Chauffeuren vun ugrenzend Behënnerungen, wéi aner Gefierer, Foussgänger a Vëloen.
D'Gréisst an d'Distanz vun alles ronderëm den Auto gi mat der Lidar Technologie gemooss, déi och eng 3D Kaart erstellt, déi et dem Gefier erlaabt seng Ëmgéigend ze gesinn an all Risiken z'identifizéieren.
Onofhängeg vun der Zäit vum Dag, ob et hell oder däischter ass, mécht et eng super Aarbecht fir Informatioun a verschiddenen Aarte vun Ambientlicht opzehuelen.
Den Auto benotzt Kameraen, Radar a GPS Antennen, zesumme mat Lidar a Kameraen, fir seng Ëmgéigend z'entdecken a seng Positioun z'identifizéieren.
Kameraen iwwerpréiwen fir Foussgänger, Vëlofuerer, Autoen, an aner Behënnerungen, wärend och Verkéierssignaler erkennen, Stroosseschëlder a Marquage liesen an aner Gefierer verfollegen.
Wéi och ëmmer, si kéinten et schwéier hunn an däischter oder schatteg Gebidder. En autonomt Gefier ka gesinn wou et hi geet andeems en Lidar, Radar, Kameraen, GPS Antennen an Ultraschallsensoren benotzt fir d'Strooss virun digital ze kartéieren.
Héich-Niveau System Architektur
Déi wesentlech Sensoren, Aktuatoren, Hardware a Software ginn an der Architektur opgelëscht, déi och de ganze Kommunikatiounsmechanismus oder Protokoll an AVs weist.
Perceptioun
Dës Etapp ëmfaasst d'Identifikatioun vum AV senger Positioun par rapport zu der Ëmwelt an d'Senséiere vun der Ëmwelt ronderëm den AV mat enger Vielfalt vu Sensoren.
Den AV benotzt RADAR, LIDAR, Kamera, Echtzäitkinetik (RTK), an aner Sensoren op dësem Schrëtt. D'Unerkennungsmoduler kréien d'Donnéeën vun dëse Sensoren a veraarbecht se nodeems se se passéiert.
Am allgemengen besteet den AV aus engem Kontrollsystem, LDWS, TSR, Unbekannt Hindernissererkennung (UOR), engem Gefier Positionéierung a Lokalisatioun (VPL) Modul, etc.
Déi kombinéiert Informatioun gëtt an der Etapp vun der Entscheedung an der Planung gegeben nodeems se veraarbecht ginn.
Entscheedung & Planung
D'Bewegungen an d'Behuele vum AV ginn op dësem Schrëtt entscheet, geplangt a kontrolléiert mat der Informatioun déi während dem Perceptiounsprozess kritt gëtt.
Dës Etapp, déi d'Gehir géif representéieren, ass wou Choixe gemaach ginn iwwer Saache wéi Weeplanung, Handlungsprognose, Hindernisvermeidung, etc.
D'Wiel baséiert op der Informatioun déi elo an historesch zougänglech ass, dorënner Echtzäit Kaartdaten, Verkéierspezifizitéiten, Trends, Benotzerinformatioun, etc.
Et kéint en Datelogmodul sinn, deen d'Feeler an d'Donnéeë fir spéider benotzt hält.
Kontroll
De Kontrollmodul fiert Operatiounen / Aktiounen am Zesummenhang mat der kierperlecher Kontroll vum AV, wéi Lenkung, Bremsen, Beschleunigung, etc.
Chassis
De leschte Schrëtt beinhalt d'Interaktioun mat de mechanesche Deeler, déi op de Chassis befestegt sinn, wéi de Gangmotor, Lenkradmotor, Bremspedalmotor, a Pedalmotoren fir den Beschleuniger a Brems.
De Kontrollmodul signaliséiert a geréiert all dës Komponenten.
Elo schwätze mir iwwer d'allgemeng Kommunikatioun vun engem AV ier mir iwwer den Design, d'Operatioun an d'Benotzung vu verschiddene Schlësselsensoren schwätzen.
RADAR
An AVs ginn RADARs benotzt fir d'Ëmwelt ze scannen fir Autoen an aner Objeten ze fannen an ze lokaliséieren.
RADARs ginn dacks a militäreschen an zivilen Zwecker benotzt, sou wéi Fluchhäfen oder meteorologesch Systemer, a si funktionnéieren am Millimeterwelle (mm-Wave) Spektrum.
Verschidde Frequenzbänner, dorënner 24, 60, 77 a 79 GHz, ginn an zäitgenëssesch Autoen benotzt an hunn e Miessbereich vu 5 bis 200 m [10].
Duerch d'Berechnung vum ToF tëscht dem iwwerdroenen Signal an dem zréckgezunnen Echo gëtt d'Distanz tëscht dem AV an dem Objet bestëmmt.
An AVs benotzen d'RADARs eng ganz Rëtsch vu Mikro-Antennen déi eng Sammlung vu Loben erstellen fir d'Resolutioun vun der Resolutioun a multiple Zilidentifikatioun ze verbesseren. mm-Wave RADAR kann präzis Objekter an enger Richtung beurteelen andeems d'Varianz an der Dopplerverschiebung benotzt gëtt wéinst senger verstäerkter Penetrabilitéit a méi grousser Bandbreedung.
Zënter mm-Wave Radaren hunn eng méi laang Wellelängt, si hunn Anti-Blockéierungs- an Anti-Verschmotzungsfäegkeeten, déi et erlaben am Reen, Schnéi, Niwwel a wéineg Liicht ze funktionéieren.
Zousätzlech kann Dopplerverschiebung benotzt ginn fir d'relativ Geschwindegkeet iwwer mm-Wave Radaren ze berechnen. Wéinst hirer Fäegkeet sinn mm-Wave Radaren gutt fir eng breet Palette vun AV Uwendungen gëeegent, dorënner Hindernisserkennung, a Foussgänger- a Gefiererkennung.
Ultraschall Sensoren
Dës Sensoren funktionnéieren am 20-40 kHz-Beräich a benotzen Ultraschallwellen. Eng magneto-resistive Membran déi benotzt gëtt fir d'Distanz vum Objet ze moossen produzéiert dës Wellen.
Duerch d'Berechnung vun der Fluchzäit (ToF) vun der emittéierter Welle zum Echosignal gëtt d'Distanz bestëmmt. Déi typesch Palette vun Ultraschallsensoren ass manner wéi 3 Meter.
D'Sensorausgang gëtt all 20 ms erfrëscht, wat verhënnert datt et dem ITS seng rigoréis QoS Ufuerderunge konform. Dës Sensoren hunn e relativ klenge Strahlerkennungsbereich a si geriicht.
Dofir, fir eng Vollfeldvisioun ze kréien, gi vill Sensoren erfuerderlech. Wéi och ëmmer, vill Sensoren interagéieren a kënnen zu bedeitende Rangeongauegkeeten féieren.
LiDAR
D'Spektre vun 905 an 1550 nm ginn am LiDAR benotzt. Well d'mënschlecht Auge ufälleg ass fir Netzhautschued aus dem 905 nm Beräich, funktionnéiert den aktuellen LiDAR an der 1550 nm Band fir Netzhautschued ze reduzéieren.
Bis zu 200 Meter ass dem LiDAR seng maximal Aarbechtsberäich. Solid-State, 2D, an 3D LiDAR sinn déi verschidde Ënnerkategorien vu LiDAR.
Een eenzege Laserstrahl gëtt iwwer e Spigel verspreet, dee séier an engem 2D LiDAR dréint. Andeems Dir e puer Laser op de Pod setzt, kann en 3D LiDAR en 3D Bild vun der Ëmgéigend kréien.
Et gouf bewisen datt e LiDAR System op der Strooss d'Zuel vun de Gefier-zu-Foussgänger (V2P) Kollisiounen a béide Kräizungszonen an net-Kräizungszonen senkt.
Et beschäftegt e 16-Linn, Echtzäit, computationally effektiv LiDAR System.
Et gëtt proposéiert en déif Auto-Encoder kënschtlech ze benotzen neural Netz (DA-ANN), déi eng Genauegkeet vun 95% iwwer eng 30 m Streck erreecht.
An, et gëtt bewisen wéi eng Support Vector Machine (SVM)-baséiert Algorithmus kombinéiert mat engem 64-Linn 3D LiDAR d'Foussgängererkennung verbesseren kann.
Trotz enger besserer Miesspräzisioun an 3D Visioun wéi e mm-Wave Radar, funktionéiert LiDAR manner gutt bei negativen Wieder inklusiv Niwwel, Schnéi a Reen.
Kameraen
Ofhängeg vun der Wellelängt vum Apparat, kann d'Kamera an AVs entweder Infrarout- oder sichtbar-Liicht-baséiert sinn.
Charge-coupled device (CCD) a komplementär Metal-Oxid-Halbleiter (CMOS) Bildsensoren ginn an der Kamera (CMOS) benotzt.
Ofhängeg vun der Lensqualitéit ass d'Kamera hir maximal Reechwäit ongeféier 250 m. Déi dräi Bands, déi vu sichtbare Kameraen benotzt ginn - Rout, Gréng a Blo - gi vun der selwechter Wellelängt getrennt wéi dat mënschlecht Auge, oder 400-780 nm (RGB).
Zwee VIS Kameraen si mat etabléierten Brennwäit gekoppelt fir en neie Kanal ze kreéieren deen Tiefe (D) Informatioun enthält, wat d'Schafung vun stereoskopescher Visioun erlaabt.
Eng 3D Vue op d'Géigend ronderëm d'Gefier kann duerch dës Fäegkeet iwwer d'Kamera (RGB-D) kritt ginn.
Passiv Sensoren mat enger Wellelängt tëscht 780 nm an 1 mm gi vun der Infrarout (IR) Kamera benotzt. A Peak Beliichtung bidden d'IR Sensoren an AVs visuell Kontroll.
Dës Kamera hëlleft AVs mat Objekterkennung, Side View Kontroll, Accidentopnam, a BSD. Wéi och ëmmer, bei schlechtem Wieder, wéi Schnéi, Niwwel a verännert Liichtbedingungen, ännert d'Performance vun der Kamera.
D'Haaptvirdeeler vun enger Kamera sinn hir Fäegkeet fir d'Textur, d'Faarfverdeelung an d'Form vun der Ëmwelt präzis ze sammelen an opzehuelen.
Global Navigatioun Satellit System a Global Positionéierung System, Inertial Mooss Eenheet
Dës Technologie hëlleft den AV bei der Navigatioun andeems se seng präzis Plaz bestëmmen. Eng Grupp vu Satellitten an der Ëmlafbunn ëm d'Uewerfläch vum Planéit gi vum GNSS benotzt fir ze lokaliséieren.
De System späichert Daten iwwer d'Location vum AV, Geschwindegkeet a präzis Zäit.
Et funktionnéiert andeems Dir den ToF tëscht dem kritt Signal an der Emissioun vum Satellit erausfënnt. D'Global Positioning System (GPS) Koordinate ginn dacks benotzt fir den AV Standort ze kréien.
Déi GPS-extraitéiert Koordinaten sinn net ëmmer präzis, a si addéieren typesch e Positionsfehler mat engem Mëttelwäert vun 3 m an enger Standardvariatioun vun 1 m.
A Metropolsituatiounen gëtt d'Leeschtung weider verschlechtert, mat engem Feeler an der Lag vu bis zu 20 m, an a bestëmmte schwéieren Ëmstänn ass de GPS-Positiounsfehler ongeféier 100 m.
Zousätzlech kënnen AVs den RTK System benotze fir d'Positioun vum Gefier präzis ze bestëmmen.
An AVs kann d'Positioun an d'Richtung vum Gefier och mat der Dead Reckoning (DR) an der Inertialpositioun bestëmmt ginn.
Sensor Fusioun
Fir richteg Gefier Gestioun a Sécherheet, AVs muss präziist, Echtzäit Wëssen vun der Plaz kréien, Status, an aner Gefier Faktoren wéi Gewiicht, Stabilitéit, Vitesse, etc.
Dës Informatioun muss gesammelt ginn vun den AVs mat verschiddene Sensoren.
Duerch d'Fusioun vun den Daten, déi vu verschiddene Sensoren erfaasst sinn, gëtt d'Sensorfusiounstechnik benotzt fir kohärent Informatioun ze produzéieren.
D'Methode erlaabt d'Synthese vun onveraarbechtte Daten aus komplementäre Quellen.
Als Resultat erlaabt d'Sensorfusioun den AV seng Ëmgéigend präzis ze begräifen andeems all nëtzlech Daten aus verschiddene Sensoren gesammelt ginn.
Verschidde Aarte vun Algorithmen, dorënner Kalman Filteren a Bayesian Filtere, gi benotzt fir de Fusiounsprozess an AVs auszeféieren.
Well et a verschiddenen Uwendungen benotzt gëtt, dorënner RADAR Tracking, Satellitennavigatiounssystemer an opteschen Odometrie, gëtt de Kalman-Filter als entscheedend gesinn fir e Gefier autonom ze bedreiwen.
Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs)
VANETs sinn eng nei Ënnerklass vu mobilen ad hoc Netzwierker déi spontan e Netzwierk vu mobilen Apparater / Gefierer erstellen kënnen. Gefier-ze-Gefier (V2V) an Gefier-ze-Infrastruktur (V2I) Kommunikatioun sinn méiglech mat VANETs.
D'Haaptziel vun esou Technologie ass d'Stroossesécherheet ze erhéijen; zum Beispill, a geféierleche Situatiounen wéi Accidenter a Stau kënnen Autoen mateneen an dem Netz interagéieren fir entscheedend Informatioun ze vermëttelen.
Déi folgend sinn déi primär Komponente vun der VANET Technologie:
- OBU (Bord-Eenheet): Et ass e GPS-baséiert Tracking System an all Gefier gesat, deen hinnen erlaabt mateneen a mat Stroosseenheeten (RSU) ze interagéieren. Den OBU ass mat verschiddenen elektronesche Komponenten ausgestatt, dorënner e Ressource Kommando Prozessor (RCP), Sensor Geräter, an Benotzerinterfaces, fir wesentlech Informatioun ze kréien. Säin primären Zweck ass en drahtlose Netzwierk ze benotzen fir tëscht multiple RSUs an OBUs ze kommunizéieren.
- Roadside Unit (RSU): RSUs si fix Computerunitéiten déi op präzise Punkten op Stroossen, Parkplazen a Kräizunge positionéiert sinn. Säin Haaptziel ass autonom Gefierer mat der Infrastruktur ze verbannen, an et hëlleft och mat der Gefier Lokalisatioun. Zousätzlech kann et benotzt ginn fir e Gefier mat anere RSUs ze verbannen déi verschidde benotzen Netzwierktopologien. Zousätzlech si se op Ambientenergiequelle lafen, dorënner Solarenergie.
- Vertrauenswierdeg Autoritéit (TA): Et ass e Kierper deen all Schrëtt vum VANETs Prozess kontrolléiert, a garantéiert datt nëmme legitim RSUs a Gefierer OBUs kënnen registréieren an interagéieren. Andeems Dir d'OBU ID bestätegt an d'Authentifikatioun vum Gefier bitt, bitt et Sécherheet. Zousätzlech fënnt et schiedlech Kommunikatiounen an komesch Verhalen.
VANETs gi fir Gefierer Kommunikatioun benotzt, déi V2V, V2I, an V2X Kommunikatioun enthält.
Gefier 2 Gefier Kommunikatioun
D'Fäegkeet fir Autoen mateneen ze schwätzen an entscheedend Informatioun iwwer Stau, Accidenter a Geschwindegkeetsbeschränkungen auszetauschen ass bekannt als Inter-Vehicle Communication (IVC).
V2V Kommunikatioun kann d'Netzwierk erstellen andeems se verschidde Wirbelen (Gefierer) zesumme mat enger Mesh-Topologie verbannen, entweder deelweis oder voll.
Si ginn als Single-Hop (SIVC) oder Multi-Hop (MIVC) Systemer kategoriséiert jee no wéi vill Hopp fir Inter-Gefier Kommunikatioun benotzt ginn.
Wärend de MIVC ka fir laangfristeg Kommunikatioun benotzt ginn, sou wéi Traffic Iwwerwachung, kann de SIVC fir Kuerzreechapplikatioune wéi Spuerfusioun, ACC, etc.
Vill Virdeeler, dorënner BSD, FCWS, automatiséiert Noutbremsen (AEB), an LDWS, ginn duerch V2V Kommunikatioun ugebueden.
Gefier 2 Infrastruktur Kommunikatioun
D'Autoe kënne mat den RSUs kommunizéieren duerch e Prozess bekannt als Roadside-to-Vehicle Communication (RVC). Et hëlleft bei der Detektioun vu Parkmeteren, Kameraen, Spuermarker a Verkéierssignaler.
Ad hoc, drahtlos a bidirektional Verbindung tëscht den Autoen an der Infrastruktur.
Fir d'Verwaltung an d'Iwwerwaachung vum Verkéier ginn d'Donnéeën vun der Infrastruktur agestallt. Si gi benotzt fir verschidde Geschwindegkeetsparameter unzepassen, déi d'Autoen erlaben d'Brennstoffwirtschaft ze maximéieren an de Verkéiersfloss ze managen.
De RVC System kann an de Sparse RVC (SRVC) an den Ubiquitous RVC getrennt ginn ofhängeg vun der Infrastruktur (URVC).
De SRVC-System bitt nëmme Kommunikatiounsservicer op Hotspots, wéi zum Beispill oppe Parkplazen oder Tankstellen ze lokaliséieren, wärend den URVC-System de ganze Wee ofdeckt, och mat héijer Geschwindegkeet.
Fir d'Netzofdeckung ze garantéieren, erfuerdert den URVC System eng grouss Investitioun.
Gefier 2 Alles Kommunikatioun
Den Auto ka mat aneren Entitéiten iwwer V2X verbannen, dorënner Foussgänger, Stroossobjeten, Apparater, an d'Grid (V2P, V2R, a V2D) (V2G).
Mat dëser Aart vu Kommunikatioun kënne Chauffeuren vermeiden datt geféierlech Foussgänger, Vëlosfuerer a Motorradfuerer getraff ginn.
De Pedestrian Collision Warning (PCW) System kann de Chauffer vun engem Passagéier op der Strooss warnen ier eng katastrophal Kollisioun geschitt dank der V2X Kommunikatioun.
Fir de Foussgänger wichteg Messagen ze schécken, kann de PCW vum Smartphone säi Bluetooth oder Near Field Communication (NFC) profitéieren.
Konklusioun
Déi vill Technologien, déi benotzt gi fir autonom Autoen ze bauen, kënnen e groussen Impakt hunn op wéi se funktionnéieren.
Op seng Basis entwéckelt den Auto eng Kaart vu senger Ëmgéigend mat enger Rei vu Sensoren, déi Informatioun iwwer d'Streck ronderëm hien an aner Gefierer op sengem Wee ubidden.
Dës Donnéeë ginn dann duerch e komplizéierte Maschinnléieresystem analyséiert, deen eng Rei vun Aktiounen generéiert fir den Auto auszeféieren. Dës Behuelen gi regelméisseg geännert an aktualiséiert wéi de System méi iwwer d'Ëmgéigend vum Gefier léiert.
Trotz menge beschten Efforten fir Iech en Iwwerbléck vun der autonomer Gefiersystemarchitektur ze presentéieren, gëtt et vill méi hannert de Kulissen.
Ech hoffen wierklech datt Dir dëst Wëssen wäertvoll fannt an et benotzt.
Hannerlooss eng Äntwert