Përmbajtje[Fshih][Shfaqje]
Sensorët dhe softueri kombinohen në automjete autonome për të lundruar, drejtuar dhe drejtuar një sërë automjetesh, duke përfshirë motoçikletat, automobilat, kamionët dhe dronët.
Në varësi të mënyrës se si janë zhvilluar ose projektuar, ato mund të kërkojnë ose jo ndihmë nga shoferi.
Makinat plotësisht autonome mund të funksionojnë të sigurta pa drejtues njerëz. Disa, si Waymo e Google automobil, nuk mund të kishte as një timon.
Një automjet pjesërisht autonom, si p.sh Tesla, mund të marrë kontrollin e plotë të automjetit, por mund të ketë nevojë për një shofer njerëzor për të ndihmuar nëse sistemi bie në dyshim.
Shkall të ndryshme të vetë-automatizimit janë të përfshira në këto makina, nga drejtimi i korsisë dhe ndihma e frenimit deri te prototipet plotësisht të pavarura, vetë-drejtuese.
Qëllimi i automobilave pa shofer është të ulin trafikun, emetimet dhe normat e aksidenteve.
Kjo është e mundur sepse automjetet autonome janë më të aftë në respektimin e rregullave të trafikut sesa njerëzit.
Për një lëvizje të qetë, nevojiten informacione të caktuara, të tilla si vendndodhja e makinës ose ndonjë objekti afër, shtegu më i shkurtër dhe më i sigurt për në destinacion dhe aftësia për të përdorur sistemin e drejtimit.
Është thelbësore të kuptojmë se kur dhe si të kryhen detyrat e nevojshme.
Ky artikull do të mbulojë shumë terren, duke përfshirë arkitektura e sistemit për makinat autonome, komponentët e kërkuar dhe rrjetet ad hoc të automjeteve (VANET).
Komponentët e nevojshëm të nevojshëm për automjetin autonom
Automjetet autonome të sotme përdorin një sërë sensorësh, duke përfshirë kamerat, GPS, njësitë e matjes inerciale (IMU), sonarin, zbulimin dhe rrezen e ndriçimit me lazer (lidar), zbulimin dhe rrezen e rangut të radios (radar), navigimin e zërit dhe rangun (sonar) dhe harta 3D.
Së bashku, këta sensorë dhe teknologji analizojnë të dhënat në kohë reale për të kontrolluar drejtimin, përshpejtimin dhe frenimin.
Sensorët e radarit ndihmojnë në mbajtjen e gjurmëve të vendndodhjes së makinave përreth. Automjetet ndihmohen me sensorë tejzanor gjatë parkimit.
Një teknologji e njohur si lidar u krijua duke përdorur të dy llojet e sensorëve. Duke reflektuar pulset e dritës nga mjedisi përreth makinës, sensorët lidar mund të zbulojnë kufijtë e rrugëve dhe të identifikojnë shënuesit e korsisë.
Këto gjithashtu paralajmërojnë drejtuesit e mjeteve për pengesat ngjitur, siç janë automjetet e tjera, këmbësorët dhe biçikletat.
Madhësia dhe distanca e gjithçkaje rreth makinës maten duke përdorur teknologjinë lidar, e cila gjithashtu krijon një hartë 3D që lejon automjetin të shikojë rrethinën e tij dhe të identifikojë çdo rrezik.
Pavarësisht nga koha e ditës, nëse është e ndritshme apo e zymtë, ajo bën një punë të shkëlqyer për të regjistruar informacione në lloje të ndryshme të dritës së ambientit.
Automobili përdor kamera, radar dhe antena GPS, së bashku me lidar dhe kamera, për të zbuluar rrethinën dhe për të identifikuar vendndodhjen e tij.
Kamerat kontrollojnë për këmbësorët, çiklistët, makinat dhe pengesa të tjera, ndërkohë që zbulojnë sinjalet e trafikut, lexojnë shenjat dhe shenjat rrugore dhe mbajnë gjurmët e automjeteve të tjera.
Megjithatë, ata mund të kenë një kohë të vështirë në zona të errëta ose me hije. Një automjet autonom mund të shohë se ku po shkon duke përdorur një përzierje të lidarit, radarit, kamerave, antenave GPS dhe sensorëve tejzanor për të përcaktuar në mënyrë dixhitale rrugën përpara tij.
Arkitektura e sistemit të nivelit të lartë
Sensorët thelbësorë, aktivizuesit, hardueri dhe softueri janë të listuara në arkitekturë, e cila gjithashtu demonstron të gjithë mekanizmin ose protokollin e komunikimit në AV.
Perceptim
Kjo fazë përfshin identifikimin e vendndodhjes së AV në lidhje me mjedisin dhe ndjeshmërinë e mjedisit rreth AV duke përdorur një shumëllojshmëri sensorësh.
AV përdor RADAR, LIDAR, kamerë, kinetikë në kohë reale (RTK) dhe sensorë të tjerë në këtë hap. Modulet e njohjes marrin të dhënat nga këta sensorë dhe i përpunojnë pasi i kalojnë ato.
Në përgjithësi, AV përbëhet nga një sistem kontrolli, LDWS, TSR, njohja e pengesave të panjohura (UOR), një modul pozicionimi dhe lokalizimi i automjetit (VPL), etj.
Informacioni i kombinuar i jepet fazës së vendimmarrjes dhe planifikimit pasi të përpunohet.
Vendimi & Planifikimi
Lëvizjet dhe sjellja e AV vendosen, planifikohen dhe kontrollohen në këtë hap duke përdorur informacionin e marrë gjatë procesit të perceptimit.
Kjo fazë, të cilën truri do të përfaqësonte, është vendi ku bëhen zgjedhjet për gjëra të tilla si planifikimi i rrugës, parashikimi i veprimeve, shmangia e pengesave, etj.
Zgjedhja bazohet në informacionin që është tani dhe historikisht i aksesueshëm, duke përfshirë të dhënat e hartës në kohë reale, specifikat e trafikut, tendencat, informacionin e përdoruesit, etj.
Mund të ketë një modul të regjistrit të të dhënave që mban gjurmët e gabimeve dhe të dhënave për përdorim të mëvonshëm.
Kontrolli
Moduli i kontrollit ekzekuton operacione/veprime në lidhje me kontrollin fizik të AV, si drejtimi, frenimi, përshpejtimi, etj. pas marrjes së informacionit nga moduli i vendimit dhe planifikimit.
Shasi
Hapi i fundit përfshin ndërveprimin me pjesët mekanike të ngjitura në shasi, të tilla si motori i marsheve, motori i timonit, motori i pedalit të frenave dhe motorët e pedalit për gazin dhe frenat.
Moduli i kontrollit sinjalizon dhe menaxhon të gjithë këta komponentë.
Tani do të flasim për komunikimin e përgjithshëm të një AV përpara se të flasim për dizajnin, funksionimin dhe përdorimin e sensorëve të ndryshëm kyç.
radar
Në AV, radarët përdoren për të skanuar mjedisin për të gjetur dhe lokalizuar makina dhe objekte të tjera.
Radarët përdoren shpesh si për qëllime ushtarake ashtu edhe për ato civile, si aeroportet ose sistemet meteorologjike, dhe ato operojnë në spektrin e valëve milimetrike (mm-Valë).
Breza të ndryshme frekuencash, duke përfshirë 24, 60, 77 dhe 79 GHz, përdoren në automobilat bashkëkohorë dhe kanë një gamë matëse nga 5 deri në 200 m [10].
Duke llogaritur ToF midis sinjalit të transmetuar dhe jehonës së kthyer, përcaktohet distanca midis AV dhe objektit.
Në AV, RADAR-ët përdorin një sërë mikro-antenash që krijojnë një koleksion lobesh për të përmirësuar rezolucionin e diapazonit dhe identifikimin e shumëfishtë të objektivave. RADAR-i i valëve mm mund të vlerësojë saktësisht objektet me rreze të afërt në çdo drejtim duke përdorur variancën në zhvendosjen Doppler për shkak të depërtueshmërisë së tij të rritur dhe gjerësisë së brezit më të madh.
Meqenëse radarët mm-Wave kanë një gjatësi vale më të madhe, ata kanë aftësi anti-bllokuese dhe kundër ndotjes që u mundësojnë atyre të funksionojnë në shi, borë, mjegull dhe dritë të ulët.
Për më tepër, zhvendosja Doppler mund të përdoret për të llogaritur shpejtësinë relative nëpërmjet radarëve mm-Valë. Për shkak të aftësisë së tyre, radarët mm-Wave janë të përshtatshëm për një gamë të gjerë aplikimesh AV, duke përfshirë zbulimin e pengesave dhe njohjen e këmbësorëve dhe automjeteve.
Sensorë tejzanor
Këta sensorë punojnë në intervalin 20-40 kHz dhe përdorin valë ultrasonike. Një membranë magneto-rezistente që përdoret për të matur distancën e objektit prodhon këto valë.
Duke llogaritur kohën e fluturimit (ToF) të valës së emetuar në sinjalin e jehonës, distanca përcaktohet. Gama tipike e sensorëve tejzanor është më pak se 3 metra.
Dalja e sensorit rifreskohet çdo 20 ms, gjë që e pengon atë të jetë në përputhje me kërkesat rigoroze QoS të ITS. Këta sensorë kanë një gamë relativisht të vogël të zbulimit të rrezeve dhe janë të drejtuar.
Prandaj, për të marrë një vizion në fushë të plotë, nevojiten sensorë të shumtë. Megjithatë, shumë sensorë do të ndërveprojnë dhe mund të rezultojnë në pasaktësi të konsiderueshme të gamës.
LIDAR
Spektrat prej 905 dhe 1550 nm përdoren në LiDAR. Meqenëse syri i njeriut është i ndjeshëm ndaj dëmtimit të retinës nga diapazoni 905 nm, LiDAR aktual funksionon në brezin 1550 nm për të reduktuar dëmtimin e retinës.
Deri në 200 metra është diapazoni maksimal i punës i LiDAR. Solid-state, 2D dhe 3D LiDAR janë nënkategoritë e ndryshme të LiDAR.
Një rreze e vetme lazer shpërndahet mbi një pasqyrë që rrotullohet me shpejtësi në një LiDAR 2D. Duke vendosur disa lazer në pod, një LiDAR 3D mund të marrë një pamje 3D të rrethinës.
Është demonstruar se një sistem LiDAR në anë të rrugës ul numrin e përplasjeve të automjetit me këmbësorët (V2P) si në zonat kryqëzuese ashtu edhe në ato jo-kryqëzuese.
Ai përdor një sistem LiDAR me 16 linja, në kohë reale, kompjuterikisht efektiv.
Sugjerohet të përdorni një kodues automatik të thellë artificial Rrjeti nervoz (DA-ANN), i cili arrin një saktësi prej 95% në një rreze prej 30 m.
Në, demonstrohet se si një algoritëm i bazuar në makinë vektoriale mbështetëse (SVM) i kombinuar me një LiDAR 64D 3-linjash mund të përmirësojë njohjen e këmbësorëve.
Pavarësisht se ka saktësi më të mirë të matjes dhe vizion 3D sesa një radar mm-Wave, LiDAR performon më pak mirë në mot të pafavorshëm, duke përfshirë mjegullën, borën dhe shiun.
kamera
Në varësi të gjatësisë së valës së pajisjes, kamera në AV mund të jetë ose e bazuar në rreze infra të kuqe ose të dukshme.
Në kamerën (CMOS) përdoren pajisje të lidhura me ngarkesë (CCD) dhe sensorë plotësues të imazhit metal-oksid-gjysmëpërçues (CMOS).
Në varësi të cilësisë së lenteve, diapazoni maksimal i kamerës është rreth 250 m. Të tre brezat e përdorur nga kamerat e dukshme - e kuqe, jeshile dhe blu - janë të ndara me të njëjtën gjatësi vale si syri i njeriut, ose 400-780 nm (RGB).
Dy kamera VIS shoqërohen me gjatësi fokale të përcaktuara për të krijuar një kanal të ri që përmban informacione të thellësisë (D), duke lejuar krijimin e vizionit stereoskopik.
Një pamje 3D e zonës përreth automjetit mund të merret falë kësaj aftësie nëpërmjet kamerës (RGB-D).
Sensorët pasivë që kanë një gjatësi vale midis 780 nm dhe 1 mm përdoren nga kamera infra të kuqe (IR). Në ndriçimin maksimal, sensorët IR në AV ofrojnë kontroll vizual.
Kjo kamerë ndihmon AV me njohjen e objekteve, kontrollin e pamjes anësore, regjistrimin e aksidenteve dhe BSD. Megjithatë, në mot të pafavorshëm, si bora, mjegulla dhe ndryshimi i kushteve të dritës, performanca e kamerës ndryshon.
Përfitimet kryesore të një kamere janë aftësia e saj për të mbledhur dhe regjistruar me saktësi teksturën, shpërndarjen e ngjyrave dhe formën e mjedisit.
Sistemi Satelitor i Navigimit Global dhe Sistemi i Pozicionimit Global, Njësia e Matjes Inerciale
Kjo teknologji ndihmon AV në lundrimin duke përcaktuar vendndodhjen e tij të saktë. Një grup satelitësh në orbitë rreth sipërfaqes së planetit përdoren nga GNSS për të lokalizuar.
Sistemi ruan të dhëna për vendndodhjen, shpejtësinë dhe kohën e saktë të AV.
Ai funksionon duke përcaktuar ToF midis sinjalit të marrë dhe emetimit të satelitit. Koordinatat e Sistemit të Pozicionimit Global (GPS) përdoren shpesh për të marrë vendndodhjen AV.
Koordinatat e nxjerra nga GPS nuk janë gjithmonë të sakta dhe zakonisht shtojnë një gabim pozicioni me një vlerë mesatare prej 3 m dhe një variacion standard prej 1 m.
Në situatat metropolitane, performanca përkeqësohet më tej, me një gabim në vendndodhjen deri në 20 m, dhe në disa rrethana të rënda, gabimi i pozicionit GPS është afërsisht 100 m.
Për më tepër, AV-të mund të përdorin sistemin RTK për të përcaktuar me saktësi pozicionin e automjetit.
Në AV, pozicioni dhe drejtimi i automjetit mund të përcaktohet gjithashtu duke përdorur llogaritjen e vdekur (DR) dhe pozicionin inercial.
Përzierja e sensorit
Për menaxhimin dhe sigurinë e duhur të automjetit, AV-të duhet të marrin njohuri të sakta, në kohë reale të vendndodhjes, statusit dhe faktorëve të tjerë të automjetit si pesha, stabiliteti, shpejtësia, etj.
Ky informacion duhet të mblidhet nga AV-të duke përdorur një sërë sensorësh.
Duke bashkuar të dhënat e marra nga disa sensorë, teknika e shkrirjes së sensorëve përdoret për të prodhuar informacion koherent.
Metoda lejon sintezën e të dhënave të papërpunuara të marra nga burime plotësuese.
Si rezultat, bashkimi i sensorëve i mundëson AV të kuptojë me saktësi rrethinën e tij duke bashkuar të gjitha të dhënat e dobishme të mbledhura nga sensorë të ndryshëm.
Lloje të ndryshme algoritmesh, duke përfshirë filtrat Kalman dhe filtrat Bayesian, përdoren për të kryer procesin e shkrirjes në AV.
Për shkak se përdoret në disa aplikacione, duke përfshirë gjurmimin RADAR, sistemet e navigimit satelitor dhe odometrinë optike, filtri Kalman shihet si vendimtar që një automjet të funksionojë në mënyrë autonome.
Rrjetet ad-hoc të automjeteve (VANET)
VANET janë një nënklasë e re e rrjeteve celulare ad hoc që mund të krijojnë spontanisht një rrjet pajisjesh/veturash celulare. Komunikimi nga automjeti në automjet (V2V) dhe nga automjeti në infrastrukturë (V2I) është i mundur me VANET.
Qëllimi kryesor i një teknologjie të tillë është rritja e sigurisë rrugore; për shembull, në situata të rrezikshme si aksidentet dhe bllokimet e trafikut, makinat mund të ndërveprojnë me njëra-tjetrën dhe rrjetin për të transmetuar informacione thelbësore.
Më poshtë janë komponentët kryesorë të teknologjisë VANET:
- OBU (njësia në bord): Është një sistem gjurmimi i bazuar në GPS i vendosur në çdo automjet që i lejon ata të ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe me njësitë në anë të rrugës (RSU). OBU është i pajisur me disa komponentë elektronikë, duke përfshirë një procesor të komandës së burimeve (RCP), pajisje sensore dhe ndërfaqet e përdoruesit, për të marrë informacion thelbësor. Qëllimi i tij kryesor është të përdorë një rrjet pa tel për të komunikuar midis shumë RSU dhe OBU.
- Njësia në anë të rrugës (RSU): RSU-të janë njësi kompjuterike fikse që janë të pozicionuara në pika të sakta në rrugë, parkingje dhe kryqëzime. Objektivi i tij kryesor është të lidhë automjetet autonome me infrastrukturën, dhe gjithashtu ndihmon në lokalizimin e automjeteve. Për më tepër, mund të përdoret për të lidhur një automjet me RSU të tjera duke përdorur të ndryshme topologjitë e rrjetit. Për më tepër, ato janë përdorur në burimet e energjisë së ambientit, duke përfshirë energjinë diellore.
- Autoriteti i Besuar (AT): Është një organ që kontrollon çdo hap të procesit VANET, duke siguruar që vetëm RSU-të legjitime dhe OBU-të e automjeteve mund të regjistrohen dhe ndërveprojnë. Duke konfirmuar OBU ID dhe duke vërtetuar automjetin, ai ofron siguri. Për më tepër, gjen komunikime të dëmshme dhe sjellje të çuditshme.
VANET përdoren për komunikim me automjete, i cili përfshin komunikimin V2V, V2I dhe V2X.
Vehicle 2 Vehicle Communication
Aftësia e automobilave për të folur me njëri-tjetrin dhe për të shkëmbyer informacione thelbësore në lidhje me bllokimet e trafikut, aksidentet dhe kufizimet e shpejtësisë njihet si komunikimi ndërmjet automjeteve (IVC).
Komunikimi V2V mund të krijojë rrjetin duke bashkuar nyje të ndryshme (Vehicles) së bashku duke përdorur një topologji rrjetë, të pjesshme ose të plotë.
Ato kategorizohen si sisteme me një hop (SIVC) ose multi-hop (MIVC) në varësi të numrit të kërcimeve të përdorura për komunikimin ndërmjet automjeteve.
Ndërsa MIVC mund të përdoret për komunikim me rreze të gjatë, siç është monitorimi i trafikut, SIVC mund të përdoret për aplikacione me rreze të shkurtër, si bashkimi i korsive, ACC, etj.
Përfitime të shumta, duke përfshirë BSD, FCWS, frenim automatik emergjent (AEB) dhe LDWS, ofrohen përmes komunikimit V2V.
Automjeti 2 Komunikimi Infrastrukturor
Automobilat mund të komunikojnë me RSU-të përmes një procesi të njohur si komunikimi nga rruga në automjet (RVC). Ndihmon në zbulimin e matësve të parkimit, kamerave, shënuesve të korsisë dhe sinjaleve të trafikut.
Lidhje ad hoc, wireless dhe dydrejtimshe midis makinave dhe infrastrukturës.
Për administrimin dhe mbikëqyrjen e trafikut përdoren të dhënat e infrastrukturës. Ato përdoren për të rregulluar parametra të ndryshëm të shpejtësisë që lejojnë makinat të maksimizojnë ekonominë e karburantit dhe të menaxhojnë rrjedhën e trafikut.
Sistemi RVC mund të ndahet në RVC të rrallë (SRVC) dhe RVC kudo në varësi të infrastrukturës (URVC).
Sistemi SRVC ofron shërbime komunikimi vetëm në pikat e nxehta, të tilla si gjetja e hapësirave të hapura të parkimit ose pompave të benzinës, ndërsa sistemi URVC ofron mbulim përgjatë gjithë rrugës, edhe me shpejtësi të lartë.
Për të garantuar mbulimin e rrjetit, sistemi URVC kërkon një investim të madh.
Automjet 2 Gjithçka Komunikim
Makina mund të lidhet me entitete të tjera nëpërmjet V2X, duke përfshirë këmbësorët, objektet në anë të rrugës, pajisjet dhe Rrjetin (V2P, V2R dhe V2D) (V2G).
Duke përdorur këtë lloj komunikimi, drejtuesit e mjeteve mund të shmangin goditjen e këmbësorëve, çiklistët dhe motoçikletave në rrezik.
Sistemi i paralajmërimit për përplasjen e këmbësorëve (PCW) mund të paralajmërojë shoferin e një pasagjeri në anë të rrugës përpara se të ndodhë një përplasje katastrofike falë komunikimit V2X.
Për t'i dërguar këmbësorëve mesazhe të rëndësishme, PCW mund të përfitojë nga Bluetooth-i ose Komunikimi në Fushë Afër (NFC) të telefonit inteligjent.
Përfundim
Teknologjitë e shumta të përdorura për të ndërtuar makina autonome mund të kenë një ndikim të madh në mënyrën se si ato funksionojnë.
Në bazë të saj, makina zhvillon një hartë të rrethinës së saj duke përdorur një sërë sensorësh që ofrojnë informacion rreth itinerarit rreth saj dhe automjeteve të tjera në rrugën e saj.
Këto të dhëna më pas analizohen nga një sistem i komplikuar i mësimit të makinës, i cili gjeneron një sërë veprimesh që makina duhet të ekzekutojë. Këto sjellje ndryshohen dhe përditësohen rregullisht ndërsa sistemi mëson më shumë rreth rrethinës së automjetit.
Pavarësisht nga përpjekjet e mia më të mira për t'ju paraqitur një përmbledhje të arkitekturës së sistemit autonom të automjeteve, ka shumë më tepër që ndodhin prapa skenave.
Unë sinqerisht shpresoj se do ta gjeni të vlefshme këtë njohuri dhe do ta përdorni.
Lini një Përgjigju