Jak działa system autonomicznej jazdy

Niemiecki rząd ogłosił niedawno, że chce wspierać rozwój technologii i planuje stworzenie specjalistycznej infrastruktury na autostradach. Alexander Dobrindt, niemiecki minister transportu, zapowiedział, że odcinek autostrady A9 z Berlina do Monachium zostanie zbudowany w taki sposób, aby autonomiczne samochody mogły wygodnie podróżować na całej trasie.

Glosariusz skrótów

ABS System zapobiegający blokowaniu. System stosowany w samochodach, zapobiegający blokowaniu kół.

ACC Adaptacyjny tempomat. Urządzenie utrzymujące odpowiednią bezpieczną odległość między poruszającymi się pojazdami.

AD Zautomatyzowana jazda. Zautomatyzowany system jazdy to termin używany przez Mercedesa.

ADAS Zaawansowany system wspomagania kierowcy. Rozbudowany system obsługi sterowników (jak rozwiązania Nvidia)

ZAPYTAJ Zaawansowany inteligentny tempomat. Adaptacyjny tempomat oparty na radarze

SIERPIEŃ System automatycznego sterowania pojazdem. Zautomatyzowany system nadzoru i jazdy (np. na parkingu)

DIV Inteligentne pojazdy bezzałogowe. Inteligentne samochody bez kierowców

ECS Elementy i układy elektroniczne. Ogólna nazwa sprzętu elektronicznego

Internet przedmiotów Internet przedmiotów. Internet przedmiotów

JEGO Inteligentne systemy transportowe. Inteligentne Systemy Transportowe

PROWADZIĆ Wykrywanie światła i zasięg. Urządzenie, które działa podobnie do radaru - łączy w sobie laser i teleskop.

LKAS System utrzymania pasa ruchu. Asystent utrzymania pasa ruchu

V2I Infrastruktura pojazdów. Komunikacja między pojazdem a infrastrukturą

V2V Pojazd do pojazdu. Komunikacja między pojazdami

Plan obejmuje m.in. stworzenie infrastruktury wspierającej komunikację między pojazdami; do tych celów zostanie przydzielona częstotliwość 700 MHz.

Te informacje nie tylko pokazują, że Niemcy poważnie traktują rozwój motoryzacja bez kierowców. Swoją drogą pozwala to ludziom zrozumieć, że pojazdy bezzałogowe to nie tylko same pojazdy, ultranowoczesne samochody nafaszerowane czujnikami i radarami, ale także całe systemy administracyjne, infrastrukturalne i komunikacyjne. Nie ma sensu jeździć jednym samochodem.

Mnóstwo danych

Działanie instalacji gazowej wymaga systemu czujników i procesorów (1) do wykrywania, przetwarzania danych i szybkiego reagowania. Wszystko to powinno odbywać się równolegle w odstępach milisekundowych. Kolejnym wymaganiem stawianym sprzętowi jest niezawodność i wysoka czułość.

Na przykład kamery muszą mieć wysoką rozdzielczość, aby rozpoznawać drobne szczegóły. Dodatkowo wszystko to musi być trwałe, odporne na różne warunki, temperatury, wstrząsy i ewentualne uderzenia.

Nieunikniona konsekwencja wprowadzenia samochody bez kierowców to wykorzystanie technologii Big Data, czyli pozyskiwanie, filtrowanie, ocenianie i udostępnianie ogromnych ilości danych w krótkim czasie. Ponadto systemy muszą być bezpieczne, odporne na zewnętrzne ataki i zakłócenia mogące prowadzić do poważnych awarii.

Samochody bez kierowców będą jeździć tylko po specjalnie przygotowanych drogach. Rozmyte i niewidoczne linie na drodze nie wchodzą w grę. Inteligentne technologie komunikacyjne – car-to-car i car-to-infrastructure, znane również jako V2V i V2I, umożliwiają wymianę informacji pomiędzy poruszającymi się pojazdami a otoczeniem.

To właśnie w nich naukowcy i projektanci widzą znaczny potencjał, jeśli chodzi o rozwój samochodów autonomicznych. V2V wykorzystuje częstotliwość 5,9 GHz, wykorzystywaną również przez Wi-Fi, w paśmie 75 MHz o zasięgu 1000 m. Komunikacja V2I to coś znacznie bardziej złożonego i nie polega tylko na bezpośredniej komunikacji z elementami infrastruktury drogowej.

Jest to kompleksowa integracja i dostosowanie pojazdu do ruchu oraz interakcja z całym systemem zarządzania ruchem. Zazwyczaj pojazd bezzałogowy jest wyposażony w kamery, radary i specjalne czujniki, za pomocą których „odczuwa” i „czuje” świat zewnętrzny (2).

Do jego pamięci ładowane są szczegółowe mapy, dokładniejsze niż tradycyjna nawigacja samochodowa. Systemy nawigacji GPS w pojazdach bez kierowcy muszą być niezwykle dokładne. Liczy się dokładność do kilkunastu centymetrów. W ten sposób maszyna przykleja się do pasa.

1. Budowa autonomicznego samochodu

Świat czujników i ultraprecyzyjnych map

Za to, że samo auto trzyma się drogi odpowiada system czujników. Zwykle po bokach przedniego zderzaka znajdują się również dwa dodatkowe radary, które wykrywają inne pojazdy zbliżające się z obu stron na skrzyżowaniu. Cztery lub więcej innych czujników jest zainstalowanych w rogach nadwozia w celu monitorowania ewentualnych przeszkód.

2. Co widzi i czuje autonomiczny samochód

Przedni aparat o 90-stopniowym polu widzenia rozpoznaje kolory, więc odczyta sygnały drogowe i znaki drogowe. Czujniki odległości w samochodach pomogą Ci zachować odpowiednią odległość od innych pojazdów na drodze.

Ponadto dzięki radarowi samochód zachowa dystans od innych pojazdów. Jeśli nie wykryje innych pojazdów w promieniu 30m, będzie mógł zwiększyć swoją prędkość.

Inne czujniki pomogą wyeliminować tzw. Martwe punkty na trasie i wykrywanie obiektów w odległości porównywalnej z długością dwóch boisk piłkarskich w każdym kierunku. Technologie bezpieczeństwa będą szczególnie przydatne na ruchliwych ulicach i skrzyżowaniach. Aby dodatkowo chronić samochód przed kolizjami, jego prędkość maksymalna zostanie ograniczona do 40 km/h.

W samochód bez kierowcy Sercem Google i najważniejszym elementem projektu jest 64-wiązkowy laser Velodyne zamontowany na dachu pojazdu. Urządzenie obraca się bardzo szybko, dzięki czemu pojazd „widzi” wokół siebie obraz 360 stopni.

W każdej sekundzie rejestrowanych jest 1,3 miliona punktów wraz z odległością i kierunkiem ruchu. Tworzy to trójwymiarowy model świata, który system porównuje z mapami w wysokiej rozdzielczości. W efekcie tworzone są trasy, za pomocą których samochód omija przeszkody i przestrzega zasad ruchu drogowego.

Ponadto system otrzymuje informacje z czterech radarów umieszczonych z przodu iz tyłu samochodu, które określają położenie innych pojazdów i obiektów, które mogą niespodziewanie pojawić się na drodze. Kamera umieszczona obok lusterka wstecznego rejestruje światła i znaki drogowe oraz stale monitoruje pozycję pojazdu.

Jego pracę uzupełnia system inercyjny, który przejmuje śledzenie pozycji wszędzie tam, gdzie nie dociera sygnał GPS - w tunelach, między wysokimi budynkami czy na parkingach. Używane do prowadzenia samochodu: zdjęcia zebrane podczas tworzenia bazy danych w postaci Google Street View to szczegółowe zdjęcia ulic miast z 48 krajów świata.

To oczywiście nie wystarczy do bezpiecznej jazdy i trasy, którą pokonują samochody Google (głównie w stanach Kalifornia i Nevada, gdzie jazda jest dozwolona pod pewnymi warunkami). samochody bez kierowcy) są dokładnie rejestrowane z wyprzedzeniem podczas specjalnych podróży. Google Cars współpracuje z czterema warstwami danych wizualnych.

Dwa z nich to ultraprecyzyjne modele terenu, po którym porusza się pojazd. Trzeci zawiera szczegółowy plan działania. Czwarty to dane porównania stałych elementów krajobrazu z ruchomymi (3). Do tego dochodzą algorytmy wywodzące się z psychologii ruchu, np. sygnalizujące przy małym wjeździe, że chce się przejechać przez skrzyżowanie.

Być może w w pełni zautomatyzowanym systemie drogowym przyszłości bez ludzi, którym trzeba coś tłumaczyć, okaże się to zbędne, a pojazdy będą poruszać się według przyjętych z góry zasad i ściśle określonych algorytmów.

3. Jak Auto Car Google widzi swoje otoczenie

Poziomy automatyzacji

Stopień automatyzacji pojazdów oceniany jest według trzech podstawowych kryteriów. Pierwsza dotyczy zdolności systemu do przejęcia kontroli nad pojazdem, zarówno podczas jazdy do przodu, jak i podczas manewrowania. Drugie kryterium dotyczy osoby znajdującej się w pojeździe i jej zdolności do robienia czegoś innego niż prowadzenie pojazdu.

Trzecie kryterium dotyczy zachowania samego samochodu i jego zdolności „rozumienia” tego, co dzieje się na drodze. Międzynarodowe Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacji (SAE International) klasyfikuje automatyzację transportu drogowego na sześć poziomów.

Z punktu widzenia automatyzacja od 0 do 2 głównym czynnikiem odpowiedzialnym za kierowanie jest człowiek-kierowca (4). Do najbardziej zaawansowanych rozwiązań na tym poziomie należy tempomat adaptacyjny (ACC), opracowany przez firmę Bosch i coraz częściej stosowany w pojazdach luksusowych.

W przeciwieństwie do tradycyjnego tempomatu, który wymaga od kierowcy ciągłego monitorowania odległości do poprzedzającego pojazdu, wykonuje on minimalną ilość pracy za kierowcę. Szereg czujników, radarów oraz ich współdziałanie ze sobą oraz z innymi układami pojazdu (m.in. napędowym, hamulcowym) sprawiają, że samochód wyposażony w adaptacyjny tempomat nie tylko utrzymuje zadaną prędkość, ale także bezpieczną odległość od poprzedzającego pojazdu.

4. Poziomy automatyzacji w samochodach wg SAE i NHTSA

System wyhamuje pojazd w razie potrzeby i zwolnij samaby uniknąć kolizji z tyłem poprzedzającego pojazdu. Gdy warunki drogowe ustabilizują się, pojazd ponownie przyspiesza do ustawionej prędkości.

Urządzenie jest bardzo przydatne na autostradzie i zapewnia znacznie wyższy poziom bezpieczeństwa niż tradycyjny tempomat, który może być bardzo niebezpieczny, jeśli jest używany niewłaściwie. Kolejnym zaawansowanym rozwiązaniem stosowanym na tym poziomie jest LDW (Lane Departure Warning, Lane Assist), aktywny system mający na celu poprawę bezpieczeństwa jazdy poprzez ostrzeganie o niezamierzonym opuszczeniu pasa ruchu.

Polega na analizie obrazu - kamera podłączona do komputera monitoruje znaki ograniczające pas ruchu i we współpracy z różnymi czujnikami ostrzega kierowcę (np. wibracją siedzenia) o zmianie pasa ruchu bez włączania kierunkowskazu.

Na wyższych poziomach automatyzacji, od 3 do 5, sukcesywnie wprowadzane są kolejne rozwiązania. Poziom 3 jest znany jako „automatyzacja warunkowa”. Pojazd wtedy zdobywa wiedzę, czyli zbiera dane o otoczeniu.

Oczekiwany czas reakcji człowieka-kierowcy w tym wariancie wydłużył się do kilku sekund, podczas gdy na niższych poziomach był to zaledwie sekunda. System pokładowy sam steruje pojazdem i tylko w razie potrzeby powiadamia osobę o koniecznej interwencji.

Ci drudzy mogą jednak robić coś zupełnie innego, na przykład czytać lub oglądać film, będąc gotowym do jazdy tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Na poziomach 4 i 5 szacowany czas reakcji człowieka wzrasta do kilku minut, ponieważ samochód nabywa zdolność samodzielnego reagowania na całej drodze.

Wtedy osoba może całkowicie przestać interesować się jazdą i np. iść spać. Przedstawiona klasyfikacja SAE jest również swego rodzaju schematem automatyki pojazdu. Nie tylko ten. Amerykańska Agencja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA) stosuje podział na pięć poziomów, od w pełni ludzkiego – 0 do w pełni zautomatyzowanego – 4.