Як працює система безпілотного водіння
Уряд Німеччини нещодавно оголосив, що хоче сприяти розвитку технологій та планує створити на автомагістралях спеціалізовану інфраструктуру. Олександр Добріндт, міністр транспорту Німеччини, оголосив, що ділянка автомагістралі A9 з Берліна до Мюнхена буде побудована таким чином, щоб автономні автомобілі могли з комфортом подорожувати по всьому маршруту.
Глосарій скорочень
ABS Антиблокувальна система. Система, що використовується в автомобілях для запобігання блокуванню коліс.
ACC Адаптивний круїз-контроль. Пристрій, що підтримує відповідну безпечну дистанцію між автомобілями, що рухаються.
AD Автоматизоване керування. Автоматизована система водіння - термін, який використовується Mercedes.
ADAS Розширена система допомоги водієві. Розширена система підтримки драйверів (наприклад, рішення Nvidia)
ASSK Вдосконалений інтелектуальний круїз-контроль. Адаптивний круїз-контроль на основі радара
AVGS Автоматична система керування транспортним засобом. Автоматизована система спостереження та водіння (наприклад, на автостоянці)
DIV Безпілотні інтелектуальні автомобілі. Розумні автомобілі без водіїв
ECS Електронні компоненти та системи. Загальна назва електронного обладнання
IoT Інтернет речей Інтернет речей
ЙОГО Інтелектуальні транспортні системи Інтелектуальні транспортні системи
ЛІДАР Виявлення світла та ранжування. Пристрій, що працює аналогічно радару - воно поєднує лазер і телескоп.
LKAS Система допомоги при утриманні у смузі руху. Система утримання смуги руху
V2I Автомобіль-інфраструктури. Зв'язок між транспортним засобом та інфраструктурою
V2V Транспортний засіб до транспортного засобу Зв'язок між транспортними засобами
План включає, серед іншого, створення інфраструктури для підтримки зв'язку між транспортними засобами; для цих цілей буде виділено частоту 700 МГц.
Ця інформація не тільки показує, що Німеччина серйозно ставиться до розвитку моторизація без водіїв. До речі, це дає людям зрозуміти, що безпілотні автомобілі — це не лише самі транспортні засоби, ультрасучасні машини, напхані датчиками та радарами, а й цілі адміністративні, інфраструктурні та комунікаційні системи. Їздити на одній машині немає сенсу.
Багато даних
Для роботи газової системи потрібна система датчиків та процесорів (1) для виявлення, обробки даних та швидкого реагування. Все це має відбуватися паралельно із мілісекундними інтервалами. Ще однією вимогою до обладнання є надійність та висока чутливість.
Камери, наприклад, повинні мати високу роздільну здатність, щоб розпізнавати дрібні деталі. Крім того, все це має бути міцним, стійким до різних умов, температур, ударів та можливих впливів.
Неминучим наслідком запровадження автомобілі без водіїв є використання технології Big Data, тобто отримання, фільтрація, оцінка та розподіл величезних обсягів даних за короткий час. Крім того, системи повинні бути безпечними, стійкими до зовнішніх атак та втручань, які можуть призвести до великих аварій.
Автомобілі без водіїв вони їздитимуть лише спеціально підготовленими дорогами. Про розмиті і невидимі лінії на дорозі не може бути й мови. Інтелектуальні комунікаційні технології — «автомобіль-автомобіль» і «автомобіль-інфраструктура», також відомі як V2V і V2I, дозволяють обмінюватися інформацією між транспортними засобами, що рухаються, і навколишнім середовищем.
Саме в них вчені та дизайнери бачать значний потенціал, коли йдеться про розробку автономних автомобілів. V2V використовує частоту 5,9 ГГц, також використовувану в Wi-Fi, в діапазоні 75 МГц з дальністю 1000 м. Зв'язок V2I є чимось складнішим і полягає не тільки в прямому зв'язку з елементами дорожньої інфраструктури.
Це комплексна інтеграція та адаптація автомобіля до руху та взаємодія з усією системою управління дорожнім рухом. Зазвичай безпілотний автомобіль оснащується камерами, радарами та спеціальними датчиками, за допомогою яких він сприймає і відчуває зовнішній світ (2).
У його пам'ять завантажуються докладні карти, точніші, ніж традиційна автомобільна навігація. Системи GPS-навігації у транспортних засобах без водія мають бути надзвичайно точними. Точність до десятка або близько сантиметрів має значення. Таким чином, машина прилипає до ременя.
1. Будівництво автономного автомобіля
Світ сенсорів та надточних карт
За те, що автомобіль сам прилипає до дороги, відповідає система датчиків. Також зазвичай є два додаткові радари з боків переднього бампера для виявлення інших транспортних засобів, що наближаються з обох боків на перехресті. Чотири або більше інших датчиків встановлено по кутах кузова для відстеження можливих перешкод.
2. Що бачить та відчуває автономний автомобіль
Фронтальна камера з кутом огляду 90 градусів розпізнає кольори, тому читатиме сигнали світлофора та дорожні знаки. Датчики відстані в автомобілях допоможуть підтримувати належну відстань від інших транспортних засобів на дорозі.
Також завдяки радару автомобіль триматиме дистанцію до інших транспортних засобів. Якщо він не виявить інших автомобілів у радіусі 30 метрів, він зможе збільшити швидкість.
Інші датчики допоможуть усунути т.зв. Сліпі зони вздовж маршруту та виявлення об'єктів на відстані, порівнянному із довжиною двох футбольних полів у кожному напрямку. Технології безпеки будуть особливо корисні на пожвавлених вулицях та перехрестях. Для додаткового захисту автомобіля від зіткнення його максимальна швидкість буде обмежена 40 км/год.
W машина без водія серцем, створеним Google, та найважливішим елементом конструкції є 64-променевий лазер Velodyne, встановлений на даху транспортного засобу. Пристрій обертається дуже швидко, тому транспортний засіб бачить навколо себе 360-градусне зображення.
Кожну секунду записується 1,3 мільйона точок разом з їхньою відстанню та напрямком руху. При цьому створюється 3D модель світу, яку система порівнює з картами високої роздільної здатності. В результаті створюються маршрути, за допомогою яких автомобіль об'їжджає перешкоди та дотримується правил дорожнього руху.
Крім того, система отримує інформацію від чотирьох радарів, розташованих спереду та позаду автомобіля, які визначають положення інших транспортних засобів та об'єктів, які можуть несподівано опинитися на дорозі. Камера, розташована поруч із дзеркалом заднього виду, вловлює вогні та дорожні знаки та постійно відстежує положення автомобіля.
Його робота доповнюється інерційною системою, яка бере на себе відстеження положення скрізь, де не досягає сигналу GPS — у тунелях, між високими будівлями або на парковках. Для керування автомобілем використовуються: зображення, зібрані під час створення бази даних, викладеної у вигляді Google Street View – це докладні фотографії міських вулиць із 48 країн світу.
Звичайно, цього недостатньо для безпечного водіння та маршруту, використовуваного автомобілями Google (переважно в штатах Каліфорнія та Невада, де рух дозволено за певних умов). автомобілі без водія), що точно записуються заздалегідь під час спеціальних поїздок. Автомобілі Google працюють із чотирма шарами візуальних даних.
Два з них є надточними моделями місцевості, якою рухається транспортний засіб. Третій містить докладну дорожню карту. Четвертий – дані порівняння нерухомих елементів ландшафту з рухомими (3). Крім того, існують алгоритми, що випливають із психології дорожнього руху, наприклад, подача сигналу при невеликому під'їзді про те, що ви хочете перетнути перехрестя.
Можливо, у повністю автоматизованій дорожній системі майбутнього без людей, яким треба щось дати зрозуміти, вона виявиться надмірною, і транспортні засоби рухатимуться за заздалегідь прийнятими правилами та суворо описаними алгоритмами.
3. Як автоматичний автомобіль Google бачить своє оточення
Рівні автоматизації
Рівень автоматизації автомобіля оцінюється за трьома основними критеріями. Перший стосується можливості системи взяти на себе керування транспортним засобом як під час руху вперед, так і при маневруванні. Другий критерій стосується людини у транспортному засобі та її здатності займатися чимось іншим, крім керування транспортним засобом.
Третій критерій передбачає поведінку самого автомобіля та його здатність «розуміти», що відбувається на дорозі. Міжнародна асоціація автомобільних інженерів (SAE International) класифікує автоматизацію дорожнього транспорту за шістьма рівнями.
З точки зору автоматизація від 0 до 2 основним фактором, відповідальним за керування, є людина-водій (4). Найсучасніші рішення на цих рівнях включають Адаптивний круїз-контроль (ACC), розроблений Bosch і дедалі частіше використовується в автомобілях класу люкс.
На відміну від традиційного круїз-контролю, що вимагає від водія постійного контролю дистанції до автомобіля, що йде попереду, він також виконує за водія мінімальний обсяг роботи. Ряд датчиків, радарів та їх сполучення один з одним та з іншими системами автомобіля (включаючи привід, гальмування) змушують автомобіль, оснащений адаптивним круїз-контролем, підтримувати не тільки задану швидкість руху, але й безпечну дистанцію до автомобіля, що йде попереду.
4. Рівні автоматизації в автомобілях по SAE та NHTSA
Система буде гальмувати автомобіль у міру необхідності та поодинці знизить швидкістьщоб уникнути зіткнення з задньою частиною автомобіля, що йде. Коли дорожні умови стабілізуються, автомобіль розганяється до заданої швидкості.
Пристрій дуже корисний на шосе і забезпечує набагато більший рівень безпеки, ніж традиційний круїз-контроль, який може бути дуже небезпечним у разі неправильного використання. Ще одним передовим рішенням, що використовується на цьому рівні, є LDW (Lane Departure Warning, Lane Assist) - активна система, призначена для підвищення безпеки керування за рахунок попередження про ненавмисний виїзд за межі своєї смуги руху.
Він заснований на аналізі зображення - камера, з'єднана з комп'ютером, відстежує знаки, що обмежують смугу руху, та у взаємодії з різними датчиками попереджає водія (наприклад, вібрацією сидіння) про зміну смуги руху, не включаючи індикатор.
На вищих рівнях автоматизації, від 3 до 5, поступово запроваджується більше рішень. Рівень 3 відомий як умовна автоматизація. Потім транспортний засіб отримує знання, тобто збирає дані про довкілля.
Очікуваний час необхідної реакції людини-водія в цьому варіанті збільшено до декількох секунд, тоді як на нижчих рівнях воно становило всього секунду. Бортова система сама керує автомобілем і лише за необхідності повідомляє людину про необхідне втручання.
Останній, однак, може взагалі займатися чимось іншим, наприклад, читати чи дивитися фільм, будучи готовим сісти за кермо лише тоді, коли це потрібно. На рівнях 4 і 5 передбачуваний час реакції людини збільшується до декількох хвилин, оскільки автомобіль набуває здатності реагувати незалежно протягом усього шляху.
Потім людина може повністю перестати цікавитися керуванням і, наприклад, піти спати. Представлена класифікація SAE також є планом автоматизації автомобіля. Чи не єдиний. Американське агентство з безпеки дорожнього руху (NHTSA) використовує поділ на п'ять рівнів, від цілком людинозалежного – 0 до повністю автоматизованого – 4.
