Πώς λειτουργεί το σύστημα αυτόνομης οδήγησης

Η γερμανική κυβέρνηση ανακοίνωσε πρόσφατα ότι θέλει να προωθήσει την ανάπτυξη της τεχνολογίας και σχεδιάζει να δημιουργήσει εξειδικευμένες υποδομές στους αυτοκινητόδρομους. Ο Γερμανός υπουργός Μεταφορών Alexander Dobrindt ανακοίνωσε ότι το τμήμα του αυτοκινητόδρομου Α9 από το Βερολίνο στο Μόναχο θα κατασκευαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε τα αυτόνομα αυτοκίνητα να μπορούν να ταξιδεύουν άνετα σε όλη τη διαδρομή.

Γλωσσάρι συντομογραφιών

ABS Σύστημα αντιμπλοκαρίσματος. Ένα σύστημα που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα για την αποτροπή μπλοκαρίσματος των τροχών.

ACC Προσαρμοστικό cruise control. Μια συσκευή που διατηρεί την κατάλληλη απόσταση ασφαλείας μεταξύ των κινούμενων οχημάτων.

AD Αυτοματοποιημένη οδήγηση. Το αυτοματοποιημένο σύστημα οδήγησης είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται από τη Mercedes.

ADAS Προηγμένο σύστημα υποβοήθησης οδηγού. Εκτεταμένο σύστημα υποστήριξης προγραμμάτων οδήγησης (όπως λύσεις Nvidia)

ASSK Προηγμένο έξυπνο cruise control. Προσαρμοστικό cruise control με βάση ραντάρ

ΑΥΓ Αυτόματο σύστημα ελέγχου οχήματος. Αυτοματοποιημένο σύστημα επιτήρησης και οδήγησης (για παράδειγμα, σε χώρο στάθμευσης αυτοκινήτων)

DIV Μη επανδρωμένα έξυπνα οχήματα. Έξυπνα αυτοκίνητα χωρίς οδηγούς

ECS Ηλεκτρονικά εξαρτήματα και συστήματα. Γενική ονομασία για ηλεκτρονικό εξοπλισμό

IoT Το διαδίκτυο των πραγμάτων. το διαδίκτυο των πραγμάτων

ΤΟΥ Ευφυή συστήματα μεταφορών. Ευφυή Συστήματα Μεταφορών

lidar Ανίχνευση φωτός και εμβέλεια. Μια συσκευή που λειτουργεί παρόμοια με ένα ραντάρ - συνδυάζει ένα λέιζερ και ένα τηλεσκόπιο.

ΛΚΑΣ Σύστημα υποβοήθησης διατήρησης λωρίδας κυκλοφορίας. Lane Keeping Assist

V2I Οχήματα-υποδομή. Επικοινωνία μεταξύ οχήματος και υποδομής

V2V Όχημα σε όχημα. Επικοινωνία μεταξύ οχημάτων

Το σχέδιο περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, τη δημιουργία υποδομής για την υποστήριξη της επικοινωνίας μεταξύ των οχημάτων. Για τους σκοπούς αυτούς, θα εκχωρηθεί συχνότητα 700 MHz.

Αυτές οι πληροφορίες δεν δείχνουν μόνο ότι η Γερμανία αντιμετωπίζει σοβαρά την ανάπτυξη μηχανοκίνηση χωρίς οδηγούς. Παρεμπιπτόντως, αυτό κάνει τους ανθρώπους να καταλάβουν ότι τα μη επανδρωμένα οχήματα δεν είναι μόνο οχήματα, υπερσύγχρονα αυτοκίνητα γεμάτα με αισθητήρες και ραντάρ, αλλά και ολόκληρα διοικητικά συστήματα, υποδομές και συστήματα επικοινωνίας. Δεν έχει νόημα να οδηγείς ένα αυτοκίνητο.

Πολλά δεδομένα

Η λειτουργία ενός συστήματος αερίου απαιτεί ένα σύστημα αισθητήρων και επεξεργαστών (1) για ανίχνευση, επεξεργασία δεδομένων και ταχεία απόκριση. Όλα αυτά θα πρέπει να συμβαίνουν παράλληλα σε διαστήματα χιλιοστών του δευτερολέπτου. Μια άλλη απαίτηση για τον εξοπλισμό είναι η αξιοπιστία και η υψηλή ευαισθησία.

Οι κάμερες, για παράδειγμα, πρέπει να είναι υψηλής ανάλυσης για να αναγνωρίζουν λεπτές λεπτομέρειες. Επιπλέον, όλα αυτά πρέπει να είναι ανθεκτικά, ανθεκτικά σε διάφορες συνθήκες, θερμοκρασίες, κραδασμούς και πιθανές κρούσεις.

Αναπόφευκτη συνέπεια της εισαγωγής αυτοκίνητα χωρίς οδηγούς είναι η χρήση της τεχνολογίας Big Data, δηλαδή η απόκτηση, το φιλτράρισμα, η αξιολόγηση και η κοινή χρήση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, τα συστήματα πρέπει να είναι ασφαλή, ανθεκτικά σε εξωτερικές επιθέσεις και παρεμβολές που μπορούν να οδηγήσουν σε μεγάλα ατυχήματα.

Αυτοκίνητα χωρίς οδηγούς θα οδηγούν μόνο σε ειδικά προετοιμασμένους δρόμους. Θολές και αόρατες γραμμές στο δρόμο δεν συζητούνται. Οι ευφυείς τεχνολογίες επικοινωνίας – car-to-car και car-to-infrastructure, επίσης γνωστές ως V2V και V2I, επιτρέπουν την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των κινούμενων οχημάτων και του περιβάλλοντος.

Σε αυτά είναι που οι επιστήμονες και οι σχεδιαστές βλέπουν σημαντικές δυνατότητες όσον αφορά την ανάπτυξη αυτόνομων αυτοκινήτων. Το V2V χρησιμοποιεί τη συχνότητα 5,9 GHz, που χρησιμοποιείται και από το Wi-Fi, στη ζώνη των 75 MHz με εμβέλεια 1000 m. Η επικοινωνία V2I είναι κάτι πολύ πιο περίπλοκο και δεν περιλαμβάνει μόνο άμεση επικοινωνία με στοιχεία οδικής υποδομής.

Πρόκειται για μια ολοκληρωμένη ενσωμάτωση και προσαρμογή του οχήματος στην κυκλοφορία και αλληλεπίδραση με ολόκληρο το σύστημα διαχείρισης της κυκλοφορίας. Συνήθως, ένα μη επανδρωμένο όχημα είναι εξοπλισμένο με κάμερες, ραντάρ και ειδικούς αισθητήρες με τους οποίους «αντιλαμβάνεται» και «αισθάνεται» τον έξω κόσμο (2).

Λεπτομερείς χάρτες φορτώνονται στη μνήμη του, πιο ακριβείς από την παραδοσιακή πλοήγηση αυτοκινήτου. Τα συστήματα πλοήγησης GPS σε οχήματα χωρίς οδηγό πρέπει να είναι εξαιρετικά ακριβή. Η ακρίβεια σε καμιά δεκαριά εκατοστά έχει σημασία. Έτσι, το μηχάνημα κολλάει στον ιμάντα.

1. Κατασκευή αυτόνομου αυτοκινήτου

Ο κόσμος των αισθητήρων και των εξαιρετικά ακριβών χαρτών

Για το γεγονός ότι το ίδιο το αυτοκίνητο κολλάει στο δρόμο, ευθύνεται το σύστημα αισθητήρων. Υπάρχουν επίσης συνήθως δύο επιπλέον ραντάρ στις πλευρές του μπροστινού προφυλακτήρα για την ανίχνευση άλλων οχημάτων που πλησιάζουν και από τις δύο πλευρές σε μια διασταύρωση. Τέσσερις ή περισσότεροι άλλοι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι στις γωνίες του σώματος για να παρακολουθούν πιθανά εμπόδια.

2. Τι βλέπει και τι αισθάνεται ένα αυτόνομο αυτοκίνητο

Η μπροστινή κάμερα με οπτικό πεδίο 90 μοιρών αναγνωρίζει τα χρώματα, επομένως θα διαβάζει τα σήματα κυκλοφορίας και τα οδικά σήματα. Οι αισθητήρες απόστασης στα αυτοκίνητα θα σας βοηθήσουν να διατηρήσετε τη σωστή απόσταση από άλλα οχήματα στο δρόμο.

Επίσης, χάρη στο ραντάρ, το αυτοκίνητο θα κρατήσει απόσταση από άλλα οχήματα. Εάν δεν εντοπίσει άλλα οχήματα σε ακτίνα 30 μέτρων, θα μπορεί να αυξήσει την ταχύτητά του.

Άλλοι αισθητήρες θα βοηθήσουν στην εξάλειψη των λεγόμενων. Τυφλά σημεία κατά μήκος της διαδρομής και ανίχνευση αντικειμένων σε απόσταση συγκρίσιμη με το μήκος δύο γηπέδων ποδοσφαίρου σε κάθε κατεύθυνση. Οι τεχνολογίες ασφαλείας θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμες σε πολυσύχναστους δρόμους και διασταυρώσεις. Για περαιτέρω προστασία του αυτοκινήτου από συγκρούσεις, η τελική του ταχύτητα θα περιοριστεί στα 40 km/h.

W αυτοκίνητο χωρίς οδηγό Η καρδιά της Google και το πιο σημαντικό στοιχείο του σχεδιασμού είναι ένα λέιζερ Velodyne 64 ακτίνων τοποθετημένο στην οροφή του οχήματος. Η συσκευή περιστρέφεται πολύ γρήγορα, έτσι το όχημα «βλέπει» μια εικόνα 360 μοιρών γύρω της.

Κάθε δευτερόλεπτο καταγράφονται 1,3 εκατομμύρια σημεία μαζί με την απόσταση και την κατεύθυνση της κίνησής τους. Αυτό δημιουργεί ένα τρισδιάστατο μοντέλο του κόσμου, το οποίο το σύστημα συγκρίνει με χάρτες υψηλής ανάλυσης. Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται διαδρομές με τη βοήθεια των οποίων το αυτοκίνητο περνάει γύρω από εμπόδια και ακολουθεί τους κανόνες του δρόμου.

Επιπλέον, το σύστημα λαμβάνει πληροφορίες από τέσσερα ραντάρ που βρίσκονται μπροστά και πίσω από το αυτοκίνητο, τα οποία καθορίζουν τη θέση άλλων οχημάτων και αντικειμένων που μπορεί να εμφανιστούν απροσδόκητα στο δρόμο. Μια κάμερα που βρίσκεται δίπλα στον καθρέφτη λαμβάνει φώτα και οδικές πινακίδες και παρακολουθεί συνεχώς τη θέση του οχήματος.

Το έργο του συμπληρώνεται από ένα αδρανειακό σύστημα που αναλαμβάνει την παρακολούθηση θέσης όπου δεν φτάνει το σήμα GPS - σε σήραγγες, ανάμεσα σε ψηλά κτίρια ή σε χώρους στάθμευσης. Χρησιμοποιείται για την οδήγηση αυτοκινήτου: οι εικόνες που συλλέγονται κατά τη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων με τη μορφή του Google Street View είναι λεπτομερείς φωτογραφίες των δρόμων της πόλης από 48 χώρες σε όλο τον κόσμο.

Φυσικά, αυτό δεν αρκεί για την ασφαλή οδήγηση και τη διαδρομή που χρησιμοποιούν τα αυτοκίνητα της Google (κυρίως στις πολιτείες της Καλιφόρνια και της Νεβάδα, όπου η οδήγηση επιτρέπεται υπό ορισμένες προϋποθέσεις). αυτοκίνητα χωρίς οδηγό) καταγράφονται εκ των προτέρων με ακρίβεια κατά τη διάρκεια ειδικών ταξιδιών. Το Google Cars λειτουργεί με τέσσερα επίπεδα οπτικών δεδομένων.

Δύο από αυτά είναι εξαιρετικά ακριβή μοντέλα του εδάφους κατά μήκος του οποίου κινείται το όχημα. Το τρίτο περιέχει έναν λεπτομερή οδικό χάρτη. Το τέταρτο είναι τα δεδομένα σύγκρισης σταθερών στοιχείων του τοπίου με κινούμενα (3). Επιπλέον, υπάρχουν αλγόριθμοι που απορρέουν από την ψυχολογία της κυκλοφορίας, για παράδειγμα, σηματοδότηση σε μια μικρή είσοδο ότι θέλετε να διασχίσετε μια διασταύρωση.

Ίσως, σε ένα πλήρως αυτοματοποιημένο οδικό σύστημα του μέλλοντος χωρίς άτομα που πρέπει να καταλάβουν κάτι, θα αποδειχθεί περιττό και τα οχήματα θα κινούνται σύμφωνα με προκαθορισμένους κανόνες και αυστηρά περιγραφόμενους αλγόριθμους.

3. Πώς βλέπει το αυτοκίνητο της Google το περιβάλλον του

Επίπεδα αυτοματισμού

Το επίπεδο αυτοματισμού του οχήματος αξιολογείται σύμφωνα με τρία θεμελιώδη κριτήρια. Το πρώτο σχετίζεται με την ικανότητα του συστήματος να αναλαμβάνει τον έλεγχο του οχήματος, τόσο όταν κινείται προς τα εμπρός όσο και όταν κάνει ελιγμούς. Το δεύτερο κριτήριο αφορά το άτομο στο όχημα και την ικανότητά του να κάνει κάτι διαφορετικό από το να οδηγεί το όχημα.

Το τρίτο κριτήριο αφορά τη συμπεριφορά του ίδιου του αυτοκινήτου και την ικανότητά του να «καταλαβαίνει» τι συμβαίνει στο δρόμο. Η Διεθνής Ένωση Μηχανικών Αυτοκινήτου (SAE International) ταξινομεί τους αυτοματισμούς οδικών μεταφορών σε έξι επίπεδα.

Όσον αφορά το αυτοματοποίηση από 0 έως 2 ο κύριος παράγοντας που ευθύνεται για την οδήγηση είναι ο άνθρωπος οδηγός (4). Οι πιο προηγμένες λύσεις σε αυτά τα επίπεδα περιλαμβάνουν το Adaptive Cruise Control (ACC), που αναπτύχθηκε από τη Bosch και χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε πολυτελή οχήματα.

Σε αντίθεση με το παραδοσιακό cruise control, το οποίο απαιτεί από τον οδηγό να παρακολουθεί συνεχώς την απόσταση από το προπορευόμενο όχημα, κάνει επίσης ελάχιστη δουλειά για τον οδηγό. Ένας αριθμός αισθητήρων, ραντάρ και η διασύνδεσή τους μεταξύ τους και με άλλα συστήματα οχημάτων (συμπεριλαμβανομένης της κίνησης, της πέδησης) κάνουν ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο με προσαρμοστικό cruise control όχι μόνο να διατηρεί μια καθορισμένη ταχύτητα, αλλά και μια ασφαλή απόσταση από το προπορευόμενο όχημα.

4. Επίπεδα αυτοματισμού σε αυτοκίνητα σύμφωνα με SAE και NHTSA

Το σύστημα θα φρενάρει το όχημα όπως χρειάζεται και επιβραδύνετε μόνοιγια την αποφυγή σύγκρουσης με το πίσω μέρος του προπορευόμενου οχήματος. Όταν οι συνθήκες του δρόμου σταθεροποιηθούν, το όχημα επιταχύνει ξανά στην καθορισμένη ταχύτητα.

Η συσκευή είναι πολύ χρήσιμη στον αυτοκινητόδρομο και παρέχει πολύ υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας από το παραδοσιακό cruise control, το οποίο μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνο εάν χρησιμοποιηθεί εσφαλμένα. Μια άλλη προηγμένη λύση που χρησιμοποιείται σε αυτό το επίπεδο είναι το LDW (Lane Departure Warning, Lane Assist), ένα ενεργό σύστημα που έχει σχεδιαστεί για να βελτιώνει την οδηγική ασφάλεια προειδοποιώντας σας εάν φύγετε ακούσια από τη λωρίδα σας.

Βασίζεται στην ανάλυση εικόνας - μια κάμερα συνδεδεμένη με υπολογιστή παρακολουθεί τα σήματα περιορισμού της λωρίδας και, σε συνεργασία με διάφορους αισθητήρες, προειδοποιεί τον οδηγό (για παράδειγμα, με δόνηση του καθίσματος) για αλλαγή λωρίδας, χωρίς να ανάβει η ένδειξη.

Σε υψηλότερα επίπεδα αυτοματισμού, από 3 έως 5, εισάγονται σταδιακά περισσότερες λύσεις. Το επίπεδο 3 είναι γνωστό ως "υπο όρους αυτοματισμός". Στη συνέχεια το όχημα αποκτά γνώση, δηλαδή συλλέγει δεδομένα για το περιβάλλον.

Ο αναμενόμενος χρόνος αντίδρασης του ανθρώπινου οδηγού σε αυτή την παραλλαγή αυξάνεται σε αρκετά δευτερόλεπτα, ενώ σε χαμηλότερα επίπεδα ήταν μόνο ένα δευτερόλεπτο. Το ενσωματωμένο σύστημα ελέγχει το ίδιο το όχημα και μόνο αν χρειαστεί ειδοποιεί το άτομο για την απαραίτητη παρέμβαση.

Ο τελευταίος, ωστόσο, μπορεί να κάνει κάτι άλλο εντελώς, όπως να διαβάζει ή να παρακολουθεί μια ταινία, να είναι έτοιμος να οδηγήσει μόνο όταν είναι απαραίτητο. Στα επίπεδα 4 και 5, ο εκτιμώμενος χρόνος ανθρώπινης αντίδρασης αυξάνεται σε αρκετά λεπτά καθώς το αυτοκίνητο αποκτά την ικανότητα να αντιδρά ανεξάρτητα σε ολόκληρο το δρόμο.

Τότε ένα άτομο μπορεί να σταματήσει εντελώς να ενδιαφέρεται για την οδήγηση και, για παράδειγμα, να κοιμηθεί. Η ταξινόμηση SAE που παρουσιάζεται είναι επίσης ένα είδος σχεδίου αυτοματισμού οχημάτων. Όχι το μόνο. Η Αμερικανική Υπηρεσία Ασφάλειας Οδικής Κυκλοφορίας (NHTSA) χρησιμοποιεί μια διαίρεση σε πέντε επίπεδα, από πλήρως ανθρώπινο - 0 έως πλήρως αυτοματοποιημένο - 4.