כיצד פועלת מערכת נהיגה עצמית

ממשלת גרמניה הודיעה לאחרונה כי היא רוצה לקדם את פיתוח הטכנולוגיה ומתכננת ליצור תשתית מיוחדת בכבישים המהירים. אלכסנדר דוברינדט, שר התחבורה הגרמני, הודיע ​​כי קטע הכביש המהיר A9 מברלין למינכן ייבנה באופן שמכוניות אוטונומיות יוכלו לנסוע בנוחות לאורך כל המסלול.

מילון מונחים של קיצורים

ABS מערכת אנטי חסימה. מערכת המשמשת במכוניות למניעת נעילת גלגלים.

ACC בקרת שיוט אדפטיבית. מכשיר השומר על מרחק בטיחות מתאים בין כלי רכב בתנועה.

AD נהיגה אוטומטית. מערכת נהיגה אוטומטית היא מונח המשמש את מרצדס.

עדס מערכת סיוע לנהג מתקדמת. מערכת תמיכת מנהלי התקנים מורחבת (כמו פתרונות Nvidia)

ASSK בקרת שיוט חכמה מתקדמת. בקרת שיוט אדפטיבית מבוססת רדאר

AVGS מערכת בקרת רכב אוטומטית. מערכת מעקב ונהיגה אוטומטית (לדוגמה, בחניון)

DIV כלי רכב אינטליגנטיים בלתי מאוישים. מכוניות חכמות ללא נהגים

ECS רכיבים ומערכות אלקטרוניות. שם כללי לציוד אלקטרוני

IOT האינטרנט של הדברים. האינטרנט של הדברים

שֶׁלוֹ מערכות תחבורה חכמות. מערכות תחבורה חכמות

לידר זיהוי אור וטווח טווח. מכשיר שפועל בדומה לרדאר - הוא משלב לייזר וטלסקופ.

LKAS מערכת סיוע לשמירה על נתיב. מערכת שמירה על נתיב

V2I רכב-תשתית. תקשורת בין רכב ותשתית

V2V רכב לרכב. תקשורת בין כלי רכב

התוכנית כוללת, בין היתר, יצירת תשתית לתמיכה בתקשורת בין כלי רכב; למטרות אלו יוקצה תדר של 700 מגה-הרץ.

המידע הזה לא רק מראה שגרמניה רצינית לגבי הפיתוח מינוע ללא נהגים. אגב, זה גורם לאנשים להבין שכלי רכב בלתי מאוישים הם לא רק כלי רכב עצמם, מכוניות אולטרה-מודרניות ממולאות בחיישנים ומכ"מים, אלא גם מערכות ניהול, תשתית ותקשורת שלמות. זה לא הגיוני לנהוג במכונית אחת.

הרבה נתונים

הפעלת מערכת גז מצריכה מערכת חיישנים ומעבדים (1) לזיהוי, עיבוד נתונים ותגובה מהירה. כל זה צריך לקרות במקביל במרווחים של אלפיות שניות. דרישה נוספת לציוד היא אמינות ורגישות גבוהה.

מצלמות, למשל, צריכות להיות ברזולוציה גבוהה כדי לזהות פרטים עדינים. בנוסף, כל זה חייב להיות עמיד, עמיד בפני תנאים שונים, טמפרטורות, זעזועים והשפעות אפשריות.

תוצאה בלתי נמנעת של ההקדמה מכוניות ללא נהגים הוא שימוש בטכנולוגיית Big Data, כלומר השגה, סינון, הערכה ושיתוף של כמויות אדירות של נתונים בזמן קצר. בנוסף, על המערכות להיות מאובטחות, עמידות בפני התקפות חיצוניות והפרעות שעלולות להוביל לתאונות גדולות.

מכוניות ללא נהגים הם יסעו רק בכבישים שהוכנו במיוחד. קווים מטושטשים ובלתי נראים על הכביש אינם באים בחשבון. טכנולוגיות תקשורת חכמות – מכונית לרכב ותשתית מכונית לתשתית, המכונה גם V2V ו-V2I, מאפשרות חילופי מידע בין כלי רכב נעים לבין הסביבה.

מדענים ומעצבים רואים בהם פוטנציאל משמעותי בכל הקשור לפיתוח מכוניות אוטונומיות. V2V משתמש בתדר 5,9 גיגה-הרץ, המשמש גם את ה-Wi-Fi, ברצועת ה-75 מגה-הרץ עם טווח של 1000 מ'. תקשורת V2I היא משהו הרבה יותר מורכב ואינה כרוכה רק בתקשורת ישירה עם אלמנטים של תשתית כבישים.

מדובר באינטגרציה והתאמה מקיפה של הרכב לתנועה ואינטראקציה עם כל מערכת ניהול התנועה. בדרך כלל, רכב בלתי מאויש מצויד במצלמות, מכ"מים וחיישנים מיוחדים שאיתם הוא "תופס" ו"מרגיש" את העולם החיצון (2).

מפות מפורטות נטענות בזיכרון שלה, מדויקות יותר מניווט מסורתי ברכב. מערכות ניווט GPS בכלי רכב ללא נהג חייבות להיות מדויקות ביותר. דיוק עד תריסר סנטימטרים חשוב. לפיכך, המכונה נצמדת לחגורה.

1. בניית מכונית אוטונומית

עולם החיישנים והמפות המדויקות במיוחד

לעובדה שהמכונית עצמה נצמדת לכביש, אחראית מערכת החיישנים. בדרך כלל יש גם שני מכ"מים נוספים בצדי הפגוש הקדמי כדי לזהות כלי רכב אחרים שמתקרבים משני הצדדים בצומת. ארבעה או יותר חיישנים אחרים מותקנים בפינות הגוף כדי לנטר מכשולים אפשריים.

2. מה שרואה ומרגישה מכונית אוטונומית

המצלמה הקדמית עם זווית צפייה של 90 מעלות מזהה צבעים, כך שהיא תקרא אותות תנועה ותמרורים. חיישני מרחק במכוניות יעזרו לכם לשמור על מרחק מתאים מכלי רכב אחרים על הכביש.

כמו כן, הודות לרדאר, המכונית תשמור על מרחק מכלי רכב אחרים. אם הוא לא יזהה כלי רכב אחרים ברדיוס של 30 מטר, הוא יוכל להגביר את מהירותו.

חיישנים אחרים יסייעו לחסל את מה שנקרא. נקודות עיוורות לאורך המסלול וזיהוי עצמים במרחק השווה לאורכם של שני מגרשי כדורגל לכל כיוון. טכנולוגיות בטיחות יהיו שימושיות במיוחד ברחובות וצמתים סואנים. כדי להגן עוד יותר על המכונית מפני התנגשויות, המהירות המרבית שלה תוגבל ל-40 קמ"ש.

W מכונית ללא נהג הלב של גוגל והמרכיב החשוב ביותר בעיצוב הוא לייזר Velodyne בעל 64 קרניים המותקן על גג הרכב. המכשיר מסתובב מהר מאוד, כך שהרכב "רואה" סביבו תמונה של 360 מעלות.

בכל שנייה נרשמות 1,3 מיליון נקודות יחד עם המרחק וכיוון התנועה שלהן. כך נוצר מודל תלת מימד של העולם, שהמערכת משווה אותו למפות ברזולוציה גבוהה. כתוצאה מכך נוצרים מסלולים בעזרתם המכונית עוקפת מכשולים ועוקבת אחר כללי הדרך.

בנוסף, המערכת קולטת מידע מארבעה מכ"מים הממוקמים לפני המכונית ומאחוריה, הקובעים את מיקומם של כלי רכב וחפצים נוספים שעלולים להופיע במפתיע על הכביש. מצלמה הממוקמת ליד המראה האחורית קולטת אורות ותמרורים ומנטרת כל הזמן את מיקום הרכב.

את עבודתו משלימה מערכת אינרציאלית המשתלטת על מעקב אחר מיקום לכל מקום שבו אות ה-GPS אינו מגיע - במנהרות, בין בניינים גבוהים או בחניונים. משמש לנהיגה במכונית: תמונות שנאספו בעת יצירת מסד נתונים בצורת Google Street View הן תצלומים מפורטים של רחובות ערים מ-48 מדינות ברחבי העולם.

כמובן שזה לא מספיק לנהיגה בטוחה ולמסלול המשמש את מכוניות גוגל (בעיקר במדינות קליפורניה ונבאדה, בהן הנהיגה מותרת בתנאים מסוימים). מכוניות ללא נהג) מתועדים במדויק מראש במהלך טיולים מיוחדים. Google Cars עובד עם ארבע שכבות של נתונים חזותיים.

שניים מהם הם דגמים מדויקים במיוחד של השטח שלאורכו נע הרכב. השלישי מכיל מפת דרכים מפורטת. הרביעי הוא נתוני ההשוואה של אלמנטים קבועים של הנוף עם אלה הנעים (3). בנוסף, ישנם אלגוריתמים הנובעים מהפסיכולוגיה של התנועה, למשל, מסמנים בכניסה קטנה שברצונכם לחצות צומת.

אולי, במערכת כבישים אוטומטית לחלוטין של העתיד ללא אנשים שצריך לגרום להם להבין משהו, זה יתברר כמיותר, וכלי רכב ינועו על פי כללים שאומצו מראש ואלגוריתמים המתוארים בקפדנות.

3. איך המכונית האוטומטית של גוגל רואה את הסביבה שלה

רמות אוטומציה

רמת האוטומציה של הרכב מוערכת על פי שלושה קריטריונים בסיסיים. הראשון מתייחס ליכולת השתלטות של המערכת על הרכב, הן בעת ​​תנועה קדימה והן בעת ​​תמרון. הקריטריון השני נוגע לאדם שנמצא ברכב וליכולתו לעשות משהו אחר מלבד לנהוג ברכב.

הקריטריון השלישי כרוך בהתנהגות המכונית עצמה וביכולתה "להבין" את המתרחש על הכביש. האיגוד הבינלאומי של מהנדסי רכב (SAE International) מסווג אוטומציה של תחבורה בכבישים לשש רמות.

מנקודת מבט של אוטומציה מ-0 ל-2, הגורם העיקרי האחראי לנהיגה הוא הנהג האנושי (4). הפתרונות המתקדמים ביותר ברמות אלו כוללים בקרת שיוט אדפטיבית (ACC), שפותחה על ידי Bosch ונמצאת בשימוש הולך וגובר ברכבי יוקרה.

בניגוד לבקרת שיוט מסורתית, המחייבת את הנהג לנטר כל הזמן את המרחק לרכב מלפנים, היא גם עושה עבודה מינימלית עבור הנהג. מספר חיישנים, מכ"מים והתממשקות שלהם זה לזה ועם מערכות רכב אחרות (כולל הנעה, בלימה) מאלצים מכונית המצוידת בבקרת שיוט אדפטיבית לשמור לא רק על מהירות מוגדרת, אלא גם על מרחק בטוח מהרכב שלפניו.

4. רמות אוטומציה במכוניות לפי SAE ו-NHTSA

המערכת תבלום את הרכב לפי הצורך ו להאט לבדכדי למנוע התנגשות בחלק האחורי של הרכב מלפנים. כאשר תנאי הדרך מתייצבים, הרכב מאיץ שוב למהירות שנקבעה.

המכשיר שימושי מאוד בכביש המהיר ומספק רמת בטיחות גבוהה בהרבה מבקרת שיוט מסורתית, שעלולה להיות מסוכנת מאוד בשימוש לא נכון. פתרון מתקדם נוסף בו נעשה שימוש ברמה זו הוא LDW (Lane Departure Warning, Lane Assist), מערכת אקטיבית שנועדה לשפר את בטיחות הנהיגה על ידי התרעה אם תעזוב את הנתיב ללא כוונה.

היא מבוססת על ניתוח תמונה - מצלמה המחוברת למחשב עוקבת אחר שלטים מגבילי נתיב ובשיתוף חיישנים שונים מזהירה את הנהג (למשל באמצעות רטט של המושב) על שינוי נתיב, מבלי להדליק את המחוון.

ברמות גבוהות יותר של אוטומציה, מ-3 עד 5, פתרונות נוספים מוצגים בהדרגה. רמה 3 ידועה בשם "אוטומציה מותנית". לאחר מכן הרכב רוכש ידע, כלומר אוסף נתונים על הסביבה.

זמן התגובה הצפוי של הנהג האנושי בגרסה זו גדל למספר שניות, בעוד שברמות נמוכות זה היה רק ​​שניה. המערכת המובנת שולטת על הרכב עצמו ורק במידת הצורך מודיע לאדם על ההתערבות הנדרשת.

עם זאת, ייתכן שהאחרון עושה משהו אחר לגמרי, כמו קריאה או צפייה בסרט, מוכן לנהוג רק כשצריך. ברמות 4 ו-5, זמן התגובה האנושי המשוער גדל למספר דקות ככל שהמכונית רוכשת את היכולת להגיב באופן עצמאי לאורך כל הדרך.

אז אדם יכול להפסיק לחלוטין להתעניין בנהיגה, למשל ללכת לישון. סיווג SAE המוצג הוא גם סוג של תוכנית אוטומציה לרכב. לא היחיד. הסוכנות האמריקאית לבטיחות בדרכים המהירה (NHTSA) משתמשת בחלוקה לחמש רמות, מאדם מלא - 0 לאוטומטי לחלוטין - 4.