Беспилотный автомобиль - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Беспилотный автомобиль

Красавцева Д.В. 1
1ИТ (филиал) ДГТУ в г.Волгодонске
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Точно не известно когда появились первые беспилотные автомобили. Опираясь на историю, мы можем смело утверждать, что изначально все подобные разработки создавались исключительно для военных целей. В начале XX века стали проводить первые исследования в области беспилотных летательных аппаратов. Уже в 1916 году Арчибальдом Лоу был спроектирован первый дрон — самолет на радиоуправлении.

Впрочем, до середины XX века разработки в области беспилотных технологий носили скорее экспериментальный, чем практический характер, и, так или иначе, без участия человека ни одна модель не имела право на существование. Беспилотные автомобили и летающие дроны, изначально были обычными прототипами на дистанционном управлении, и лишь со временем становились автономными.

Первые эксперименты по созданию беспилотной машины описываются в начале 1960-х годов. В 1961 году студент Стэнфордского университета Джеймс Адамс в рамках своей научной работы создал прототип самоуправляемой тележки, более известной, как «Стэнфордская тележка». Самая первая модель управлялась посредством передачи сигнала через кабель. Второй прототип Адамс уже сделал радиоуправляемым. В 1970-х годах математик Джон Маккарти усовершенствовал тележку, оснастив ее системой технического зрения, с помощью которого устройство могло частично автономно двигаться, ориентируясь на белую линию. Тележка также имела несколько камер, дальномер и четыре канала для сбора информации. Более того Маккарти были предприняты попытки создания трехмерного картографирования окружающей обстановки.

В последующие годы основные усилия инженеров были направлены на разработку уже полностью независимого, а не дистанционного управляемого транспорта. Первыми, наиболее успешными, стали ученые из США, Японии и Германии. Так, по утверждениям независимых экспертов, первый полностью автономный автомобиль удалось создать группе немецких исследователей под руководством Эрнста Дикманса в 1980 году. По данному проекту Дикмансом было написано несколько научных работ, в которых детально описывается каждая деталь беспилотного автомобиля. Как бы не было странно, но многие технологии, применяемые более 30 лет назад, предвосхитили многое из того, что сейчас применяется в современных беспилотниках. Для должной работы своего автомобиля группа немецких ученых применила так называемый фильтр Калмана, параллельные вычислительные механизмы и имитацию саккадического движения глаз. По факту эта система представляла собой модель машинного обучения, способная адекватно оценивать всю окружающую обстановку.

На основе разработок Дикманса с 1987 по 1995 год действовал проект «Прометей», направленный на совершенствование беспилотных автомобилей. В «Прометей» было вложено более $1 млрд., что сделало его самым дорогим в истории проектом по созданию роботизированных автомобилей. В 1994 году автомобиль «VAmP» Mercedes оборудованный технологиями Дикманса на протяжении нескольких часов самостоятельно на скорости до 130 км/ч передвигался по улицам Парижа, поворачивал, обгонял другие автомобили и перестраивался из одной полосы в другую. В середине 1990-х годов большой толчок к развитию беспилотных автомобилей дал прорыв в области искусственного интеллекта, нейронных сетей и машинного обучения. В 2004 году прошло первое в мире соревнование с участием роботов-автомобилей DARPA Grand Challenge, а еще спустя шесть лет Google протестировала свои первые робомобили. После этого идею создания беспилотных автомобилей подхватило большинство крупных автомобильных компаний. В настоящее время наиболее крупными игроками в этой сфере являются компании General Motors, Volkswagen, Audi, BMW, Volvo, Nissan, Google, Tesla Motors и другие. [p241-246]

Приятно, что и белорусские инженеры преуспели в данной сфере. Им также помогают ученые-специалисты. К работе подключен Институт физики АН Республики Беларусь.

Развитие беспилотного автотранспорта приоритетная задача для человечества. Дорожно-транспортный травматизм – одна из основных проблем общественного развития и здравоохранения. Ожидается, что масштаб этой проблемы в ближайшие годы значительно увеличится. Ежегодно около 1,2 миллиона человек во всем мире погибают в результате дорожно-транспортных аварий. Это составляет более 2,1% всех случаев смерти в мире и сравнимо с числом смертей, вызванных такими главными "убийцами", как малярия и туберкулез. Еще больше число людей получают травмы и часто остаются инвалидами на всю жизнь. Дорожно-транспортный травматизм в основном уносит молодые жизни. Дорожно-транспортный травматизм – вторая лидирующая причина смерти среди лиц в возрасте 5–25 лет. В этой возрастной группе вероятность погибнуть или получить травму на дороге у молодых мужчин – пешеходов, велосипедистов, мотоциклистов, неопытных водителей и пассажиров – примерно в три раза выше, чем у молодых женщин [p. 811-814].

Создание Беспилотного автотранспорта в потребительской сфере:

-Исключит злоупотребление скоростью:

-Исключит вождение в нетрезвом состоянии

-П⩇м⩇жет Службам не⩇тл⩇жн⩇й п⩇м⩇щи и п⩇м⩇жет с⩇кратить ⩇бъем и к⩇личеств⩇ пр⩇б⩇к в мегап⩇лисах:

Чтбы пнять, куда дальше ехать, челвеку сначала над выяснить, где н нахдится. Беспилтнму автмбилю — тже. За эттвечает пдсистема лкализации. Птм нужн пнять, чт тврится вкруг нас. За зрение, за всприятие мира твечает система всприятия или perception. На снве данных местплжении, б бъектах вкруг, мжн стрить пргнзы п држнй бстанвке, п ее развитию, п пведению участникв држнг движения. И выбирать птимальный маршрут движения, траектрии, далее превращая эт в управляющее вздействие.

Не хватает двух важных вещей. Первая — дстатчн бгатый набр сенсрв, и кнечн, нужна платфрма, ктрая будет исплнять кманды. С ней нужн взаимдействвать.

Останвимся пдрбнее на впрсе взаимдействия с автмбилем. Автпилту, как и челвеку, для управления автмбилем нужн делать прстые вещи: крутить рулем, ускрять, трмзить. Лгичным решением мжет пказаться испльзвание актуатрв для управления этими рганами. Н такй пдхд имеет ряд существенных труднстей. Развитие беспилтнг автмбиля все равн предплагает наличие вдителя на тех или иных этапах — нужнтвзить машину на сервис или следить за автпилтм, кгда мы тестируем разные сбеннсти, сбенн на ранних стадиях. Данные устрйства существенн услжняют жизнь вдителю.

Кнечн, вся система слжная, и в целм такая механика мжет внсить неприятные задержки в органах управления. Эттрицательн сказывается на кнтуре управления автмбилем.

Изучив сбеннсти разных платфрм, бнаружен, чт мнгие свременные автмбили имеют взмжнсти кнтрля сбственных ⩇рган⩇в автмбиля. К примеру, ассистент управляет рулем в время парквки. Круиз-кнтрль вздействует на ускрение автмбиля, адаптивный круиз-кнтрль или система граничения скрсти мгут вздействвать на систему трмжения.

Все эти системы, как правил, в автмбилях закрыты. И чтбы взаимдействвать с ними, птребвалась разрабтка ряда специализирванных устрйств. Крме взаимдействия с автмбилем, т системы требвалсь представление удбнг, пнятнг для автпилта интерфейса управления автмбилем. И кнечн, система длжна была быть прстй, пнятнй и чень гибкй. Ученые пришли к такй платфрме, где в зависимсти т автмбиля разрабатываются небльшие платы кнтрля, ктрые взаимдействуют с кнкретным узлм. Сстав и функцинальнсть этих плат тличаются т платфрмы к платфрме, н все ни бъединяются в дну сеть, где есть глвне устрйств. Онсуществляет кнтрль за этими устрйствами. Крме тг, представляет интерфейс для автпилта п удбным устрйствам. Если бнаруживаются какие-ттклнения, т в зависимсти т их прирды свместн с автпилтм принимается решение дальнейших шагах.

Реализвывать плату решен на дстатчн ппулярных и зарекмендвавших себя микркнтрллерах, ктрые пддерживают небхдимые для рабты интерфейсы: CAN, Ethernet и аналгвые цифрвые вхды-выхды.

Пгврим сенсрах. Каждый беспилтный автмбиль имеет бгатый набр сенсрв. У каждг беспилтнг автмбиля Яндекса четыре лидара на крыше и три в фрнтальнй части, шесть камер, ктрые ставятся на крышу, а также шесть радарв: два в задней части и четыре в фрнтальнй, два из ктрых расплжены п бкам. Берем радары, лидары, камеры, сединяем, загняем в вычислитель. Н не все так прст. Очень важн дбиться тг, чтбы данные с сенсрв были адекватные и качественные.

Крме тг, кнструктрам пришлсь хрш прабтать, чтбы все изменения в автмбиле, связанные с сенсрами, удвлетвряли требваниям сертифицирующих рганв. Шесть камер на крыше дают хрший бзр на 360 градусв с существенным перекрытием. Эти камеры также дают хрший вертикальный бзр. Камера — единственный сенср, ктрый видит светфры, птму чтни мгут расплагаться разных частях, в зависимсти т перекрестка и прчег. Радары — еще дин важный сенср каждг автмбиля. Они интересны тем, чт имеют не чень ширкий угл бзра, н хршую дальнсть. Два фрнтальных радара выплняют функцию мнитринга тг, чт тврится впереди, задние радары в наших алгритмах испльзуются, как правил, при перестрении, бгне и пдбных маневрах. Радары, ктрые смтрят вбк, небхдимы для презда дстатчн слжных перекресткв, где инфрмации с стрны сенсрв мжет быть недстатчн. Крме этг, камеры, как правил, расплжены на удалении т приемнг устрйства, а в машине, сбенн при каких-т экспериментах, ни мгут расплагаться в⩇⩇бще на другм кнце автмбиля.

Как мжн наблюдать, бльшинств технлгий, применяемых в свременных беспилтных автмбилях (радары, лидары, различные датчики, системы спутниквй навигации, бртвые кмпьютеры, камеры и т.д.), были сзданы еще блее 20 лет назад. Тгда пчему беспилтные автмбили д сих пр плтн не вшли в нашу жизнь? П сути, на этт впрс тветил тт же Дикманс в днй из свих рабт. Он сказал, чт для тг, чтбы рбмбиль научился делать все т, чт умеет делать прфессинальный вдитель, ему нужн научиться брабатывать грмный бъем инфрмации и адекватн ее применять в слжнй држнй бстанвке. Пэтму, как плагают ученые, чем дльше автмбиль будет нахдиться в движении, тем н в бльшей мере будет плучать и применять небхдимую инфрмацию. Например, в автмбиль Google перед пездкй заранее устанавливаются карты с маршрутами. Н чт делать, если автмбилю придется передвигаться п незнакмым маршрутам? В кмпании пка не мгут дать четкий твет на этт впрс. На пмщь этй и не тльк прблеме пришли технлгии бльших данных, с пмщью ктрых беспилтный автмбиль будет плучать, и передавать бльшие бъемы актуальнй инфрмации. Крме тг, для нрмальнг функцинирвания рбмбилей требуется существенн изменить држную инфраструктуру.Несмтря на все слжнсти в интеграции беспилтных автмбилей в свременную жизнь, существует дн бльше преимуществ, ктре правдывает все усилия и финансвые затраты. Пфициальным данным, в држн-транспртных присшествиях ежегдн пгибает 1,3 млн. челвек. Если в ближайшее десятилетие, для беспилтных автмбилей сставит хтя бы 10%, ежедневн удастся избежать тысяч смертей.

Списклитературы

1. Tendency of Creation of "Driverles" Vehicles Abroad. // Saykin A.M., Bakhmutov S.V., Terenchenko A.S., Endachev D.V., Karpukhin K.E., Zarubkin V.V. Biosciences Biotechnology Research Asia, 2014, Vol. 11. (Spl. Edn.) p. 241-246. http://dx.doi.org/10.13005/bbra/1469.

2. The Analysis of Technical Vision Problems Typical for Driverless Vehicles // Saikin A.M., Buznikov S.E., Karpukhin K.E. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2016. Vol. 7. № 4. p. 2053-2059.

3. Using Data From Multiplex Networks on Vehicles in Road Tests, in Intelligent Transportation Systems, and in Self-Driving Cars // Shadrin S.S., Ivanov A.M., Karpukhin K.E. Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. № 10. p. 811-814. doi:10.3103/S1068798X16100166.

4. https://ru.wikipedia.org/wiki

5. http://www.infuture.ru/article/1283

6. БЕСПИЛОТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. КАК НАМ СДЕЛАТЬ БЕСПИЛОТНЫЙ АВТОМОБИЛЬ. Авторы: Лоуренс Барнс и Кристофер Шульган, стр 35-60

Просмотров работы: 27