ZD1

Czujniki kontroli ruchu i
otoczenia w samochodach
autonomicznych
Karolina Wądrzyk, sem. zimowy 2016/2017, MTR
Krótko o historii
• Początek
autonomicznych
samochodów przypada na
lata 80-te XXw.
• Pierwszy działający pojazd
zaprezentowano w 1994
roku
na
francuskiej
autostradzie.
• Obecnie jest to dziedzina
techniki szeroko rozwijana
przez różne firmy. Do
popularyzacji
zagadnienia
mocno przyczyniła się firma
Google.
http://ocs-pl.oktawave.com/v1/AUTH_2887234e-384a-4873
8bc5-405211db13a2/spidersweb/2015/05/samochodgoogle.png
Układ „widzenia” samochodu
http://core0.staticworld.net/images/article/2015/11/attacking-autonomous-vehicle-sensors-100628091-primary.idge.jpg
LIDAR (Light Detection and Ranging)
https://spacegate.cnes.fr/sites/default/files/migration/smsc
/calipso/icons/schema_lidar_gb.gif
Impulsy świetlne wysyłane
przez laser odbijają się od
wykrywanego obiektu. Czujnik
oblicza czas, który upłynął
pomiędzy
wysłaniem
informacji a ich odbiorem. Na
tej podstawie wyznaczana jest
odległość od przeszkody.
Siatka
fotoodbiorników
oraz
możliwość
obrotu
czujnika o 360º pozwala
mapować najbliższą okolicę
LIDAR (Light Detection and Ranging)
https://media.licdn.com/mpr/mpr/s
hrinknp_800_800/AAEAAQAAAAAAAA
UnAAAAJDNhZTA5Njk2LTVhZTAtNDBi
Ny1hNjlmLWU1ODUwZjczY2RlZg.jpg
Dzięki algorytmom, dane z czujnika mogą pozwolić oszacować prędkości i
kierunki ruchu innych obiektów poruszających się na drodze, co pozwala na
dostosowanie sposobu jazdy autonomicznego pojazdu.
RADAR (Radio Detection And Ranging)
http://www.zabezpieczenia.com.pl/sites/default/files/imag
es/old/stories/zdjecia_artykuly/5_2008/radary/rys1.gif
• Zasada
działania
jest
analogiczna do lidaru, tylko
wysyłane fale są z zakresu fal
radiowych.
• Stosowany
do
detekcji
obiektów w bliskiej odległości
od samochodów, podczas
parkowania, jazdy w korku i
innych.
• Aktualnie
stosowane
w
zaawansowanych systemach
wspomagania
kierowcy
(ADAS).
RADAR (Radio Detection And Ranging)
http://pl.mouser.com/applications/autonomous-car-sensors-driveperformance/
• W celu zaoszczędzenia
przestrzeni
radary
wielokanałowe wykonuje
się
na
płytkach
drukowanych.
• Układ
pozwala
na
synchronizację
odbieranych danych z
poszczególnych kanałów.
Czujniki ultradźwiękowe
http://wobit.vot.p
l/aara/images
/rysunek_04_
31.jpg
• Mogą być stosowane jako wspomaganie radarów
• Zasada działania analogiczna do poprzednich
czujników (tym razem fale ultradźwiękowe)
• Wrażliwe na zabrudzenia
Kamery
http://www.digikey.com/
en/articles/techzon
e/2016/may/sensors
-for-self-drivingvehicles
• Możliwość wykrywania świateł drogowych, linii
na jezdni czy znaków
• Sprawdzanie odległości dzięki układowi dwóch
kamer lub kamery zintegrowanej z narzędziami
mierzącymi odległość do przedmiotów
Drogomierz
• Służy do mierzenia
odległości przebytej przez
samochód.
• Polega na zliczaniu
obrotów koła i mnożenia
wyniku przez jego obwód.
• W samochodach
umieszczane są w tylnych
kołach.
• Do pomiaru elektrycznego
używane są enkodery
magnetyczne i optyczne.
Projekt drogomierza z przekładnią stworzony przez Leonarda da Vinci
http://www.leonardo-da-vinci-models.com/da-Vinci-Models-Odometerp7.jpg
GPS (Global Positioning System)
• GPS
jest
podstawą
nawigacji samochodów
autonomicznych
• Jest on zawodny w wielu
przypadkach
(tunele,
gęste lasy) oraz zbyt
powolny
http://dash.coolsmartphone.com/wpcontent/uploads/2013/10/ag_GPS_Operation_New_low_res
.jpg
Odbiornik GPS
Schemat budowy odbiornika GPS
Źródło: „GPS budowa i zastosowanie systemu nawigacji satelitarnej” Mikołaj Księżak, Politechnika Rzeszowska; 2001/2002 [12]
• Odbiornik GPS otrzymuje sygnały od czterech satelitów.
• Na podstawie różnicy czasu wysłania i odbioru informacji
oblicza odległość odbiornika od satelity
INS (Inertial Navigation System)
• Dzięki własnemu
komputerowi oraz
zestawowi żyroskopów i
akcelerometrów potrafi,
na podstawie
wcześniejszych danych,
nawigować w czasie braku
połączenia z GPSem.
Konstrukcja IMU
https://leagueofextraordinarytechnicians.wikispaces.com
/file/view/inertialplatform.gif/286756204/inertialpl
atform.gif
IMU (Inertial Measurement Unit)
http://pl.mouser.com/applicatio
ns/autonomous-car-sensorsdrive-performance/
• IMU wykrywa ruch liniowy i obrotowy samochodu w
trzech osiach X,Y,Z.
• W celu minimalizacji wykonywany jest w strukturze
MEMS
Struktura systemu nawigacji
System Applanix LV220 używany do nawigacji w samochodach
autonomicznych
Źródło: „Spirit of Berlin: An autonomous car for the DARPA
Urban Challenge” [8]
• Dane otrzymane z
odbiornika GPS oraz
drogomierza łączone są
przez filtr Kalmana.
• Na podstawie danych o
wyglądzie samochodu
tworzy on sygnał
korygujący przesyłany do
wskazań IMU.
• Dzięki tej konstrukcji
samochód może być
nawigowany nawet przy
braku danych z GPSa.
Filtr Kalmana
• Pozwala przewidzieć ruch
i pozycję samochodu na
podstawie danych
nadesłanych z czujników.
• Swoje przewidywania
sprawdza z kolejnymi
odczytami z czujników
http://www.bzarg.com/wp-content/uploads/2015/08/kalflow.png
Łączenie danych z sensorów
• Wytwórcy samochodów
autonomicznych mają
różne pomysły na
połączenie danych
otrzymanych z czujników.
• Jednym z rozwiązań jest
przekazanie wszystkich
informacji do
komputera(komputerów).
Żródło: „Spirit of Berlin: An autonomous car for the DARPA
Urban Challenge” [8]
Podsumowanie
http://motoweek.pl/wp-content/uploads/2016/07/145722_Autonomous_drive_a_more_comfortable_ride-752x440.jpg
Źródła
[1] „Autonomous Ground Vehicles - Concepts and a Path to the Future” By Thorsten
Luettel, Michael Himmelsbach, and Hans-Joachim Wuensch; Proceedings of the IEEE
Vol. 100, May 13th, 2012
[2] http://www.lidar-uk.com/how-lidar-works/
[3] http://pl.mouser.com/applications/autonomous-car-sensors-drive-performance/
[4] http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2016/may/sensors-for-self-drivingvehicles
[5] https://www.quora.com/Can-we-use-cheaper-ultrasound-technology-instead-ofLiDAR-for-driverless-cars
[6] „ High Precision Localization for Autonomous Vehicles via Multiple Sensors, Data
Fusion and Novel Wireless Technologies” Sourav Chakraborty, Hitesh Laware, under
Prof. David Castanon and Prof. S. Reza Zekavat; Dept. of ECE, College of
Engineering, Boston University, MA, USA
[7] http://www.oxts.com/technical-notes/why-it-is-necessary-to-integrate-an-inertialmeasurement-unit-with-imaging-systems-on-an-autonomous-vehicle/
[8] „Spirit of Berlin: An autonomous car for the DARPA Urban Challenge. Hardware and
Software Architecture” Team Berlin; June 1st, 2007
Źródła
[9] http://auto.howstuffworks.com/car-driving-safety/safety-regulatorydevices/odometer2.htm
[10] http://www.bzarg.com/p/how-a-kalman-filter-works-in-pictures/
[11] „GPS budowa i zastosowanie systemu nawigacji satelitarnej” Mikołaj Księżak,
Politechnika Rzeszowska; 2001/2002
http://www.prz.edu.pl/~awionika/dyd/Seminar_C2/Mikolaj%20Ksiezak.pdf
Źródła pochodzenia obrazów znajdują się pod rysunkami.