Разработка информационной системы парковки беспилотного средства в условиях города
|
Введение 4
1 Анализ современного состояния беспилотного автомобиля 7
1.1 Автономные транспортные средства и автомобили-роботы 7
1.2 Система автоматической и автономной парковки автомобиля 14
1.3 Проблемы автопилота 18
Выводы 23
2 Разработка алгоритмов управления автономными транспортными
средствами 24
2.1 Система навигации 24
2.2 Обнаружение столкновений 27
2.3 Описание библиотек 41
Вывод 64
3 Затраты на реализацию проекта 65
3.1 Расчет предпроизводственных затрат 65
Вывод 76
Заключение 77
Литература Ошибка! Закладка не определена.
Приложение А (обязательное) Презентация бакалаврской работы 82
Приложение Б (информационное) Листинг программного кода 99
1 Анализ современного состояния беспилотного автомобиля 7
1.1 Автономные транспортные средства и автомобили-роботы 7
1.2 Система автоматической и автономной парковки автомобиля 14
1.3 Проблемы автопилота 18
Выводы 23
2 Разработка алгоритмов управления автономными транспортными
средствами 24
2.1 Система навигации 24
2.2 Обнаружение столкновений 27
2.3 Описание библиотек 41
Вывод 64
3 Затраты на реализацию проекта 65
3.1 Расчет предпроизводственных затрат 65
Вывод 76
Заключение 77
Литература Ошибка! Закладка не определена.
Приложение А (обязательное) Презентация бакалаврской работы 82
Приложение Б (информационное) Листинг программного кода 99
На сегодняшний день автомобиль преимущественно является одним из наиболее эффективных, доступных и востребованных наземных транспортных средств. «Вследствие этого, одной из ярко выраженных мировых тенденций последних десятилетий является автомобилизация, то есть использования автомобильного транспорта в различных сферах человеческой деятельности увеличивается. Автоматизация
производственного процесса, строгое тестирование новых моделей и версий автомобиля обеспечивает безопасность и удобство для людей. Потребность в увеличении выпуска и улучшения структуры автомобилей, более полно отвечающих потребностям народного хозяйства, требуют экономии топлива, повышения ресурса и снижения металлоемкости»[1]. В связи с данным увеличением экономичности, значительной прочности, динамические и ездовые особенности машины, понижение его массы и снижение вредоносного влияния на находящуюся вокруг сферу, считаются главными вопросами автопромышленности на сегодняшний день. С целью свершения требуемых условий в структуре комплекса автоматизированного испытания необходимо создать электропривод автономной системы управления машиной с целью циклических испытательных заездов. «Задачами проектирования мобильных робототехнических комплексов, их информационно-измерительных и управляющих систем занимались российские и зарубежные ученые: В.П. Андреев, В.Л. Афонин, С.А. Воротников, Е.А. Девянин, М.Б. Игнатьев, П.Д. Крутько, Ю.В. Подураев, Л.Б. Рапопорт, А.М. Формальский, H. Asada, Y. Kuwata, M. Liu, A. Nuchter, S. Thrun, A. Waj-Fraj , A. West и другие»[2].
С учетом зачастую изменяющихся обстоятельств деятельность водителей требует значительного количества управляющих воздействий и стабильной сосредоточения интереса, что содействует стремительной утомляемости. В соответствии с основной концепцией, сегодняшние научные работники показывают на то, что и у грамотных водителей с огромным стажем уже после 4-5 часов постоянного управления автотранспортным средством из-за утомления уменьшается внимание и в 1,5-2 раза увеличивается число погрешностей управления, которые увеличивают возможность появления небольших и средних дорожно-транспортных происшествий.
Опытные примеры разрабатываемых машин новейшего поколения, точно также как и контрольные 5 экземпляры массового издаваемых автотранспортных средств, постоянно подвергаются строгим проверкам в тестовом полигоне, с целью раскрытия путей оптимизации их системы. Данное дает возможность вовремя исполнять возрастающие требования покупателей к приспособленности авто к активной эксплуатации в трудных дорожных обстоятельствах, прочности коммерческих автомобилей, затрате горючего, ремонтопригодности в полевых условиях и многое другое. Деятельность бригады испытателей - сложный, однообразный труд, взаимосвязанный с опасным для самочувствия степенью вибраций и тряски. «Современные цифровые системы автоматического управления (САУ) в состоянии решить практически сколь угодно сложные алгоритмы вне зависимости от принципа действия устройств» [3].Этим наиболее приоритеты при формировании средств автоматики сместились в сферу информативных инноваций. С иной стороны, вследствие формирования вычислительной техники, присутствие отыскивания решений проблем этого класса начали обширно использоваться способы имитационного математического прогнозирования. «Занимая минимальное время (что немаловажно с учетом сокращения сроков создания новой техники) и требуя меньших расходов, нежели традиционные методики натурных испытаний, моделирование при помощи ЭВМ открывает новые возможности для углубленного изучения характера влияния нового оборудования и алгоритмов управления на происходящие процессы и результирующие эксплуатационно-экономические показатели» [4].
Объект исследования: беспилотный автомобиль.
Предмет исследования: информационная система парковки
беспилотного транспортного средства.
Цель выпускной работы - разработка бортовой информационноизмерительной и управляющей системы автоматическойпарковки автомобиляв условиях города.
Основные задачи исследования:
1 Рассмотреть существующие беспилотные транспортные средства;
2 Разработать алгоритмы траекторного управления транспортным средством, реализующих маневры с учетом возможности огибания препятствий;
3 Реализовать программное обеспечение узлов и блоков бортовой информационно-измерительной и управляющей системы;
4 Оценить затраты на реализацию проекта.
производственного процесса, строгое тестирование новых моделей и версий автомобиля обеспечивает безопасность и удобство для людей. Потребность в увеличении выпуска и улучшения структуры автомобилей, более полно отвечающих потребностям народного хозяйства, требуют экономии топлива, повышения ресурса и снижения металлоемкости»[1]. В связи с данным увеличением экономичности, значительной прочности, динамические и ездовые особенности машины, понижение его массы и снижение вредоносного влияния на находящуюся вокруг сферу, считаются главными вопросами автопромышленности на сегодняшний день. С целью свершения требуемых условий в структуре комплекса автоматизированного испытания необходимо создать электропривод автономной системы управления машиной с целью циклических испытательных заездов. «Задачами проектирования мобильных робототехнических комплексов, их информационно-измерительных и управляющих систем занимались российские и зарубежные ученые: В.П. Андреев, В.Л. Афонин, С.А. Воротников, Е.А. Девянин, М.Б. Игнатьев, П.Д. Крутько, Ю.В. Подураев, Л.Б. Рапопорт, А.М. Формальский, H. Asada, Y. Kuwata, M. Liu, A. Nuchter, S. Thrun, A. Waj-Fraj , A. West и другие»[2].
С учетом зачастую изменяющихся обстоятельств деятельность водителей требует значительного количества управляющих воздействий и стабильной сосредоточения интереса, что содействует стремительной утомляемости. В соответствии с основной концепцией, сегодняшние научные работники показывают на то, что и у грамотных водителей с огромным стажем уже после 4-5 часов постоянного управления автотранспортным средством из-за утомления уменьшается внимание и в 1,5-2 раза увеличивается число погрешностей управления, которые увеличивают возможность появления небольших и средних дорожно-транспортных происшествий.
Опытные примеры разрабатываемых машин новейшего поколения, точно также как и контрольные 5 экземпляры массового издаваемых автотранспортных средств, постоянно подвергаются строгим проверкам в тестовом полигоне, с целью раскрытия путей оптимизации их системы. Данное дает возможность вовремя исполнять возрастающие требования покупателей к приспособленности авто к активной эксплуатации в трудных дорожных обстоятельствах, прочности коммерческих автомобилей, затрате горючего, ремонтопригодности в полевых условиях и многое другое. Деятельность бригады испытателей - сложный, однообразный труд, взаимосвязанный с опасным для самочувствия степенью вибраций и тряски. «Современные цифровые системы автоматического управления (САУ) в состоянии решить практически сколь угодно сложные алгоритмы вне зависимости от принципа действия устройств» [3].Этим наиболее приоритеты при формировании средств автоматики сместились в сферу информативных инноваций. С иной стороны, вследствие формирования вычислительной техники, присутствие отыскивания решений проблем этого класса начали обширно использоваться способы имитационного математического прогнозирования. «Занимая минимальное время (что немаловажно с учетом сокращения сроков создания новой техники) и требуя меньших расходов, нежели традиционные методики натурных испытаний, моделирование при помощи ЭВМ открывает новые возможности для углубленного изучения характера влияния нового оборудования и алгоритмов управления на происходящие процессы и результирующие эксплуатационно-экономические показатели» [4].
Объект исследования: беспилотный автомобиль.
Предмет исследования: информационная система парковки
беспилотного транспортного средства.
Цель выпускной работы - разработка бортовой информационноизмерительной и управляющей системы автоматическойпарковки автомобиляв условиях города.
Основные задачи исследования:
1 Рассмотреть существующие беспилотные транспортные средства;
2 Разработать алгоритмы траекторного управления транспортным средством, реализующих маневры с учетом возможности огибания препятствий;
3 Реализовать программное обеспечение узлов и блоков бортовой информационно-измерительной и управляющей системы;
4 Оценить затраты на реализацию проекта.
В данной бакалаврской работе была рассмотрена система управления движением беспилотного транспортного средства в пределах города, а именно движение по автомобильной парковке.
В первую очередь были изучены существующие автомобили, движущие в автоматическом режиме. В настоящее время разрабатываются и внедряются различные системы автоматической парковки, обеспечивающие параллельную или перпендикулярную парковку автомобиля в автоматическом режиме. Парковочный автопилот имеют в активе BMW, Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Opel, Toyota, Volkswagen. Данная система позволяет экономить время водителя и избежать значительное количество ДТП и снизить утомляемость водителя.
Произведен анализ проблем возникающих у автопилота.
Выявлены следующие проблемы:
1 Датчики. Главное замедление развития автопилотов не алгоритмы, а отвратительное понимание машиной окружающего пространства. Информации с современных датчиков категорически недостаточно и совершенствование механизма принятия решений (нейросети и так далее) мало что меняет. Сканирующие лидары (черные ведерки, что стоят на большинстве прототипов, включая Google Car) запредельно дороги для серийных автомобилей и не дают необходимой для уверенного движения полноты информации.
2 Не универсальность.Аналогично Закону Парето, в автопилотах он тоже выполняется. 80% дорожных ситуаций машины понимают, оставшиеся 20% все портят.
3 Рыночная.Для автопилота важно быть не только функциональным, но и дешевым. Автомобильную навигацию создали больше двадцати лет назад. Но при цене системы в пару-тройку тысяч долларов она до сих пор ставится менее чем на 20% всех новых автомобилей. Самоуправляемый функционал еще дороже.
Рассмотрены условия выхода на рынок автономного транспорта и методы снижения их стоимости.
Была произведена разработка алгоритмов управления автономными транспортными средствами. Разработан вариант определения нахождения автомобиля в текущий момент времени. В данной работе осуществлялся расчет коллизии, то есть проводился расчет обнаружения пересечений между собой объектов исследования. Приведен пример визуализации дороги, объекта-пилота и луча сенсоров в момент времени t. Описываются библиотеки, используемые в работе.
Проведен оценочный анализ общей суммы затрат, они составили 12957,45 рублей, полная себестоимость - 3666,14 рублей. Стоимость производства одного изделия с учетом заложенного норматива рентабельности 15% и НДС 18% составила 4326,04 руб. Срок окупаемости данного изделия составит около одного года. Для работ подобного уровня такие затраты являются приемлемыми.
В первую очередь были изучены существующие автомобили, движущие в автоматическом режиме. В настоящее время разрабатываются и внедряются различные системы автоматической парковки, обеспечивающие параллельную или перпендикулярную парковку автомобиля в автоматическом режиме. Парковочный автопилот имеют в активе BMW, Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Opel, Toyota, Volkswagen. Данная система позволяет экономить время водителя и избежать значительное количество ДТП и снизить утомляемость водителя.
Произведен анализ проблем возникающих у автопилота.
Выявлены следующие проблемы:
1 Датчики. Главное замедление развития автопилотов не алгоритмы, а отвратительное понимание машиной окружающего пространства. Информации с современных датчиков категорически недостаточно и совершенствование механизма принятия решений (нейросети и так далее) мало что меняет. Сканирующие лидары (черные ведерки, что стоят на большинстве прототипов, включая Google Car) запредельно дороги для серийных автомобилей и не дают необходимой для уверенного движения полноты информации.
2 Не универсальность.Аналогично Закону Парето, в автопилотах он тоже выполняется. 80% дорожных ситуаций машины понимают, оставшиеся 20% все портят.
3 Рыночная.Для автопилота важно быть не только функциональным, но и дешевым. Автомобильную навигацию создали больше двадцати лет назад. Но при цене системы в пару-тройку тысяч долларов она до сих пор ставится менее чем на 20% всех новых автомобилей. Самоуправляемый функционал еще дороже.
Рассмотрены условия выхода на рынок автономного транспорта и методы снижения их стоимости.
Была произведена разработка алгоритмов управления автономными транспортными средствами. Разработан вариант определения нахождения автомобиля в текущий момент времени. В данной работе осуществлялся расчет коллизии, то есть проводился расчет обнаружения пересечений между собой объектов исследования. Приведен пример визуализации дороги, объекта-пилота и луча сенсоров в момент времени t. Описываются библиотеки, используемые в работе.
Проведен оценочный анализ общей суммы затрат, они составили 12957,45 рублей, полная себестоимость - 3666,14 рублей. Стоимость производства одного изделия с учетом заложенного норматива рентабельности 15% и НДС 18% составила 4326,04 руб. Срок окупаемости данного изделия составит около одного года. Для работ подобного уровня такие затраты являются приемлемыми.
