AR讓自動(dòng)駕駛更清楚的了解道路威脅

2017年6月，我們在位于安阿伯的密歇根大學(xué)北校區(qū)，建立了全球首個(gè)自動(dòng)駕駛汽車全尺寸試驗(yàn)臺(tái)——Mcity實(shí)施了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境。它占地32英畝，其8車道公里(5車道英里)的道路被安排在具有高速公路、多車道主干道或交叉路口屬性的路段。

自動(dòng)測試車配備了車載設(shè)備，可以監(jiān)測如位置、速度、加速度和航向等車輛狀態(tài)，每隔十分之一秒發(fā)出一次。利用專門的短程通信(DSRC)來實(shí)現(xiàn)無線傳輸(DSRC是一種類似于專為移動(dòng)用戶設(shè)計(jì)的Wi-Fi的標(biāo)準(zhǔn))。此外，分布在測試設(shè)施周圍的路邊設(shè)備接收這些信息并將其轉(zhuǎn)發(fā)給一個(gè)交通模擬模型，該模型可以通過將測試設(shè)備簡化為包含交通信號(hào)動(dòng)作的等效網(wǎng)絡(luò)幾何來模擬該測試設(shè)備。一旦計(jì)算機(jī)模型接收到測試車信息，就會(huì)創(chuàng)建測試車的虛擬副本。然后，它根據(jù)真實(shí)測試車的運(yùn)動(dòng)來更新虛擬車的運(yùn)動(dòng)。

將真實(shí)測試車輛的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)模擬中只構(gòu)成了一半的回路。我們通過向測試車發(fā)送計(jì)算機(jī)模擬的各種車輛的信息來完成另一半。這就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的本質(zhì)。每一輛模擬車輛會(huì)產(chǎn)生頻率為10赫茲的車輛狀態(tài)信息，我們將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)給路邊的設(shè)備，這些設(shè)備反過來又會(huì)實(shí)時(shí)散出(廣播)這些信息。當(dāng)真正的測試車接收到這些數(shù)據(jù)時(shí)，它的車輛控制系統(tǒng)會(huì)使用這些數(shù)據(jù)來“查看”所有的虛擬車輛。對汽車而言，這些模擬的實(shí)體與真實(shí)的東西沒有什么區(qū)別。

通過路邊的設(shè)備傳遞信息——也就是說，用“V2I”的連接代替直接的“V2V”連接——真實(shí)車輛和虛擬車輛可以相互感應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)交互。同樣，真實(shí)世界和模擬世界之間的交通信號(hào)狀態(tài)也是同步的。這樣，真實(shí)的和虛擬的交通工具都可以“看到”給定的光，并判斷它是綠色還是紅色。

在真實(shí)世界和模擬世界之間傳遞的狀態(tài)信息也當(dāng)然包括車輛位置。這允許將實(shí)際的車輛映射到模擬的道路網(wǎng)絡(luò)中去，并將模擬的車輛映射到實(shí)際的道路上。實(shí)際車輛的位置由GPS坐標(biāo)(緯度、經(jīng)度和海拔)和模擬車輛的局部坐標(biāo)(x、y和z)定位。

但是這種精確的轉(zhuǎn)換并不是全部需要。GPS和地圖細(xì)微的誤差，會(huì)阻止GPS的位置出現(xiàn)在模擬道路上。GPS獲取的位置是從實(shí)際的測試車轉(zhuǎn)過來，然后轉(zhuǎn)換到本地的坐標(biāo)系統(tǒng)上。為此，我們使用單獨(dú)的映射算法來糾正這些錯(cuò)誤。此外，當(dāng)測試車停止時(shí)，我們必須在模擬環(huán)境中鎖定它的位置，這樣它的GPS坐標(biāo)的波動(dòng)就不會(huì)導(dǎo)致它在模擬中偏離。

無線電收發(fā)器[白色物體，頂部]從汽車中獲取數(shù)據(jù)，并返回計(jì)算機(jī)生成的虛擬數(shù)據(jù)。一個(gè)虛擬對象是一列火車。汽車剎車以避免闖紅燈的虛擬車(從上數(shù)第三)。許多交通模式可以在一個(gè)小空間中產(chǎn)生

無線通信將作為這一切的傳輸樞紐。為了確保其可靠性，我們在Mcity安裝了四個(gè)路邊收音機(jī)，足以覆蓋整個(gè)測試設(shè)施。DSRC無線標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行在5.9千兆赫波段，為我們提供了較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和非常低的延遲，在高速行駛和緊急停車時(shí)，這些裝置對安全至關(guān)重要。DSRC在日本和歐洲廣泛使用;雖然凱迪拉克目前正在為其部分車型配備DSRC設(shè)備，但它在美國還沒有獲得太多關(guān)注。

然而，我們還不確定DSRC是否會(huì)成為汽車之間交流的方式。一些人認(rèn)為，蜂窩通信(C-V2X)，尤其是在即將到來的5G實(shí)現(xiàn)中，可能會(huì)提供更大范圍的低延遲。無論哪種標(biāo)準(zhǔn)勝出，我們系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議都可以很容易地適應(yīng)它。

我們希望用于構(gòu)建系統(tǒng)的軟件框架能持續(xù)扛一段時(shí)間，至少能用幾年。我們使用PTV Vissim構(gòu)建了我們的模擬，這是一個(gè)在德國開發(fā)的用于“微觀地”模擬交通流量的商業(yè)軟件包，即模擬每輛車的行為。

可以預(yù)期是，其他公司開始使用我們的系統(tǒng)來測試他們自己的自動(dòng)駕駛車輛。目前，我們的一輛林肯MKZ混合動(dòng)力作為測試車，它配備了DSRC，因此可以完全連接。我們添加到汽車上的線控系統(tǒng)允許軟件控制方向盤、油門、剎車和變速器。這輛車還攜帶多部雷達(dá)、激光雷達(dá)、照相機(jī)和一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)定位的GPS接收器，通過參考來自地面無線電臺(tái)的信號(hào)來提高分辨率。