Система адаптивного контроля транспорта на основе модулей АО «ПКК Миландр»


PDF версия

Система помощи водителю «БУБА» от АО «ПКК Миландр» представляет собой универсальное решение для автоматизации задач управления ТС. Устройство имеет широкие вычислительные возможности, богатый выбор отладочных интерфейсов и большой диапазон напряжений питания. Программное обеспечение, разработанное для этой системы, наглядно демонстрирует ее возможности.

Описание системы

В настоящее время одним из трендов развития автомобильной техники является автоматизация рутинных задач управления автомобилем в целях упрощения вождения и повышения его безопасности. Для решения задач автоматизации автомобили оснащаются датчиками, электронными средствами управления/актуаторами и специальными устройствами, управляющими некоторыми функциями движения автомобиля на основе данных от датчиков.

В АО «ПКК Миландр» ведется разработка линейки таких устройств – систем помощи водителю. Было разработано устройство «БУБА» (блок управления безопасностью автомобиля), который подключается к CAN-шине автомобиля и выполняет управление по следующим датчикам:

  • многолучевые автомобильные радары АО «ПКК Миландр» МАРС‑2A1, подключенные к выделенной CAN-шине устройства. Угол обзора радаров составляет 60° по азимуту. Они обрабатывают цели, находящиеся на расстоянии 1,2–200 м, и поставляют в систему расширенные данные о 32 целях (дальность, скорость, размеры и т. д.). Блок одновременно поддерживает до трех подключенных к нему радаров;
  • одна или две аналоговые камеры. Поддерживаются видеостандарты SD вплоть до PAL 576i;
  • до четырех цифровых видео­камер, передающих видео по интерфейсу FPD-Link III. Поддерживаются видеоформаты HD до 1080p при 60 Гц;
  • встроенный блок инерциальной навигации. Содержит трехосный акселерометр (предоставляет информацию о линейном ускорении в трех осях), трехосный гироскоп (предоставляет информацию об угловом ускорении в трех осях) и трехосный магнитометр (предоставляет информацию об ориентации автомобиля относительно магнитного поля Земли). Кроме того, блок может интегрировать показания датчиков и выдавать объединенные данные об ориентации устройства в пространстве в виде матрицы вращения или кватерниона.
Основная плата БУБА, вид сверху
Рис. 1. Основная плата БУБА, вид сверху

БУБА представляет собой высокопроизводительный промышленный компьютер на базе процессора IMX6QP. Схема устройства представлена на рисунке 1. У устройства – следующие вычислительные характеристики:

  • 4×ядра Cortex-A9 с рабочей частотой 1 ГГц; поддерживаются вычисления с плавающей точкой и векторные расширения NEON;
  • DDR3 ОЗУ объемом 3840 Мбайт с рабочей частотой 532 МГц (DDR3–1066);
  • четырехъядерный 3D-ускоритель GC2000 с рабочей частотой до 720 МГц, поддерживает API OpenCL 1.2, пригоден для ускорения параллельных задач;
  • ускорители обработки изображения (вращение, изменение размера, преобразование цветовых пространств) для предварительной обработки данных с камер;
  • ускоритель кодирования видеоданных; поддерживает, среди прочих, формат H264. Используется для сохранения видеожурналов поездок на внутренний накопитель.

В состав устройства входит высокоскоростной встроенный SSD-накопитель объемом 128 Гбит, позволяющий вести журналы данных со всех датчиков (камеры, радары, инерциальный блок), а также выходных воздействий на агрегаты автомобиля во время поездок.

Для организации разработки, а также вывода расширенной информации о состоянии системы в состав этого блока входят следующие интерфейсы:

  • Ethernet и WiFi, которые предоставляют широкополосный доступ к системе, позволяют выводить видеопотоки, демонстрирующие состояние алгоритмов, обновлять системное ПО, выгружать журналы поездок и т. д. WiFi позволяет выполнять описанные выше действия без физического соединения с устройством, что удобно в полевых условиях;
  • HDMI, который позволяет отображать состояние системы на дисплее для демонстрации возможностей системы;
  • USB Host и USB-OTG порты обеспечивают подключение к системе внешних устройств – органов управления для управления системой (например, включения и выключения круиз-контроля), а также позволяют экспериментировать с ускорителями алгоритмов (например, ускорителями распознавания изображений). Эти порты совместимы со стандартом USB 2.0 HighSpeed;
  • USB-UART подключен к системной консоли, позволяет осуществить аварийный доступ в случае неправильной работы системы.

Все отладочные порты выведены на одну панель (см. рис. 2), защищенную технологическим люком. Люк ограничивает физический доступ к портам, а также обеспечивает герметичность корпуса.

БУБА в сборе, вид со стороны технологического люка
Рис. 2. БУБА в сборе, вид со стороны технологического люка

У БУБА – широкий диапазон напряжений питания 9–36 В, что позволяет ему работать от уже существующих в системе источников питания, в т. ч. от автомобильной бортовой сети.

Корпус блока (см. рис. 3) выполнен из металла, устойчив к внешним воздействиям. При закрытии технологического люка с отладочными интерфейсами он становится герметичным, устойчивым к условиям эксплуатации внутри автомобиля. Все внешние соединения, в т. ч. соединение с источником питания, осуществляются через специальный герметичный автомобильный разъем на передней части устройства.

Корпус БУБА, вид сверху
Рис. 3. Корпус БУБА, вид сверху

 

Системное ПО

ПО блока управления работает на базе ОС Linux, дистрибутив Debian, версия 10.0 (stretch). Алгоритмы управления выполнены в виде системных сервисов – независимых программ, запускаемых при старте системы. Критические части алгоритмов (например, непосредственное управление автомобилем путем отправки CAN-сообщений) выделены в отдельные программы, выполненные с повышенной степенью надежности и использующие механизмы самопроверки и самовосстановления.

Текущая версия управляющего ПО поддерживает следующие функции помощи водителю:

  • экстренное торможение – остановка автомобиля перед движущимся впереди транспортным средством в случае сближения с ним на определенное расстояние. Использует управление тормозной системой автомобиля;
  • следование за ТС («адаптивный круиз-контроль») – регулирование скорости автомобиля в зависимости от расстояния и скорости движущегося впереди транспортного средства. Использует управление двигателем ТС (педалью газа).
  • Для работы алгоритма требуются следующие внешние датчики:
  • один многолучевой автомобильный радар МАРС‑2A1, который поставляет в алгоритм основные отметки целей, а также параметры целей (дальность, размеры, скорость);
  • одна камера (например, аналоговая камера PAL 576i), направленная по ходу движения автомобиля; после выполнения алгоритма распознания она предоставляет дополнительную новую (тип и высота цели) и избыточную (дальность, ширина, скорость) информацию о целях. Использование этой информации позволяет уменьшить количество ложных срабатываний системы и повысить качество определения параметров цели.

Краткое описание работы алгоритма

  • Кадры с камеры (с частотой 20–30 Гц) проходят предобработку и поступают на вход алгоритма для распознания объектов дорожной обстановки. Полученные данные дополнительно сравниваются с данными из прошлых циклов распознания, в результате чего определяются параметры целей – номер, дальность, размер и т. д.
  • Отметки с радара (поступают каждые 10 мс) объединяются в массивы отметок – кадры. Они дополнительно кластеризуются для исключения множественного детектирования целей и сравниваются с данными из предыдущих циклов получения данных. Таким образом, данные приводятся в единообразную форму для следующих этапов алгоритма.
  • Подготовленные данные с камеры и радара объединяются в общие отметки целей.
  • Отметки целей сортируются в соответствии с зонами интереса (полоса, в которой движется цель, дальность до цели и пр.). Из отсортированных целей выбирается самая «интересная» – ближайшая цель в той же полосе.
  • Параметры этой цели (дальность, скорость и т. д.) поступают на вход регулятора движения автомобиля. Основная ветка алгоритма регулятора выполняет управление «педалью газа», дополнительная («экстренная») – тормозом для выполнения алгоритма экстренного торможения.
  • Выходные параметры регуляторов (воздействия на системы автомобиля) передаются в CAN-сеть автомобиля.
  • Результаты выполнения частей алгоритма можно просматривать во время работы алгоритма:
  • результат соединения целей демонстрируется как видео­поток, передаваемый через Ethernet по протоколу RTP; этот поток вместе со списками целей (в виде БД) записывается во внутренний накопитель;
  • входные и выходные данные регуляторов можно увидеть при помощи специального приложения;
  • обмен данными на CAN-шинах можно просмотреть при помощи специального приложения; этот обмен записывается во внутренний накопитель.

Таким образом, алгоритм выполняет управление автомобилем, а также регистрацию всех входных и выходных данных, включая видеоданные с камеры (т. е. работает дополнительно как видеорегистратор).

 

Выводы

Описанное устройство предоставляет расширенные возможности системы помощи водителю. К ним относятся не только вычислительные возможности (высокая производительность, большой объем памяти, а также дополнительные вычислители для оптимального выполнения специальных алгоритмов), но и интерфейсные (поддержка релевантных интерфейсов ввода видео, связи с автомобильными датчиками и системами управления автомобилем). Кроме того, блок оснащен большим количеством дополнительных интерфейсов, которые облегчают задачу разработки, контроля и демонстрации ПО для управления ТС. Было разработано ПО для управления ТС, выполняющее несколько функций системы помощи водителю.

АО «ПКК Миландр» продолжает развитие данного направления – разрабатываются новые, еще более производительные и универсальные устройства для систем помощи водителю, создаются усовершенствованные автомобильные датчики (радары). Расширяются возможности ПО для управления автомобилем не только в направлении увеличения надежности и качества управления ТС, но и расширения функционала системы управления.

Таким образом, АО «ПКК Миландр» участвует в автоматизации задач вождения транспортных средств. В будущем такие разработки разовьются в технологии автономного вождения ТС с минимальным участием водителя, что позволит увеличить доступность транспорта и значительно повысить его безопасность.

Литература

  1. Ю. Мякочин, М. Бирюков. Миллиметровые радары АО «ПКК Миландр» для применения на автотранспорте и в системах безопасности//Электроника: НТБ. 2019. № 8.
  2. Ю. Мякочин, М. Бирюков. Автомобильные радары частотных диапазонов 24 и 77 ГГц//Электроника: НТБ. 2018. № 8.
  3. ГОСТ Р ИСО 15623–2017. Интеллектуальные транспортные системы. Системы предупреждения столкновений с движущимся впереди транспортным средством.
Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *