Engineering
Autonomiczny bus
Przejedź się bezzałogowym elektrycznym busem po kampusie uniwersyteckim nocą po deszczu. Kieruje się metodą czystego pościgu (pure pursuit) — celuje w punkt przed sobą na trasie z krzywizną 2 sin(alpha)/L_d, dokładnie 1/R na okręgu — zwalnia do sqrt(a_lat/kappa) przed każdym zakrętem, zatrzymuje się dokładnie przy znaczniku na dwóch przystankach w granicach komfortowego opóźnienia i zrywu i obserwuje drogę wachlarzem promieni lidaru. Przy przejściu dla pieszych czeka piesza: bus ją widzi i ustępuje. Wyłącz regułę ustępowania, a ona wejdzie na jezdnię 14 m przed busem — hamowanie awaryjne zajmie odległość ze wzoru zamkniętego v tau + v^2/2a + v a/2j; daj percepcji 1,2 s opóźnienia, a bus do niej dojedzie; zaparkuj furgonetkę przed przejściem, a piesza pozostanie ukryta, aż znajdzie się na pasie. Wypróbuj suchy asfalt i mokre liście i śledź każdy dżul z akumulatora do silników, powietrza, opon i hamulców i z powrotem przez rekuperację.
Co się dzieje
Bus o masie 3000 kg (2400 kg i 8 pasażerów) jeździ po pętli kampusu o długości 116,8 m, 76 + 13π m, z zakrętami o promieniu 5 i 8 m. Kinematyczny rower względem tylnej osi, rozstaw osi 3 m: θ’ = v·tan δ/L. Czysty pościg celuje w punkt trasy L_d = 2 m + 0,6 s·v przed busem i zadaje κ = 2 sin α/l_d, dokładnie 1/R na okręgu; serwo kierownicy obraca z prędkością co najwyżej 0,7 rad/s do 35°. Planer utrzymuje prędkość przelotową, ograniczenie na zakręcie √(a_lat/κ) przy a_lat = 1,2 m/s² (nigdy powyżej μg/2) od miejsca, w którym punkt wyprzedzenia wchodzi w zakręt, i 2 m/s przy przejściu, gdy ktoś obok czeka; przed zakrętami, następnym przystankiem i przeszkodą zaczyna hamować, gdy komfortowe zwolnienie — zryw 1,5 m/s³ do 0,96 m/s², potem stałe — potrzebuje całej pozostałej odległości, a następnie podąża za v²/2d do ograniczenia, w granicach 1,2 m/s² i ograniczenia zrywu. Lidar 2D na zderzaku wysyła 121 promieni w sektorze 120° z częstotliwością 10 Hz, zasięg 30 m, szum 2 cm ze stałego ziarna, na ściany, słupki, drzewa, furgonetkę i pieszą; trafienia w odległości do 1,5 m od trasy przed busem to przeszkody. Planer widzi każdy skan po opóźnieniu (0,3 s); jeśli czas do zderzenia jest krótszy, niż potrzeba na komfortowe zatrzymanie, hamuje w pętli otwartej ze zrywem 20 m/s³ do min(6, 0.9μg) m/s² i zatrzymuje się w v·τ + v²/2a + v·a/2j − a³/24j² od skanu (μ = 0,85, 0,55, 0,3). Ruch jest dokładny odcinek po odcinku: stały zryw przez co najwyżej 10 ms przy nieruchomej kierownicy to łuk okręgu o przebytej długości; zatrzymanie, koniec narastania hamowania i chwile opóźnienia są znajdowane wewnątrz kroku. Praca kół z czteropunktowej kwadratury Gaussa: akumulator = trakcja/0,9 + 2 kW urządzeń pomocniczych − 0,7 × odzyskane hamowanie (co najwyżej 40 kW), reszta hamowania grzeje hamulce cierne; bilans domyka się z dokładnością do zaokrąglenia.
Co wypróbować
Obserwuj okrążenie: prędkości na zakrętach, zatrzymania przy znaczniku i bus ustępujący przy przejściu; wyłącz regułę ustępowania i porównaj zatrzymanie z odległością ze wzoru zamkniętego; zwiększaj opóźnienie, aż bus dojedzie do pieszej; wybierz furgonetkę; wypróbuj mokre liście; skróć czas wyprzedzenia i obserwuj kierowanie.
Model i jego ograniczenia
Kinematyczny rower: bez poślizgu opon i dynamiki bocznej, tarcie tylko ogranicza hamowanie awaryjne i prędkość na zakręcie; dydaktyczny planer, a nie certyfikowany autopilot ani sieć neuronowa. Lidar skanuje jedną płaszczyznę wobec okręgów i odcinków, bez zakłóceń od deszczu, klasteryzacji czy śledzenia; piesza porusza się według scenariusza i nigdy nie jest przewidywana poza regułą przejścia; kontakt jest oznaczany, a nie symulowany. Gałąź silnikowa lub rekuperacyjna jest wybierana dla każdego odcinka 10 ms na podstawie wypadkowej pracy kół; akumulator to magazyn energii o stałych sprawnościach. Jedna pętla kampusu w skali naturalnej, bez innego ruchu.
Równania modułu
Równania θ’ = v·tan δ/L, κ_cmd = 2·sin α/l_d, L_d = L0 + k·v, on a circle α = L_d/2R, so κ = 1/R v_curve = √(a_lat/κ), brake when d ≤ D(v, a, v_c); then a = −(v² − v_c²)/2d, |a| ≤ a_c, |da/dt| ≤ j TTC = d/v; emergency if d − 1 m < D_comfort; s_stop = v·τ + v²/2a_e + v·a_e/2j_e − a_e³/24j_e², a_e = min(6, 0.9·μ·g) E_batt = W_trac/η_m + E_aux − η_r·W_regen, W_trac − W_brake = ΔE_k + F_r·s + ∫c·v³ dt
