Autonomisen auton liikkeen suunnittelu

Abstract

Tässä tutkielmassa tehdään kirjallisuuskatsaus autonomisiin kulkuneuvoihin ja tarkemmin nimenomaan itseohjautuviin autoihin sekä siihen miten ne suunnittelevat tekemänsä liikkeen esteen kohdatessaan. Työn tavoitteena on koota yhteen aiemmin tehtyä tutkimusta ja tarkastella autonomisia autoja yleisellä tasolla, niiden kehityksen historiaa sekä missä tilanteessa niiden kehitys on nykyään. Myöskin tavoitteisiin kuuluu käydä tarkemmin läpi miten liikkeen suunnittelu reaaliajassa tapahtuu eli miten ajoneuvo väistää kohdatun esteen. Autonomiset ajoneuvot jaetaan kategorioihin sen mukaan toimivatko ne maalla, vedessä vai ilmassa. Ne voidaan jakaa myös toiminnan mukaan eri tasoihin sen mukaan, kuinka paljon kuljettajalta vaaditaan päätöksiä. Näistä tämän tutkielman kohteena ovat täysin autonomiset maalla liikkuvat ajoneuvot. Tässä tutkielmassa tarkastellaan myös DARPA:n järjestämiä haasteita, joissa kilpailijat yrittivät suorittaa radan suunnittelemallaan itseohjautuvalla autolla ja kuinka olennaisia nämä olivat autonomisten autojen kehitykselle, vaikka ensimmäisestä haasteesta ei vielä selvinnytkään kukaan maaliin asti. Myöhemmissä haasteissa kilpailijat pärjäsivät paljon paremmin ja niissä hyödynnettyä lidar-teknologiaa käytetään edelleenkin. Autonomiset autot havainnoivat ympäristöään valotutkan eli lidarin ja muiden tutkien avulla ja käyttävät navigointiin inertiajärjestelmää (INS) ja paikannusjärjestelmää (GPS). Näiden avulla ajoneuvo rakentaa itselleen sisäisen kartaston ympäristössä navigointia varten. Työssä esitellään lisäksi malleja, joita käytetään autonomisten autojen kanssa ja jotka jaetaan kolmeen eri tyyppiin sen mukaan, mitä tietoja niissä on esitettynä eli geometriseen, kinemaattiseen ja dynaamiseen. Lopuksi perehdytään myöskin tarkemmin liikkeen suunnitteluun ja erityisesti algoritmiin, joka graafihaun avulla selvittää reitin, jota ajoneuvon tulee seurata väistääkseen kohdatun esteen tehden siitä ajoneuvolle sujuvan kulkea.