Введение
Автономный автомобиль Stanley — автомобиль, способный к автономному управлению, разработанный гоночной командой Стэнфордского университета в сотрудничестве с Исследовательской лабораторией электроники Volkswagen (ERL). Он выиграл DARPA Grand Challenge 2005 года, принеся гоночной команде Стэнфорда приз в размере 2 миллионов долларов.
Stanley is an autonomous car created by Stanford University's Stanford Racing Team in cooperation with the Volkswagen Electronics Research Laboratory (ERL). It won the 2005 DARPA Grand Challenge, earning the Stanford Racing Team a $2 million prize.
Стенфордская гоночная команда
Под руководством доцента Себастьяна Труна, директора лаборатории искусственного интеллекта Стэнфордского университета, гоночная команда Стэнфорда была разработана исключительно для участия в Гран-Челлендже DARPA 2005 года. Стэнфорд не участвовал в Гран-Челлендже DARPA 2004 года и оценивался с коэффициентом 20:1 на победу в соревновании 2005 года. В настоящее время автомобиль находится в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института. Он был представлен на Нью-Йоркском международном автосалоне в 2006 году и два года экспонировался в Музее Volkswagen Autostadt (Германия). В 2007 году команда Стэнфордского гоночного клуба представила новый автомобиль – модифицированный универсал Volkswagen Touareg, получивший название "Junior" – на Гран-Челлендже DARPA Urban Challenge. Среди других ключевых участников команды: Майкл Монтемерло (руководитель разработки программного обеспечения), Свен Строхбанд (ведущий инженер по аппаратному обеспечению), Дэвид Ставенс (робототехник/инженер), Хендрик Далькамп (руководитель направления компьютерного зрения), Седрик Дюпон (руководитель направления транспортных средств) и Памела Махони (руководитель направления коммуникаций).
Строительство
Автомобиль изначально представлял собой стандартную европейскую дизельную модель Volkswagen Touareg, предоставленную Volkswagen ERL для участия в соревнованиях. Команда Stanford Racing выбрала Touareg из-за системы управления "электронным дросселем", которую можно было адаптировать (и это было сделано ERL) для управления непосредственно с бортового компьютера без использования исполнительных механизмов или сервоприводов; однако рулевое управление осуществлялось электродвигателем, а переключение передач – с помощью гидравлического поршня. Для навигации автомобиль был оснащен пятью блоками LIDAR Sick AG, установленными на крыше, для создания трехмерной карты окружающей среды, что дополняло систему GPS определения местоположения. Внутренняя система ориентации, использующая гироскопы и акселерометры, контролировала ориентацию транспортного средства и также служила для дополнения данных GPS и других датчиков. Дополнительные данные о направлении поступали с видеокамеры, которая использовалась для наблюдения за дорожными условиями на расстоянии до восьмидесяти метров (за пределами дальности действия LIDAR) и для обеспечения достаточного пространства для ускорения. На автомобиле Stanley также были установлены датчики в колесной арке для записи рисунка протектора шины и использования в качестве одометра в случае потери сигнала (например, при движении по туннелю). Используя данные этого датчика, бортовой компьютер может экстраполировать пройденное расстояние с момента потери сигнала. Для обработки данных датчиков и принятия решений автомобиль был оснащен шестью маломощными компьютерами Intel Pentium M с частотой 1,6 ГГц, размещенными в багажнике и работающими под управлением различных версий операционной системы Linux.
Программирование
Инженерная школа разработала 100 000 строк программного кода для интерпретации данных с датчиков и принятия навигационных решений. Как описал журнал Popular Mechanics, в основе работы лежит "типичная иерархия роботов", где "модули нижнего уровня принимают необработанные данные с лидаров, камер, GPS-приемников и инерциальных датчиков и передают их в программное обеспечение для управления скоростью, направлением и принятием решений". В автомобиле реализован подход к обнаружению препятствий на основе машинного обучения. Данные с лидаров объединялись с изображениями системы технического зрения для обеспечения дальнего обзора. Если в пределах 40 метров перед автомобилем не обнаруживался проходимый участок, скорость снижалась, а лидары использовались для поиска безопасного пути. Для исправления типичных ошибок, возникавших на ранних этапах разработки, команда Стэнфордского университета собрала журнал "реакций и решений человека" и использовала эти данные для обучения алгоритма, связанного с системой управления автомобилем, что позволило уменьшить количество ошибок. Журнал действий водителей-людей также повысил точность распознавания теней, что было причиной многих сбоев в работе автомобилей на DARPA Grand Challenge в 2004 году.