Desenvolvimento de Interface para Carro Autonomo

1. CARACTERIZAÇÃO DO PROBLEMA

Este trabalho busca mostrar como carros autônomos são desenvolvidos, os sistemas de comunicação entre o carro e usuário, alguns requisitos de hardware e software, a interface utilizada, os protocolos de comunicação e a interface de controle do veículo através de smartphones.

1.1 REVISÃO DA LITERATURA

Os carros autônomos são veículos que não necessitam estar sendo dirigido por um humano para executar suas tarefas. Tarefas essas que podem incluir: varreduras de locais de difícil acesso para seres humamos, transporte de cargas e até mesmo transporte de passageiros. Nesta classe de veículos existe os semiautônomos e os carros inteligentes que, apesar de não poderem realizar uma missão completamente sozinhos, são sistemas de auxílio ao motorista [Arruda, 2012].

Nos últimos anos, muitas pesquisas vem sendo realizadas a respeito dos carros sem motorista. O primeiro experimento registrado data do final da década de 1980, onde na Universidade Bundeswehr de Munique (UniBW) o professor Ernst Dickmanns desenvolveu um carro robô que possuía desde visão com movimentos sacádicos a métodos probalilisticos [Dickmanns e Zapp, 1987].

A partir dos anos 2000 foi que as pesquisas tiveram grandes avanços. Isso ocorreu porque a DARPA (Organização Central de Pesquisa e Desenvolvimento do Departamento de Defesa dos Estados Unidos) propôs desafios a cientistas e pesquisadores do mundo todo buscando técnicas que fossem capazes de enfrentar problemas comuns que um carro autônomo apresenta e formas de aprimorar a navegação dos carros em ambientes desérticos ou urbanos [Lima, 2010].

Os objetivos de criar esses carros era pra que eles pudessem diminuir os números de acidentes, reduzir ou otimizar o gasto com combustível, melhorar as condições de tráfegos aproveitando ao máximo as vias de uma cidade ou de uma rodovia [Broggi, 1999].

1.1.1. Subsistemas envolvidos

O funcionamento desses carros depende de alguns equipamentos como sensores e atuadores para que possam se locomover com precisão. Sensores são aparatos eletrônicos que tem a capacidade de retirar dados do ambiente por onde o carro se locomove e passar para centrais eletrônicas, que por sua vez processarão os dados coletados e transmitiram ações para os atuados presentes no sistema para que eles as executem. Na figura 1 está sendo apresentado um carro autônomo com diversos sensores e atuadores.

Figura 1: Carro Autônomo MIT [Fletcher et al., 2008]

Um carro autônomo é composto por vários sistemas e são esses sistemas que possibilitam ao carro se movimentar. Dentre os sistemas presentes está o sistema de movimentação que é aqueles responsável por permitir que o veículo se desloque ao longo de um trajetória pré-determinada. Fazem parte desse sistema: direcionamento, frenagem, aceleração e sensoriamento. O sistema de localização é aquele que permite que o veículo possa ser localizado dentro de um rota ou é usado para determinar um caminho a ser seguido entre um ponto de partida e um ponto de destino. Esse sistema é composto por GPS (Global Positioning System) , IMU(Inertial Measurement unit) e bússola. O último sistema presente é o de percepção, responsável por permitir que o veículo desvie de obstáculos, reconheça sinalizações e outros padrões de imagens que podem auxiliar na navegação [Arruda, 2012].

Um dos componetes presentes nesses veículos é o de navegação. Ela é responsável por fazer que o carro escolha um caminho pelo qual não haverá obstáculos no percurso entre o local de partida e o de chegada do carro. Esse sistema inclui o planejamento da rota, decteção e desvios de obstáculos . O planejamento de rota é feita através da decomposição do espaço e os dados são armazenados em células com o estado “livre” ou “ocupado”. Isso é obtido na forma de grades, triangulações e em grafos de visibilidade. Para a detecção de obstáculos tem o uso de sensores sonares, lasers e sensores baseados em visão computacional, a escolha de qual utilizar vai depender da finalidade desejada e do alcance esperado, geralmente não é usado um único sensor ou um único tipo de sensor. E por último o desvio de obstáculos usa o que foi feito na detecção e através de algoritmos e programação escolhe um outro caminho para conseguir desviar [Lima, 2010].

Juntamente com a navegação é preciso estabelecer uma arquitetura de modo a integrar todos os componentes presentes no veículos, tanto os controlados por software ou por hardware, de modo a fornecer uma solução de um problema para o motorista e que não seja especifica para apenas um carro. Com isso a arquitetura deve ser simples aos olhos de quem usa o carro para que não seja limitado o número de usuários para ele.

A arquitetura pode ser subdividida em três níveis: nível de controle, nível de processamento e nível de usuário. O nível de controle é aquele no qual se localizam os elementos de controle e sensoriamento, onde tudo é acompanhado em tempo real. No nível de processamento encontra-se o que não precisa ser em tempo real e aqueles que possuem maior quantidade de dados para transmitir. Já o nível usuário é onde o motorista do carro consegue enviar e receber informações dos sistemas [Arruda, 2012].

Pensando ainda na arquitetura é possível estabelecer alguns requisitos para o hardware e o software, de modo que eles supram as necessidades apresentadas pelos sistemas e consigam funcionar sem falhas ou sobrecargas. Abaixo serão listados os requisitos básicos.

• O hardware deve permitir uma comunicação exata entre o sistema de movimentação e os sensores e atuadores.

• O hardware deve ser robusto, não pode ser afetado por ruídos e vibrações mecânicas.

• O hardware deve permitir monitoramento a distância.

• O hardware não pode interferir no funcionamento normal do veículo.

• O hardware deve oferecer segurança e suporte a sistemas de emergência.

• O software deve processar a informação para facilitar o seu entendimento para todos os sistemas.

• O software deve ser capaz de atender as demandas de tempo requeridas.

• O software deve ser tolerante a perturbações e falhas.

Com todos esses requitos atendidos o sistema consegue operar sem problemas e ainda permite que possam haver ampliações na rede sem que seja necessária