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自駕車置中行駛的科技:PID控制——讓自駕車各行其道(一)
開車首先學會如何讓車子保持在車道中,必須隨時手握方向盤讓車輛穩定地保持在車道線裡,而自駕車也是如此。自駕車有一個自動控制的系統稱作「PID控制」,在偵測到車輛偏離預設的車道時,能夠快速且準確地將偏離修正回來。
 
 
你知道什麼是行車方向的自動控制嗎?

圖片說明:此圖為模擬行車方向的自動控制,黃色線為預訂行駛路線,紅色箭頭為改變的行車方向,左上角的Angle為行駛角度的改變量,自駕車可透過自動控制系統,不斷的偵測車輛位置與調整角度改變量,使其能夠保持在預訂的行駛路線上。(網址:https://medium.com/@hsinchengchao/%E8%87%AA%E9%A7%95%E8%BB%8A%E4%B9%8B%E8%B7%AF7-mpc-control-4552b10aa877)
▲圖片說明:此圖為模擬行車方向的自動控制,黃色線為預訂行駛路線,紅色箭頭為改變的行車方向,左上角的Angle為行駛角度的改變量,自駕車可透過自動控制系統,不斷的偵測車輛位置與調整角度改變量,使其能夠保持在預訂的行駛路線上。(網址:https://medium.com/@hsinchengchao/%E8%87%AA%E9%A7%95%E8%BB%8A%E4%B9%8B%E8%B7%AF7-mpc-control-4552b10aa877)

 
 
自動駕駛是未來式,更是現在進行式,隨著科技不斷的進步與人工智慧的發展,也讓這個目標不再遙不可及。為了確保行車安全,自駕車除了需搭載各種智慧感測裝置之外,還有一點很重要的,就是要如何能夠使自駕車平穩地保持在自己的車道中!
 
聽起來或許很抽象,這很像一般我們在開車時,會隨時注意路況,因為車輛容易受到障礙物或道路不平整等因素而造成偏移,也可能會因為遇到轉彎處,而需要改變行車方向,所以我們必須隨時手握方向盤讓車輛可以穩定地保持在車道線中,自駕車也是這個道理,需要有一個自動控制的系統,讓系統在偵測到車輛偏離預設的車道時,能夠快速且準確地將偏離修正回來。
 
如下圖所示,為模擬車輛自動控制行駛方向,並使其保持在藍色的模擬路線上,其中,紅色線為實際的行駛路線,車輛前方的黑色箭頭為目前行駛方向,紅色箭頭則是使用自動控制修正後的方向,為了確保車輛能夠平穩地保持在這條預定行駛的路線上,故需要有一個不斷調整方向盤角度的系統自動控制方法,而最常見的方法就是「PID控制」。
 
圖片說明:自走車使用PID控制行駛方向,並使其保持在藍色的模擬路線上。
(Controlling Self Driving Cars/網址:https://www.youtube.com/watch?v=4Y7zG48uHRo&list=PLgVoI6rhKUAmeOxIGZdzorcZ3gT3OIiPC)
▲圖片說明:自走車使用PID控制行駛方向,並使其保持在藍色的模擬路線上。 (Controlling Self Driving Cars/網址:https://www.youtube.com/watch?v=4Y7zG48uHRo&list=PLgVoI6rhKUAmeOxIGZdzorcZ3gT3OIiPC)

 
行車方向控制的好幫手-PID控制
 
PID控制是一種在工業控制上常用的方法,而PID這三個英文則是以它的三種修正方法來命名,這三種方法分別為:Proportional control(比例控制,簡稱為P)、Integral control(積分控制,簡稱為I)與Derivative control(微分控制,簡稱為D),控制的原理就是利用這三種不同的公式分別所計算出來的值,得到系統下次需修正的值,使其能夠達到或保持在設定值上,就好像是馬達的轉速控制,你可以使用PID控制,讓機械達到或保持在設定的轉速目標值上。
 
而在自駕車方向控制的應用上,就是不斷透過偵測當前車道與預設車道的差距,來計算出方向盤需修正的角度,比如說自駕車現在需要左轉了,它會自動改變方向盤的角度,使車輛能夠順利左轉以保持在車道線上,或是因為路面不平,造成車輛的向左偏移,它也會自動改變方向盤的角度,使得車輛能夠向右修正而回到原本的車道線上。所以為了使自駕車能夠成功上路,行車方向的自動控制是不可或缺的。
 

在讀過上述文章後,相信各位讀者對於為什麼需要行車方向的PID應該有了基礎的瞭解,接下來,我們將在下一篇文章「讓自駕車各行其道(二)」詳細地介紹有關於PID的三種修正方法以及實際應用狀況。

 
參考資料:
1.簡單看懂PID
http://mamason.pixnet.net/blog/post/29364211-%E7%B0%A1%E5%96%AE%E7%9C%8B%E6%87%82pid
2.Controlling Self Driving Cars

https://www.youtube.com/watch?v=4Y7zG48uHRo&list=PLgVoI6rhKUAmeOxIGZdzorcZ3gT3OIiPC

 

總編輯:國立中山大學資訊工程學系 黃英哲教授

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
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