Десять-пятнадцать лет назад беспилотники казались техникой из будущего, теперь их испытывают на улицах многих стран. Поговорим о назначении подобных машин и их устройстве.
Что такое беспилотный автомобиль
Беспилотное транспортное средство способно двигаться без водителя.
Несмотря на успехи, большинство современных беспилотных систем пока не могут полностью заменить водителей и функционируют в режиме помощи, а не полной самостоятельности. В ситуациях, таких как сложная погода, система может затрудняться и потребовать передачи управления водителю.
Уровни автономности беспилотных автомобилей
Международная организация SAE International создала несколько уровней автономности для беспилотных машин. Эти уровни помогают понять, насколько транспорт может ездить самостоятельно без участия человека.
- Уровнь 0. Водитель осуществляет полное управление автомобилем: регулирует газ, тормоз и руль.
- На первой ступени машина поддерживает водителя во время разгона и торможения.
- На втором уровне автомобиль регулирует газ и тормоза самостоятельно, однако водителю необходимо внимательно следить за дорогой и быть готовым принять управление при необходимости.
- На уровне 3 система самостоятельно управляет транспортом, но может попросить водителя взять руль. В отличие от уровня 2, водитель находится в готовности, не обязан внимательно наблюдать за дорогой.
- На четвертом уровне автомобиль самостоятельно справляется с трудными дорожными условиями, не требуя вмешательства водителя. Вращение руля не обязательно для водителя, однако при невозможности принятия решения машиной произойдет остановка и загорается сигнальная лампа.
- Уровень 5. Полная автоматизация: автомобиль передвигается без водителем и самостоятельно принимает все решения. Такие автомобили пока не созданы.
Первые беспилотные автомобили
Создание беспилотных машин, как и многих других великих изобретений, не принадлежит одному ученому или инженеру. Американский инженер Фрэнсис Худин, в 1920-х годах разработавший концепцию «радиоуправляемого автомобиля», может считаться одним из основоположников беспилотных технологий. Автомобиль American Wonder управлялся с помощью радиосигналов от другого автомобиля. Он мог передвигаться по улицам города, останавливаться и поворачивать. Несмотря на то что эту систему нельзя назвать полностью беспилотным устройством, она стала одним из предшественников автономных систем.
В пятидесятых и шестидесятых годах инженеры начали разрабатывать системы управления автомобилями с помощью датчиков и магнитных полос на дорогах. В 1958 году компания General Motors успешно провела испытания автомобиля, ориентировавшегося по проводам, встроенным в дорожное покрытие.
В 1986 году немецкий профессор Эрнст Дикманс продвинулся дальше со своим проектом VaMoRs. В рамках проекта создали систему, позволявшую автомобилю двигаться по трассе автономно с использованием камер и датчиков для восприятия обстановки.
В 1990-е годы с широким внедрением компьютеров произошёл существенный прорыв в развитии беспилотных технологий. Машины стали комплектоваться лидарами, видеокамерами и высокопроизводительными процессорами, способными обрабатывать данные в реальном времени.
Как устроены беспилотные автомобили
Нет одной платформы для всех беспилотников, однако принцип работы у них похож. Для передвижения из одной точки в другую беспилотники применяют набор технологий.
- ЛидарЛазерный датчик, устанавливаемый на крышу автомобиля, важен для работы беспилотника. Рассеивая лазерные импульсы по сторонам, он создает 3D-карту пространства на расстоянии до 100 метров. Данные датчика объединяются с картами (например, Google или 2ГИС), чтобы машина могла следовать правилам дорожного движения и точно находить путь.
- РадарЭто устройство помогает машине воспринимать окружающее пространство. На беспилотный автомобиль обычно устанавливают минимум четыре радара: два спереди и два сзади. Радары определяют расстояние до объектов, их направление движения и скорость.
- КамерыСистемы определяют объекты, указатели на дороге и разметку. Чаще всего размещают хотя бы одну камеру возле зеркала заднего вида. В большинстве автомобилей находится от одной до трёх видеокамер.
- Ультразвуковые датчикиПриборы излучают ультразвуковые волны. Волны отскакивают от предметов поблизости, а затем сигнал возвращается к системе. На основании этого система вычисляет расстояние до препятствия, помогая автомобилю избежать столкновений и парковаться безопасно.
- GPS и инерциальные датчикиСистема GPS позволяет машине определять своё местоположение на карте с помощью спутников. Благодаря этому автомобили знают, в каком направлении двигаются и как проложить путь до конечного пункта.
- Бортовой компьютерЦентральный элемент беспилотного автомобиля – мозг всей системы.
Второе предложение:
Он собирает информацию, обрабатывает её и даёт решения: нажимать на газ, тормозить, поворачивать и тому подобное.
Как работают беспилотные автомобили
Движение автономных транспортных средств основано на постоянном выполнении множества задач непосредственно во время поездки.
- Автомобиль находит своё положение благодаря датчикам и специальным картам с информацией о разметке, светофорах, знаках и прочих элементах дороги.
- Беспилотное устройство обладает возможностью воспринимать окружающую среду: оно регистрирует объекты и определяет их направление движения и скорость. Такая информация позволяет системе делать безопасные выборы.
- На этом этапе беспилотник пытается предугадать действия других участников дорожного движения.
- Автомобиль без водителя, используя информацию о своём местоположении, окружении и прогнозах, принимает решения о дальнейших действиях. Алгоритмы определяют оптимальный маршрут и дают команды: тормозить, поворачивать, ускоряться. Всё это происходит за считанные доли секунды.
Плюсы и минусы беспилотных автомобилей
Беспилотники обладают как достоинствами, так и недостатками, важность которых меняется в зависимости от ситуации. В городе некоторые плюсы более актуальны, а на трассе — другие.
Плюсы
- Благодаря отсутствию человека риск ошибок минимизируется, что ведет к уменьшению аварийных ситуаций.
- Автопилот определяет самый выгодный путь, экономя топливо и уменьшая выбросы.
- Водитель может отдыхать и заниматься делами, потому что машина сама едет.
- Немобильные люди обретают независимость в передвижении.
- Массовое использование беспилотных автомобилей способно снизить количество пробок из-за более организованного движения.
Минусы
- Повышенная цена современных автомобилей связана с внедрением передовых технологий, таких как лидары, радары и датчики.
- Не все машины можно оснастить автопилотом, ассортимент подходящих моделей пока невелик.
- В периоды обильных осадков, таких как снег или ливень, датчики могут функционировать с неточностью.
- В ряде стран отсутствуют ясные правовые нормы регулирования эксплуатации беспилотников на проезжей части.
- Взлом представляет собой угрозу для беспилотников, как и для любого устройства, имеющего доступ к сети.
Беспилотные автомобили в России
Некоторые российские компании проверяют беспилотные системы на специальных площадках и улицах городов.
«Яндекс»
Ведущая российская компания в сфере беспилотного транспорта разрабатывает собственный автопилот с 2017 года. Машины прошли тысячи тестовых поездок в Москве, Иннополисе и других городах России и за рубежом. Помимо легковых машин, компания работает над роботами-доставщиками и беспилотными такси.
«Сбер»
«Сбер» развивает направление беспилотного транспорта через дочернюю компанию SberAutoTech. Компания представила собственный концепт — электромобиль с автопилотом под названием FLIP. Пилотные испытания прошли в Москве в декабре 2020 года, а в апреле 2022 года технология получила официальное разрешение на перевозку пассажиров. Кроме того, «Сбер» тестирует собственные технологии автопилота на базе уже существующих автомобилей.
КАМАЗ
Предприятие создает беспилотные машины для грузоперевозок по промзонам и между городами. В качестве примера можно привести презентацию КАМАЗа… прототип беспилотного грузовикаПроходят испытания. Показали и автономные автобусы, в том числе беспилотный электробус «ШАТЛ».
StarLine
Проект беспилотных технологий российской компании находится на стадии исследований и испытаний. В нём используют автомобили Skoda, оборудованные 12 датчиками: камерами, радарами, лидарами и другими системами. Основная цель — адаптировать беспилотник к сложным погодным условиям, особенно зимой. Разработчики уже добились того, что автомобиль не «пугается» тумана, снега и дождя, как это бывает у многих других систем.
МАДИ
Московский автомобильно-дорожный университет (МАДИ) разрабатывает технологии беспилотного транспорта. В университете создан небольшой автопарк из двух беспилотников — Hyundai Solaris и Ford Focus II. Один из них работает в городской клинической больнице №1 им. Пирогова. доставляя анализы между корпусамиСистема автопилота успешно выполняет эту функцию.
Беспилотные автомобили в мире
В разных странах производители машин разрабатывают и испытывают беспилотное автотранспортное средство. Часть компаний целиком сосредоточена на выпуске таких транспортных средств, а другая часть встраивает системы автономного вождения в конкретные модели своих автомобилей.
Примеры таких компаний:
- Tesla
- Waymo
- Cruise
- Baidu Apollo
- Mercedes-Benz
- BMW
- Nissan
- Audi