Как работает автопилот в машине
Системы автопилота для автомобилей
Ведущие автогиганты промышленности серьёзно принялись за установку системы автопилота на серийные модели. Сейчас проводятся испытания и тестирования функций, и если верить заявлениям представителей автоконцернов, то результаты превосходят все ожидания. Полноценное внедрение технологии автопилота в современные автомобили позволят транспортному средству набирать необходимую скорость, избегать аварийных ситуаций и совершать манёвры без управления человеком.
На сегодняшний день представлены три типа систем автопилота:
I. Принцип действия электронной системы. Это самая простая форма действия автопилота, которая уже достаточно давно используется в сериях мирового автопрома.
1.1. Яркий пример такой системы – Traffic Jam Assist, которая была создана разработчиками Ford на базе исследовательского комплекса в Германии. «Система помощи в пробках» позволяет транспорту самостоятельно ехать в тесных рядах машин, останавливаться при необходимости и начинать разгонятся, когда впереди идущие автомобили свободно двигаются. Кроме того, Traffic Jam Assist способен управлять автомобилем на поворотах и изгибах дороги. При этом водитель не прилагает никаких усилий для контроля происходящей ситуации, он может позволить себе абсолютно не касаться узлов управления.
Несмотря на то, что система кажется воплощением сюжета фантастического фильма о будущем, в её действии нет ничего инновационного. Traffic Jam Assist действует по принципу двух давно известных автолюбителям систем: круиз-контроля (система анализирует информацию о внешних событиях с радара и принимает решение о необходимой скорости) и программы Lane Assist (не допускает пересечение дорожной линии и вносит правки в курс автомобиля, подруливая в нужном направлении).
Данный автопилот позволит машине придерживаться стабильной скорости в 50-60 км/ч без участия водителя. Но инженеры предостерегают, что владельцы авто не должны полностью расслабляться за рулём, участие человека всегда необходимо.
1.2. Компания Volkswagen решила не отставать и заявила об успехах в разработке системы Temporary Auto Pilot. Эта модель автопилота позволяет автомобилю переходить на самоуправление не только в пробках, но и на трассах с высокими скоростями. «Временный автопилот» по механизмам действия практически идентичен Traffic Jam Assist, но несколько новаторств от Volkswagen позволяют включать автопилот даже на скорости 130 км/ч.
1.3. Cadillac обещает своим клиентам, что их система Super Cruise будет запущена в массовое производство уже в 2015 году. Разработка будет представлять собой синтез автопилота со спутниковым навигатором.
1.4. Компания Google проводит испытание автомобиля-робота, который оснащён комплексом встроенных карт и навигаций. Такая машина способна передвигаться по дорогам даже без присутствия водителя в салоне.
II. Принцип действия электронной сцепки, который подразумевает отслеживание и контроль находящегося впереди транспорта. Первой ласточкой среди автопилотов данного типа должна стать разработка компании Volvо. В основе системы SARTRE (Safe Road Trains for the Environment) заложены радикально новые принципы действия. Их особенность заключается в том, что теперь в участии водителя действительно нет никакой необходимости. Управление транспорта с встроенным SARTRE совершается с помощью впереди едущего авто.
Принцип сцепки подразумевает установление беспроводной связи между двумя автомобилями, которая активируется сразу же после сближения на определённое расстояние. Проще говоря, сзади едущая машина точно следует за «поводырём».
Инженеры Volvo считают такую модель автопилота более безопасной и автоматизированной. Пока точные сроки запуска программы в производство не известны, но представители автоконцерна обещают порадовать автолюбителей уже в ближайшие годы.
III. Третий, самый инновационный принцип действия автопилота заключается в установлении активных взаимосвязей между едущим автомобилем и окружающей средой. Транспортное средство будет взаимодействовать не только с находящимися рядом машинами, но и с дорожной инфраструктурой.
Названия этих автопилотов соответствуют их сути: vehicle-to-vehicle («машина-к-машине») и vehicle-to-infrasructure («машина-к-инфраструктуре»). Крупнейшие автопроизводители уже оценили перспективность этого типа автоуправления и концентрируют огромные усилия и средства на испытании программы. Так, General Motors обещает, что общие возможности системы можно будет оценить уже в 2020 году.
Ведутся активные разработки. Между автоконцернами начата настоящая гонка за победный приз в виде совершенной системы автопилота, которая воплотит идею «умного» автомобиля в реальность.
Слава роботам: изучаем системы автопилота в современных авто
Технический прогресс неумолимо движется вперед, к новым горизонтам. Если еще каких-то пять-шесть лет назад магнитола с USB-входом в автомобиле была предметом гордости автовладельца и желанной добычей для хулиганов, то сейчас и телевизор на торпедо мало кого удивит.
Однако инженеры автомобильных концернов работают не только ради развлечения, но и для облегчения жизни водителя. Все больше и больше разработок касаются сферы автомобильного «искусственного интеллекта», все шире и шире они применяются в серийных образцах. Автоматические парковочные системы, адаптивный круиз-контроль, управляемые компьютерной программой автомобили… С чего все началось и что нас ждет в ближайшем будущем?
Volvo City Safety: тормозить или нет — решает авто
Еще в начале двухтысячных концерн Volvo Cars представил миру совершенно новое слово в решении проблемы аварий на скорости менее 30 км/ч — систему City Safety. Впервые установленная на Volvo V40, система и по сей день используется в модельном ряде Volvo: она входит в стандартное оборудование автомобилей S60, S80, XC70, XC60 и V40 Cross Country.
Как это работает?
Под лобовым стеклом автомобиля, у зеркала заднего вида, располагается оптический радар, позволяющий определить наличие препятствий и характер их движения на расстоянии до 6 метров. Если препятствие зафиксировано, система City Safety очень короткое время ждет решения водителя (о чем написано в руководстве по эксплуатации: «водитель может обойти систему City Safety, ускорившись, изменив траекторию движения или затормозив»).
Если водитель не предпринимает никаких действий (система не оповещает водителя о возможности столкновения, чтобы к ее работе автовладелец не успел привыкнуть), машина автоматически сбрасывает газ и активирует тормозную систему, а также включает «аварийку», предупреждая других участников движения.
В чем польза?
По заверениям инженеров Volvo, система City Safety предотвращает практически все аварии на малых скоростях. Если разница в скорости между двумя возможными участниками ДТП меньше 15 км/ч, столкновения чаще всего удается избежать. Если же скорость в пределах 15-30 км/ч, происходит оптимальное снижение скорости, а негативные последствия удара сводятся к минимуму. Чем больше разница в скорости, тем больше ответственности ложится на плечи водителя, а если сам автомобиль движется быстрее 50 км/ч, система автоматически отключится, так как на высоких скоростях ее эффективность стремится к нулю.
Тем не менее в условиях города — пробках, невысоких скоростных режимах и т.д. — система City Safety успешно помогает предотвращать все большее и большее количество аварий. Неудивительно, что в 2009 году страховая компания Allianz присудила Volvo Car Corporation почетную награду «Гениальное изобретение».
Системы обнаружения пешеходов: развитие идеи автотормоза
И снова шведы. В 2010 году компания Volvo развила успешную идею своей системы City Safety и на ее основе создала схожую — систему Pedestrian Detection, позволяющую распознать наличие людей возле автомобиля и путем сбрасывания скорости помочь снизить силу удара (или даже полностью предотвратить столкновение) с человеком. Идея оказалась востребованной, и в настоящее время существуют три модификации системы:
Как это работает?
Подход к решению основной задачи у всех модификаций схож и конструктивно, и программно. Для обнаружения пешеходов используются видеокамеры и радар (правда, EyeSight обходится без последнего, что ничуть не мешает этой системе выполнять свои задачи), которые позволяют на расстоянии до 40 метров обнаружить пешехода и оценить как траекторию его движения относительно автомобиля, так и возможность столкновения. Принцип работы схож с City Safety: ожидается реакция от водителя (однако в этом случае сигнал ему все-таки подается, чаще всего на экран мультимедийной системы), если реакции не следует, автомат доводит автомобиль до полной остановки.
В чем польза?
На скоростях до 35 км/ч система обнаружения пешеходов, по заверениям разработчиков, позволяет полностью избежать столкновения. При большей скорости полностью избежать аварии, безусловно, автоматика не может, но старается свести риск травмирования к минимуму.
Однако условностей в этом случае намного больше: водителю следует помнить, что в темное время суток или в условиях плохой видимости компьютеру сложнее распознать силуэт человека с датчиков. А пешеходам было бы неплохо уяснить: далеко не во всех автомобилях эта система вообще есть, поэтому не стоит сломя голову бежать перед надвигающейся машиной.
Системы автоматической парковки: нет шуткам о женщинах!
На современном рынке представлены множество систем, помогающих водителю в парковке, вплоть до ее осуществления без помощи водителя.
Как это работает?
Конструкция системы автопарковки делится на три основных блока:
Работу системы автоматической парковки можно разделить на два этапа: поиск подходящего места и непосредственно сама парковка. На первом этапе работают только ультразвуковые датчики, которые оценивают ситуацию по периметру автомобиля и при наличии свободного места подают сигнал о переходе на следующий этап. А в самой парковке участвуют все три блока, через механизмы управления автомобилем задавая скорость, направление и траекторию движения.
В чем польза?
Все достаточно очевидно: неопытные автомобилисты больше не должны краснеть от стыда и трястись от гнева, когда у них не получается втиснуть свою машину между двумя другими. Впрочем, как показали многочисленные практические испытания, квалифицированный автомобилист умеет парковаться лучше, чем большинство таких систем. Поставить пятиметровый автомобиль с зазором в 5-7 сантиметров от соседних машин серийному автопилоту не под силу. Надо полагать, что это вопрос времени.
Адаптивный круиз-контроль: от автотормоза к автогазу
Если идея автоматического торможения для предотвращения аварий первой пришла к инженерам Volvo, то идея автоматического круиз-контроля посетила многих автопроизводителей одновременно, став логическим продолжением самой системы Cruise Control. Так, сейчас широко известны следующие варианты:
Как это работает?
Они все схожи между собой. Сама система представляет из себя три основных блока — датчик расстояния, блок управления и исполнительные устройства. Датчик (один или несколько, как в Distronic Plus) устанавливается на передний бампер и позволяет оценить расстояние до впередиидущего автомобиля. Для этого используются лидары — инфракрасный луч сканирует пространство перед собой и по отражению от объекта определяет расстояние до него. Он недорог, но подвержен влиянию погодных условий. Или для той же цели используют радары — расстояние до объекта определяется отражением электромагнитных волн. Датчики передают значение расстояния в управляющий блок, который одновременно с этим фиксирует:
На основании этих данных блок управления для системы круиз-контроля сравнивает рекомендуемое значение скорости с текущей, и, если они не совпадают, через электронные системы автомобиля подает команду исполняющим устройствам (ESP, АКПП и т.д.).
В чем польза?
«Обычный» круиз-контроль на загруженных трассах — штука бесполезная. Всякий раз, когда перед вами оказывается фура, «чайник» или трактор, приходится переходить к ручному управлению. Адаптивная система намного практичнее и действительно экономит немало нервов.
Сегодня системы адаптивного круиз-контроля позволяют работать в широком диапазоне скорости — от 30 до 180 км/ч, а в самых продвинутых вариантах — и от 0 до 200. В условиях же плотного движения, благодаря функции Stop and Go, система позволяет вообще забыть о педалях, приводя автомобиль в движение вместе с основным потоком и останавливая его при необходимости. Неудивительно, что именно эта система послужила основой для следующей, ранее считавшейся фантастической, а теперь уже абсолютно реальной системы автоматического управления.
Системы автоматического управления: «Вкалывают роботы, а не человек!»
Да, уже далеко не за горами тот день, когда звание «водитель» смогут носить не только люди, но и компьютеры. На сегодняшний день комплексно подошли к автоматизации автомобильного движения две компании — поисковый гигант Google, уже давно разрабатывающий не только поисковик, и (это ли не повод для гордости?) амбициозная российская компания «РобоСиВи».
Об отечественной разработке известно очень мало, только лишь наличие двух основных блоков — позиционирования, использующего ГЛОНАСС, и технического зрения, состав которого до сих пор хранится в тайне. А вот Google охотно делится с миром информацией.
Как это работает?
Схема работы состоит все из тех же трех блоков–датчиков, блока управления и управляющих систем. Целью работы сенсоров служит фиксирование информации об автомобиле. Подобной системе не обойтись без большого количества датчиков:
Данные с этих датчиков передаются в управляющий блок, передающий команды устройствам управления.
Разобрали принцип работы автопилотов в современных авто. Насколько это безопасно?
Машина с автопилотом считается транспортом следующего поколения и мечтой многих автолюбителей: ведь чтобы добраться до нужно места, не нужно будет крутить руль. Сиди себе в салоне и спи, автомобиль доедет до нужного места сам.
На самом деле, автопилот для гражданских авто существует уже сейчас. Машины под управлением искусственного интеллекта можно встретить даже на дорогах Москвы, но как это все работает?
Рассказываем всю правду про современные беспилотные машины.
Какие бренды делают авто с автопилотом
Машина с автопилотом от американского стартапа.
Единой системы автопилота нет, потому что в 2010-х годах многие крупные автомобильные бренды начали разработку собственного беспилотного программного обеспечения.
Систему датчиков для анализа дороги и препятствий можно установить практически на любую машину. Так что у ведущих автопроизводителей нет какой-то специальной модели авто для тестирования автопилота.
Основой любого авто с беспилотным управлением является искусственный интеллект, который должен мгновенно принимать решения, учитывая поступающие данные с датчиков и камер, установленных по всей машине.
На сегодняшний день автопилот разрабатывают и тестируют следующие производители:
▪️ General Motors
▪️ Ford
▪️ Mercedes Benz
▪️ Volkswagen
▪️ Audi
▪️ Nissan
▪️ Toyota
▪️ BMW
▪️ Volvo
▪️ Tesla
Автопилот тестирует даже Apple. Правда не слишком хвастается результатами. В прошлом году ее автопилот признали худшим из имеющихся в США.
Куда лучше дела у Google. Для них умное авто разрабатывает компания Waymo, дочернее предприятие Alphabet.
Цену увеличивают те самые модули для автономной езды и сертификация, о которой мы поговорим позже.
Беспилотные авто реально сами ездят? На самом деле нет
Так видит дорогу автопилот автомобиля.
В идеале машина с автопилотом работает автономно, то есть водителю не нужно жать на педали и перехватывать управление даже в сложных дорожных ситуациях. Но это пока лишь в теории.
У Tesla на сегодняшний день самый продвинутый по своей функциональности автопилот, но даже он официально называется «интеллектуальный помощник водителя». То есть полностью доверить ему управление авто ещё нельзя.
Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) выделяет шесть степеней автономность машин. Полная автономность – это последняя, шестая степень. С таким автопилотом водитель лишь задает конечный пункт маршрута, а процесс передвижения полностью ложится на программное обеспечение.
Все 6 степеней автономности машин по версии Общества инженеров автомобильной промышленности.
Сегодня на дорогах общего пользования можно встретить машины с функцией беспилотного управления третьего уровня автономности. Пока это максимум, до чего дошли автопроизводители.
В недалёком будущем машины с автопилотом 6-й степени автономности обязательно появятся. А пока за рулем обязательно должен сидеть человек для перехвата управления, если система не справляется.
Что умеют беспилотные авто сегодня
Дорога «глазами» искусственного интеллекта.
Искусственный интеллект автопилота в наше время может не только анализировать динамичную дорожную обстановку в реальном времени, но и «узнавать» людей, животных и неодушевлённые преграды.
Это не говоря о распознавании дорожной разметки, сигналов светофора и дорожных знаков.
Для этого программа постоянно анализирует данные с датчиков, которых можно разделить на 4 вида:
Камеры. Отвечают за визуальное обнаружение объектов, например, дорожная разметка и знаки
Радар. Определение препятствий и объектов впереди и сзади, а также определение расстояния до них
Лидар. Похож на радар, но работает с углом обзора 360 градусов и распознает объекты вокруг на расстоянии до 60 метров
Датчик положения. Вмонтирован в колесо, определяет положение машины на карте.
Искусственный интеллект анализирует информацию с разных датчиков, и вот как это выглядит в реале:
Бортовой компьютер соединяет информацию, полученную от сенсора, с находящейся в памяти картой местности. Собранные данные хранятся в общей базе, чтобы ими могли пользоваться другие машины.
Беспилотник должен собрать очень много данных, и эти данные должны собираться не на полигоне и даже не в одном конкретном месте, а во всем городе – везде, где есть свободное движение. Чем больше беспилотников, тем больше данных, тем безопаснее технология.
Как тестируются беспилотные машины
Беспилотный транспорт тестируется на специальных полигонах. В России самым известным стал технопарк «Калибр» на улице Годовикова в Останкинском районе Москвы. Кроме него в стране насчитывается несколько десятков таких технопарков.
На полигонах автомобили тестируют прежде всего на взаимодействие с дорожной инфраструктурой и с пешеходами на зебрах. На таких испытаниях выясняются печальные подробности: автопилот Tesla удалось обмануть с помощью дешевого проектора.
Испытатели проецировали различные двумерные изображения, а система воспринимала их как реальные объекты.
Если авто проходит этот этап, начинается следующий – в реальных условиях на шоссе. Во время таких испытаний в салоне находится пилот-испытатель, чтобы перехватить управление, если искусственный интеллект не справляется.
На дорогах Москвы беспилотники появились в июне 2019 года. Машины курсируют по специальным зонам для тестирования. Перед выходом на дорогу общего пользования Москвы первый беспилотник прошел сертификацию на полигоне НАМИ.
Как сертифицируются машины с автопилотом
Перед выходом на дорогу беспилотный автомобиль получает сертификацию о прохождении испытаний высокоавтоматизированных транспортных средств (ВАТС).
Она представляет собой проверку исправности комплектующих. По сути, сертификация дублирует испытания, которые проходит любой автомобиль перед тем как выйти на рынок.
В России беспилотник проходит сертификацию и на этапе тестирования. В США на этот период она не требуется — сразу после выхода с конвейера и оснащения всеми необходимыми датчиками автомобиль выезжает на трассу общего пользования.
Глава направления беспилотных автомобилей «Яндекса» Дмитрий Полищук говорит, что этот процесс мало чем отличается от сертификации обычного автомобиля. Регуляторы проверяют преимущественно тормозную систему, стояночный тормоз, поворотники, фары, а к беспилотной технологии прямого отношения это не имеет.
Проверить искусственный интеллект на пригодность к вождению, по его словам, невозможно.
В свободной продаже автомобилей с беспилотным управлением в России в ближайшее время не будет. Все машины ездят в рамках тестов и испытаний.
А кто будет виноват, в случае ДТП с участием беспилотного авто в России?
Машина Яндекс.Такси со встроенным автопилотом на испытательном полигоне.
Так как автомобили с функцией автопилота пока ездят в тестовом режиме по дорогам России, этот вопрос ещё не обсуждался официально.
Все беспилотные автомобили в России обязательно страхуются сейчас на 10 млн руб. Так что страховка покроет ущерб от практически любого ДТП с участием машины без водителя за рулем.
В то же время в Великобритании готовится проект «Vehicle Technology and Aviation Bill», в котором есть пункты касательно ДТП с участием беспилотного транспорта:
?? Если в момент оформления страхового полиса страховая компания была проинформирована о том, что транспортное средство будет использоваться в режиме автопилота, тогда она несет полную ответственность по застрахованному авто.
?? Если беспилотный автомобиль не застрахован, тогда в случае аварии ответственность будет нести автовладелец.
?? Если аварийная ситуация возникла по причине сбоя в программном обеспечении или оборудовании, тогда вина ложится на плечи компании-производителя.
?? Если авария стала следствием вмешательства автовладельца в ПО или собственник не выполнил указания производителя (например, не провел обновление программного обеспечения вовремя), тогда страховщик может взыскать страховую выплату с автовладельца.
Так что к появлению частных полностью беспилотных машин общество почти готово.
Современному автопилоту ещё далеко до полностью автономной работы
Volvo с системой автопилота на крыше.
Сложно поспорить, что машины без водителя — транспорт будущего, хоть сейчас мы ещё далеки от изобретения полностью автономного автопилота.
На сегодняшний день тестирование таких машин слишком затратно, но в том же Яндексе уверены, что в будущем поездки на авто с ним окажутся дешевле, чем на такси.
Пока что искусственный интеллект слишком уязвим и непредсказуем. Его можно обмануть или сбить с толку.
Единственный способ его усовершенствовать — больше тестировать. Чем активнее этим будут заниматься компании, тем скорее машины с полностью автономным управлением войдут в обиход.