Кто изобрел навигатор для автомобиля
История развития навигации от MDA-Tech
Когда-то люди ориентировались по солнцу, звездам и луне. Затем появились первые бумажные карты, астролябии и компасы. Сейчас все гораздо проще — достаточно достать из кармана смартфон.
Все начиналось с мореплавателей
Для походов по морю были необходимы не только карты и лоции, но приборы, позволяющие вычислять время и координаты корабля, а для планирования путешествий – компас и измерители скорости.
Компас
Одним из первых в истории навигационных «приборов» можно считать соларстейн (в переводе с древнескандинавского — «солнечный камень»). Он несколько раз упоминается в текстах древних викингов.
Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. Сегодня считается, что впервые свойства магнитного железняка описал Фалес Милетский в VI веке до н. э.
Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку.
К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита — камня, обладающего природными магнитными свойствами. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.
В конце XII англичанин Некаме и француз Гио де Провенс впервые описали простейшую буссоль (фр. boussole) — устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море.
У моряков начала XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль, грубые песочные часы, кишащие ошибками карты. В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, зачастую со смертельным исходом.
В 1530 году астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12–15 минут в сутки. Вплоть до 17 века песочные часы оставались единственным средством измерения времени в море. Песочные часы состояли из двух стеклянных сосудов, соединенных тонким отверстием. Сосуды заполнялись песком и запаивались, а количество песка было таким, чтобы за 1 час он полностью пересыпался из одного сосуда в другой, после чего часы переворачивали. Разумеется, что изменяя количество песка, можно было изменять промежуток времени, за которые песок пересыпался из одного сосуда в другой.
Вскоре этот способ оповещения стал общепринятым на всех кораблях в разных странах.
С появлением механических часов ими стали оснащать все морские суда, причем этот прибор считался настолько важным, что его запрещалось выносить с корабля для корректировки и навигатор брал на берег маленькие переносные часы, выставлял на них точное местное время и уже по их показаниям корректировались корабельные часы. Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном (1693-1776). Их точность составляла 4–6 секунд в сутки. По тем временам это была просто фантастическая точность.
Астролябия
Астролябия предназначалась для определения высоты стояния небесных тел, так как, зная высоту и точное время, можно было определить широту. Астролябия была известна еще в Древней Греции приблизительно в 240 году до нашей эры. На протяжении двух тысячелетий этот научный инструмент оставался практически неизменным.
Начиная со второй половины 19 века, на смену астролябии пришли квадранты, инструмент для измерения высоты звезд и определения широты. Днем (в полдень) широту определяли по длине солнечной тени, ночью — по высоте определенных звезд над горизонтом.
Появление навигации
Первый прообраз навигатора появился только в 1920 году. Устройство называлось Plus Fours Routefinder и было похоже на обычные часы, в комплекте с которыми шли карты, крутить которые нужно было вручную.
Первый автомобильный навигатор, появился в 1930-м и назывался Iter-Auto Основные его отличия от Plus Fours Routefinder состояли в автоматическом прокручивании карты — при этом скорость, с которой механизм это делал, зависела от скорости движения автомобиля.
Поворот или возвращение назад в те времена были проблемой — приходилось останавливаться и заправлять в Iter Avto свиток с новой картой местности.
К 1966 получили свое развитие первые электронные навигационные системы, например компания General Motors представала устройство Driver Aid Information and Routing Система была призвана ассистировать водителя и брать на себя часть функций водителя, чтобы он мог сосредоточиться на управлении автомобилем, а не ориентации на местности. Среди дополнительных новинок того времени — возможность позвонить по радиотелефону! Но только в аварийную или справочную службы. В качестве носителей информации использовались перфокарты: по ним навигатор ориентировался и сообщал об ограничении скорости, направлении и других важных факторах.
С бурным ростом количества автомобилей в стране восходящего солнца тоже начались свои собственные разработки. Так в 1973 году Японское агентство промышленной науки и техники запустило в проект системы контроля трафика Comprehensive Automobile Traffic Control System, который должен был помочь водителям ориентироваться в крупных городах с учетом актуальной дорожной информации.
Экспериментальные автомобили оснащенные специальными радиоприемниками и системами электронного отображения данных начала производить компания Toyota. Установленные на дорогах общего пользования передатчики транслировали на автомобильные приборы данные о заторах и предлагали варианты объезда.
Но фактическое начало новой эпохи спутниковой навигации, сам того не подозревая заложил Советский Союз, когда в 1957 году отправили в космос первый искусственный спутник Земли.
Американские учёные при этом наблюдали сигнал, исходящий от спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера, описанному еще в далеком 1842 году, частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при отдалении. Поэтому, зная свои координаты, можно выяснить положение и скорость спутника, и, зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты. На основе данного явления в 1974 году идея спутниковой навигации была реализована для нужд вооруженных сил США, которые запустили первый из 24 GPS-спутников, необходимых для покрытия всей Земли. Последний из них запустили в 1994 году. На данный момент этих спутников 32.
Первый GPS-приёмник, разработанный для вооруженных сил США, был двухместным и с колёсами. Весил около 122 килограммов.
Советский Союз тоже вел свои разработки в данной области. Официально систему ГЛОНАСС начали разрабатывать в СССР в 1976 году, но только в 1984 запустили первые два спутника. Для полного покрытия Земли также как и для GPS требуется 24 спутника.
Коммерческие компании, не имеющие доступ к космическим, технологиям шли своим путем. Так в 1981 компанией Honda был выпущен первый коммерческий автомобильный навигатор, который назывался Honda Electro Gyro-Cator
Принцип работы основывался на инерциальной системе. Чтобы сделать прибор точным компания Honda совместно с компаниями Alpine и Stanley Electric разработали систему, которая была подключена к коробке передач, чтобы знать, когда автомобиль тронулся и когда остановился.
Чтобы знать в каком направлении движется автомобиль, был разработан специальный прибор, в котором находился газообразный гелий, на который подавалось электричество.По направлению струи гелия система определяла направление транспортного средства. По сути это своеобразный гироскоп. К каждому навигационному прибору поставлялись различные карты, нанесенные на специальные пластиковые прозрачные пленки. Единственная проблема такого навигатора – это его цена. От 2000 до 3000 долларов, в зависимости от набора карт. Honda Accord, в то время, стоила около 8000 долларов.
К 1985 году в США уже появляется первый массовый автомобильный навигатор — The Etak Navigator. В отличии от разработки Honda — навигационной прибор Etak с простейшим монохромным экраном хранил карты на магнитных лентах, которые требовалось периодически менять. На нескольких лентах едва умещались схемы Лос-Анджелеса и окрестностей.
Положение в пространстве устройство определяло при помощи расчетов, основываясь на данных цифрового компаса и датчиков скорости. В течение нескольких лет было продано несколько тысяч таких приборов.
Решение о создании гражданской версии GPS системы было принято в 1983 году, после того, как ВВС СССР сбили самолёт компании Korean Airline вторгшейся в воздушное пространство Советского Союза.Споры о случайном сходе с воздушного коридора или намеренно пересечении границы до сих пор продолжаются. Но факт остается фактом, мир нуждался в более точной ориентации в пространстве. Как в воздухе, так и на земле.
Из за своей высокой стоимости и большим габаритам, долгое время спутниковая навигация устанавливалась только на морские и воздушные суда.
С развитием электроники и появлением компактных микросхем размеры устройств уменьшались. И так только в 1994 году в списке опций новейшего BMW 7-Series в кузове E38 появляется GPS-навигатор. Уже в виде полноценного устройства с цветным экраном и отличной по тем временам графикой.
Этот агрегат можно считать полноценной медиасистемой – помимо навигатора в одном корпусе были собраны кассетная дека, радиоприемник, бортовой компьютер и даже телевизионный приемник.
В США впервые автомобильная GPS навигация появилась на год позже в 1995 году на автомобилях Oldsmobile 88. Опционально их начали комплектовать системой GuideStar
Цветной дисплей устанавливался на консоль, а в багажнике машины монтировался вычислительный процессор. Карты хранились на сменных картриджах – одного хватало не больше чем на карту Калифорнии.
В это же время компанией Ashtech был выпущен первый приёмник, рассчитанный на работу и с ГЛОНАСС, и с GPS одновременно. Разработка была для военных и навигатор не была предназначен для массового рынка.
Одним из первых портативных автомобильных навигаторов был Garmin StreetPilot Основным его преимуществом была стоимость — 600 долларов, что гораздо дешевле, чем любое встроенное в автомобиль устройство.
Garmin StreetPilot крепился к лобовому стеклу или устанавливался на панель, обладал полноценным цветным экраном и хорошо прокладывал маршруты.
До 2000 на всех спутниках при передачи сигнала для гражданских приемников, правительством США искусственно включалась загрубляющая поправка, снижалась точность работы GPS, в результате чего ухудшалась точность определения местоположения. В 2000 году она была отключена, и на рынок начали массово выходить персональные и автомобильные устройства навигации.
Так появился первый смартфон с GPS — Benefon ESC, доступный массовому потребителю.
В том же году компания Alpine представила первый в истории навигатор CVA-1005 с CD-приводом. На одном компакт-диске помимо программы умещалось много картографической информации, что давало возможность прокладывать протяженные маршруты.
К 2006 году для записи карт начали использовать жесткие диски вместо сменных CD. Первые такие аппараты были от компании Pioneer модель AVIC-Z1 являлась полноценными мультимедийным центром и работала быстрее встроенных систем.
В том же году автопроизводители начали осваивать сегмент систем навигации на российском рынке. Пионером стала компания BMW, предложившая диски с картами Москвы и Подмосковья. Навигация обходилась покупателю в дополнительные 3800 евро, использовала транслитерацию вместо кириллицы и в первое время не отличалась выдающейся детализацией.
А первый гражданский автонавигатор с поддержкой российской и американской технологий Glospace появился только в 2007 году.
Массовое производство персональной аппаратуры ГЛОНАСС/GPS началось спустя четыре года.
Первый смартфон с поддержкой ГЛОНАСС, поступил в продажу в 2011 году — МТС 945. Сегодня обе технологии поддерживают около 10% всех навигационных устройств, включая популярные смартфоны.
Популяризация доступа в интернет принесла в автомобили и онлайн-сервисы. Так в 2011 компании начали объединять систему навигации авто с подгружаемыми из сети картами Google Maps, предложив водителю не схематичную карту, а реальный вид местности.
К 2013 году массовое распространение смартфонов привело к появлению новой концепции. Предлагая системы мультимедийных шлюзов, объединяющих возможности мобильного телефона и мультимедийного комплекса: GPS-датчик и программа навигации работают на смартфоне, а за отображение информации отвечает экран на консоли автомобиля.
Будущее — Дополненная реальность и полный автопилот
Десятки профильных и непрофильных компаний занимаются разработкой безпилотных автомобильных систем и адаптацией военных технологий дополненной реальности в мирное русло.
Например, концепция Dynamic & Intuitive Control Experience, получившая свое начало в 2012 году, от компании Mercedes-Benz, не предполагает участия человека в процессе управления автомобилем. Система навигации возьмет управление на себя, оставив пассажиру лишь развлекательные и информационные функции.
Audi тоже не отстает от концерна Daimler и разрабатывает собственные системы автопилотирования
А например компания Jaguar сконцентрировалась на системах дополненной реальности — Jaguar Virtual Windscreen
Для внедорожников проектируется лобовое стекло позволяющее заглянуть сквозь автомобиль, для оценки дорожного покрытия. Для спортивных версий — проецирование фантомных соперников и просчет оптимальной траектории входа в поворот.
Эволюция автомобильной навигации: от бумажных рулонов и перфокарт до беспилотников
Чем популярнее становились автомобили, тем дальше на них ездили. А в пути, конечно же, без карты не обойтись. Но останавливаться и разворачивать огромные бумажные атласы не всегда удобно, особенно если путь — долгий и изнуряющий. Еще в начале ХХ века британцы придумали наручные часы-навигатор, в которые вставлялся рулон с картами региона. Позже возникла идея установить под дорожное покрытие сотни магнитов, чтобы координировать движение. На появление первых спутниковых карт и бортовых систем потребовалось более полувека. Сейчас навигатор уже не является чем-то особенным или просто картой. Алгоритмы не только строят маршруты, но и подбирают интересные места и рассказывают о них водителю. Коммерческий директор AO «Навиком» Евгений Добринин рассказал историю о том, как изменялись системы автомобильной навигации и как обычные бумажные карты превратились в сложные гаджеты.
Читайте «Хайтек» в
Рулоны с картами и наручные часы
Первая половина XX века подарила нам первые навигаторы. Без GPS и голосовых подсказок, с небольшим набором карт они были скорее экспериментом, чем действительно полезной вещью, но всё же работали. И вдохновляли других разработчиков.
В 1920-х на рынке появился наручный навигатор The Plus Fours Routefinder. Это британское изобретение выглядело как наручные часы, только вместо циферблата и стрелок там была карта. В основе работы лежал очень простой принцип: карты были свернуты в рулон, прокручивать их приходилось вручную. Набор рулонов продавался в комплекте с навигатором, они охватывали основные автомобильные дороги Англии. Все крупные перекрестки были пронумерованы, чтобы водителю было легче заменить рулон, если предстояло куда-то свернуть. Также на этих картах было указано расстояние от одной точки маршрута до другой, а в конце стояло слово «Стоп».
В 1930 году предположительно в Италии был представлен первый автомобильный навигатор Iter Avto. В механическое устройство надо было вставить рулон с картой местности. Во время поездки она автоматически прокручивалась со скоростью, пропорциональной скорости движения автомобиля, потому что навигатор соединялся со спидометром специальным тросиком. Благодаря этому Iter Avto довольно точно показывал положение машины на местности. Если водитель сворачивал с дороги, то нужно было, как и в случае с Plus Fours Routefinder, заменить рулон с картой и найти на ней нужный перекресток.
Предвестники спутниковых систем: магниты, маячки и трансмиттеры
Автомобильный бум 60–70-х запустил первые исследовательские программы: люди пытались создать устройство, способное самостоятельно обнаруживать автомобиль на местности, а также анализировать дорожную ситуацию и учитывать ее при создании маршрута.
В 1966 году американская компания General Motors разработала устройство под названием DAIR — Driver Aid, Information and Routing (с англ. «Помощь, информация и навигация для водителей» — «Хайтек»). Оно, как и его механические предшественники, тоже работало без спутников, поэтому предполагалось, что под дорожное покрытие через каждые 3–5 миль (5–8 км — «Хайтек») будут установлены магниты. Также магниты планировали установить на всех крупных перекрестках. DAIR, взаимодействуя с этими магнитами, должен был с помощью зуммеров и световых индикаторов сообщать о приближении к поворотам и препятствиям. В качестве носителей информации в навигаторе использовались перфокарты. Гаджет предупреждал водителя об ограничениях скорости, о дорожных знаках и об опасностях на дороге: информация об этом выводилась на специальный экран, установленный на приборной панели. Также DAIR был оснащен радиотелефоном, с помощью которого можно было связаться со справочной службой или вызвать помощь.
Из-за плохой масштабируемости DAIR так и не стал массовым устройством. Однако предложенные инженерами General Motors принципы — позиционирование с помощью маяков, связь со спецслужбами — легли в основу современных навигаторов.
В 1973 году японское Агентство промышленной науки и техники предложило разработать систему, которая позволяла бы регулировать плотность автомобильного потока за счет перенаправления части трафика в объезд наиболее загруженных точек. Среди множества предложенных на конкурс проектов был выбран вариант компании Toyota — Comprehensive Automobile Traffic Control System (CACS). Он предполагал установку системы контроля на улицах городов и трансмиттеров в автомобилях. Вся информация о трафике собиралась и обрабатывалась компьютерами в контрольном центре. Благодаря этому обеспечивалась бы как односторонняя, так и двусторонняя связь, и система могла бы направлять транспортные средства по наиболее оптимальным маршрутам. Информацию водители получали с помощью специальных дисплеев и по радио. Первые испытания прошли в 1975-м, а в 1977 году, после более масштабных испытаний, специальная комиссия признала, что польза от системы перевешивает затраты, связанные с ее установкой, однако в 1979 году проект всё же свернули.
Первые навигаторы и появление GPS
К 80-м стало очевидно, что использование систем автомобильной навигации, агрегирующих информацию в контрольных пунктах и позиционирующих транспортные средства в пространстве с помощью специально установленных маяков, нерентабельно. Такие системы требовали больших материальных вложений, плохо масштабировались и практически не работали за пределами городов. Поэтому на первый план снова вышли автономные навигаторы.
В 1981 году японская компания Honda запатентовала в США первый коммерческий навигационный прибор для автомобиля — Electro Gyrocator. В нем использовался принцип инерциальной навигации: специальный датчик с газообразным гелием определял направление движения автомобиля, как гироскоп. Информацию о начале движения и об остановке Electro Gyrocator получал от коробки передач. Все данные обрабатывались аналоговым компьютером. В комплекте с прибором шел набор карт на прозрачной пленке. Перед началом движения водитель должен был выбрать карту, найти на ней начальную точку маршрута и вставить пленку в специальный отсек перед шестидюймовым кинескопным монитором. Перемещения автомобиля на этом экране показывала светящаяся точка. Устройство было очень дорогим, поэтому распространения не получило.
А в 1985 году американская компания Etak представила свой навигатор. Он умел определять положение автомобиля с помощью электронного компаса и специальных датчиков, крепившихся к неведущим колесам. Оцифрованные карты хранились на кассетах, которые можно было легко заменить во время движения. Информация выводилась на черно-зеленый векторный экран. Компания сама разработала всё техническое оборудование с нуля, и хотя проект не стал коммерчески успешным, наработки Etak впоследствии активно использовались в других проектах.
За несколько лет до этого, в 1983 году, после того как Советский Союз сбил вторгшийся в его воздушное пространство «Боинг» «Корейских авиалиний» (пилоты были дезориентированы), президент США Рональд Рейган разрешил использование системы GPS в гражданских целях во всем мире. Поначалу точность системы для гражданских потребителей была намеренно уменьшена, однако и такое не очень точное позиционирование повлияло на дальнейшую историю развития автомобильных навигаторов. Параллельно велись поиски нового носителя для карт.
Так, уже в 1987 Toyota выпустила на рынок навигатор, карты к которому были записаны на CD. Устройство было установлено на модель Toyota Crown, отдельно приобрести его было нельзя.
В 1990 году Mazda представила миру первый GPS-навигатор. Им были оснащены автомобили четвертого поколения Eunos Cosmo. Это, как и у Toyota, было встроенное устройство.
Toyota к 1992 году разработала еще одну новинку — навигатор с голосовыми подсказками. Он был установлен на Toyota Celsior.
В 1994 году GPS-навигаторы появляются и на европейском рынке. BMW и Phillips представляют совместно разработанное устройство в числе опций 7-Series в кузове E38. Навигатор оснащен цветным дисплеем.
Через год, в 1995-м, GPS-навигаторы выходят и на американский рынок. Устройство с поэтичным названием GuideStar — «Путеводная звезда» — было установлено в некоторые модели Oldsmobile.
В этом же году японская Acura представила навигатор с картами на жестком диске.
Спустя два года, в 1997-м, японская компания Alpine представила свою версию мультимедийного устройства Alpine CVA-1005 со встроенным GPS-навигатором. Устройство можно было установить на любой автомобиль, а карты к навигатору записывались на CD. Каждый диск, несмотря на большой для того времени объем хранимой информации, покрывал небольшую площадь — например, всего несколько штатов.
В 1998 году компания Garmin выпустила Street Pilot, первый портативный автомобильный навигатор с монохромным экраном и предзагруженными картами. Устройство можно было закрепить на панели или на лобовом стекле. Чуть позже появилась улучшенная версия — с цветным дисплеем.
Появление ГЛОНАСС и Google Карт
2000 год запомнился тем, что Билл Клинтон отменил ограничения, которые накладывались на использование GPS в гражданских целях. На рынке навигаторов тем временем продолжались поиски оптимального носителя информации, а также дополнительных преимуществ, которые привлекли бы клиентов к продукции конкретного производителя.
В 2006 году навигаторы выходят на российский рынок. Первой компанией, предложившей эти устройства для нашей страны, стала BMW, выпустившая на CD карты Москвы и Подмосковья. Правда, они были не очень подробными, и вместо русского в них использовалась транслитерация.
Через год, в 2007-м, на рынке появился первый гражданский навигатор, поддерживающий и американскую GPS, и российскую ГЛОНАСС. Это был российский Glospace.
Примерно тогда же Toyota предпринимает попытку решить проблему недостаточно оперативного обновления карт и предлагает японскому рынку Map on Demand — обновление карт по запросу пользователя с помощью домашнего интернета. Японцы получили возможность легко и быстро загружать свежие карты в свои устройства.
А уже в 2008 году Toyota представила первые навигационные системы, связанные с системой помощи при торможении и с работой адаптивной подвески. Они подсказывали водителю, когда следует тормозить, основываясь на данных карт, а также регулировали подвеску.
Второе десятилетие XXI века в сфере автомобильной навигации принесло новые коллаборации, а также попытки интегрировать навигаторы в системы, прежде никак с ними не связанные.
Так, в 2011 году компания Audi представила навигационный модуль с картами Google, которые загружались из интернета. У водителей появилась возможность выбрать способ представления информации на дисплее. Они больше не были ограничены схематичным изображением местности.
В 2013 году компания Mercedes-Benz объявила о заключении соглашения с Garmin. Вместе они разработали навигационную систему, полностью интегрированную в информационно-развлекательный модуль автомобиля. Первой была представлена двухдисплейная бортовая система Garmin с трехмерными картами. Она устанавливалась в S-Class Coupe. А в CLA Coupe к системе навигации можно было подключать смарт-часы Vivoactive от Garmin, они постоянно отслеживали пульс водителя и оценивали его состояние.
Эти разработки позволили Mercedes-Benz в 2019 году представить функцию управления комфортом ENERGIZING: она с помощью музыки, света и других систем, отвечающих за комфорт в автомобиле, улучшает качество поездки. А если к этой системе подключить часы Mercedes-Benz Vívoactive 3 или другое совместимое устройство Garmin, то ENERGIZING подскажет, какую программу лучше выбрать, оценив личные показатели водителя, такие как уровень стресса или качество сна.
Компания Jaguar в 2014 году представила систему дополненной реальности Follow-me Ghost Car Navigation, которая проецирует на лобовое стекло различную информацию, необходимую для водителя, а также силуэт «машины-призрака» — она показывает, куда нужно ехать. Водителю достаточно следовать за ней, чтобы добраться до пункта назначения.
Эксперты полагают, что создатели систем навигации постараются создать беспилотники. И когда управление возьмет на себя техника, развитие навигаторов выйдет на новый виток: в этих системах будет расти количество и качество infotainment-функций.
По данным консультантов PWC, уже к 2021 году сегмент infotainment станет третьим по своему потенциалу — после обеспечения безопасности и поддержки автономного вождения — с оценочным объемом 13,4 млрд евро. Скорее всего, по мере развития беспилотных технологий решения в области connected cars и навигации станут более разнообразными. Верны ли прогнозы экспертов? Узнаем совсем скоро.