Самоуправляемые автомобили: От теории к практике

Одна из областей, где робототехника сегодня это не только красивая теория или промышленное применение, но и реальные преимущества для пользователей — это автовождение. И то, что еще несколько лет назад казалось уделом фантастов, потихоньку начинают претворяться в жизнь. Автопилот в самолете, круизном океанском лайнере или космическом аппарате? Пожалуй. Но автомобиль? Тем не менее, сегодня это вполне реальный факт, воплощенный в жизнь корпорацией Google. Ее полностью самоуправляемые авто уже несколько лет колесят по дорогам США. Пока это лишь прототипы, собранные поштучно, но выпуск серийных образцов уже не за горами. Впрочем, не только Google. Многие компании—автопроизводители проявляют интерес к этой теме и также говорят о разработке собственных образцов таких устройств. К примеру, Volvo запустила проект Drive Me. Инициатива осуществляется Volvo Car Group совместно с Транспортным управлением Швеции, Научным парком Линдхолмен и мэрией города Гетеборг.

Работы ведутся уже сейчас, а в планах компании к 2017 г. выпустить первую сотню автомобилей с системами автономного управления, которые будут в тестовом режиме использоваться на определенных дорогах города и в окрестностях Гётеборга. Ее система автономного управления скорее дополняет водителя, нежели полностью заменяет его — это своеобразный автопилот, который можно включить на время, чтобы заняться в дороге неотложными делами.

Для чего нужны самоуправляемые автомобили?

Основная задача таких проектов — это, прежде всего, повышение безопасности движения на дорогах общего пользования. Одно из наиболее важных преимуществ систем автономного управления — реальная перспектива снижения количества ДТП и уровня смертности на дорогах. Согласно статистическим данным независимых экспертов, более 90% ДТП со смертельным исходом происходят из-за ошибок людей, совершаемых, как правило, по невнимательности.

В будущем такие автомобили с системой автономного управления, вполне вероятно, смогут вовремя обнаружить и адекватно отреагировать на ситуации, которые в ином случае закончились бы трагедией. Можно привести лишь несколько современных активных систем безопасности, которые открывают путь в будущее автомобилей с автономным управлением — это автономная система экстренного торможения, система предупреждения о сходе с полосы движения и система контроля полосы движения.

По заявлениям представителей Volvo, автомобили с системами автономного управления не только позволят улучшить качество жизни людей, которые смогут использовать время в поездках на работу и обратно для себя, но также будут полезны для сохранения окружающей среды. В Volvo Cars считают, что системы автономного управления могут сократить расход топлива вплоть до 50%. Также внедрение таких технологических решений поможет улучшить пропускную способность дорог и откроет новые пути планирования дорожной инфраструктуры, да и инвестиции в нее, в свою очередь, будут более эффективными

Как это работает?

Компания Google разработала собственную автоматизированную систему, которая использует информацию, собранную сервисом Google Street View. Она включает в себя видеокамеры, оптический дальномер, установленный на крыше, радары в передней части авто и датчик, подключенный к одному из задних колес, который помогает определить позицию автомобиля на карте. Первоначально эта система устанавливалась на ряде серийных авто, таких как Lexus RX460s, Toyota Prius, Audi TT. Однако в прошлом году Google показала автомобиль собственного производства, специально построенный для езды без участия водителя. Новые модели Google рассчитаны на двух пассажиров. Они не имеют ни руля, ни педалей газа, ни тормоза — управление осуществляется с помощью компьютера.

В разработках компании Volvo используется сложная структура, состоящая из множества датчиков, с возможностью определения местоположения на базе облачных технологий, взаимодействующая с тормозной системой и рулевым управлением. Чтобы понять, насколько сложна ее автономная система управления автомобилем, расскажем о ней поподробнее.

На лобовом стекле размещены радар, работающий на частоте 76 ГГц с частотной модуляцией и непрерывным излучением, и оптическая камера. Эта система считывает дорожные знаки и следит за изгибами дороги. Она способна обнаружить на дороге разные объекты, например других участников движения.

Четыре радара, расположенных за передним и задним бампером (по одному на всех четырех углах кузова), позволяют находить объекты во всех направлениях. Они сканируют пространство справа и слева от автомобиля, излучая волны, которые отражаются от дорожных знаков, столбов, стен туннелей. Эти радары осуществляют мониторинг обстановки вокруг автомобиля на 360°.

Дополняют их четыре камеры, которые следят за объектами, находящимися в непосредственной близости от автомобиля. Еще две установлены под корпусами внешних зеркал. Также одна камера интегрирована в задний бампер авто и еще одна — в решетку радиатора. Помимо контроля за объектами, находящимися вблизи автомобиля, камеры следят за дорожной разметкой.

По заявлениям производителя, они обладают широким динамическим диапазоном и могут быстро подстраиваться к изменяющемуся освещению, например, когда автомобиль въезжает в туннель.

Многолучевой лазерный сканирующий датчик размещен в передней части автомобиля под воздухозаборником. Он служит для обнаружения объектов перед автомобилем. Диапазон его действия составляет 150 м, поле обзора — 140°.

Кроме этого, в верхней части лобового стекла установлена трехфокусная камера, состоящая из трех камер в одном корпусе. Одна из них имеет широкое поле обзора в 140°, другая — поле обзора 45°, а третья — дальнего диапазона действия с узким углом обзора 34°, что необходимо для более точного восприятия глубины и оценки расстояния до объектов. Камера способна обнаружить внезапно появившихся на дороге пешеходов и различные опасные объекты.

Два радара дальнего действия установлены в заднем бампере и контролируют пространство позади автомобиля. Эта технология особенно важна в таких случаях, когда, например, машина сменяет полосы движения: радары смогут вовремя обнаружить быстро приближающиеся сзади автомобили.

Двенадцать ультразвуковых датчиков, расположенных по периметру автомобиля, определяют объекты, находящиеся вблизи машины, и обеспечивают поддержку системы автономного управления при движении на малых скоростях.

В основе этих датчиков лежит технология, использующаяся для помощи при парковке. В них применяется более совершенная система обработки сигналов. но подробности относительно нее производитель не раскрывает. Это актуально для таких ситуаций, когда вблизи автомобиля неожиданно появляется пешеход или иной объект.

С помощью трехмерной цифровой карты с высоким разрешением автомобиль получает информацию об окружающей обстановке, включая данные о высоте, изгибах дороги, количестве полос, геометрии туннелей, ограждениях, знаках, съездах и проч. Во многих случаях позиционирование учитывается с погрешностью, измеряемой в сантиметрах.

Для ориентации на местности используется сочетание системы GPS, трехосевого акселерометра и гироскопа с тремя степенями свободы. Сопоставляя изображение на 360°, созданное с помощью многочисленных датчиков, с изображением на карте, машина получает точную информацию о своем местоположении относительно окружающих объектов. Благодаря этому автомобиль способен самостоятельно в режиме реального времени выбрать оптимальный маршрут, учитывая переменные значения, в том числе изгибы дороги, ограничения скорости, зоны действия знаков и другие факторы, сказывающиеся на транспортном потоке. Подключение к облачным сервисам позволяет автомобилю взаимодействовать с дорожными службами и сигнализировать водителю, когда нужно отключить автопилот, если ситуация на дороге требует повышенного внимания.

Безопасность прежде всего

Как можно понять, самоуправляемые автомобили довольно сложны и требуют подключения к сетевой инфраструктуре, которую еще предстоит доводить до ума. Но, по мнению многих аналитиков информационной безопасности, чем сложнее система, тем проще ее взломать. И это может привести к печальным последствиям, начиная от дистанционного угона и заканчивая возникновением ситуаций, опасных для жизни и здоровья. И потому производителям стоит позаботиться о разрешении данной проблемы.

В том же, что касается безопасности движения на дорогах, как показывает практика Google — а ее беспилотные автомобили вышли на дороги общего пользования еще в 2010 г., дела обстоят неплохо. За это время автомобили Google оказались участниками лишь 14 дорожно-транспортных происшествий, но ни в одном из них не были признаны виновными. Google публикует ежемесячные отчеты о происшествиях с участием самоуправляющихся автомобилей с мая текущего года. Сейчас в Маунтин-Вью (шт. Калифорния, США) проходят испытания 23 автомобиля марки Lexus RX450h, оснащенных системами автоматического управления, и 2 из 25 прототипов.

К примеру, в июне этого года на дорогах города Маунтин-Вью случились два происшествия с участием самоуправляющихся автомобилей разработки Google. Виновниками в них оказались люди. Оба случая произошли на светофорах, когда автомобиль Google останавливался на красный свет. В первом из них водитель сзади идущей машины подъехал слишком близко к стоящему автомобилю Google и коснулся его бампером. При этом машины не были повреждены. Во втором случае водитель начал движение, не заметив, что зеленый сигнал зажегся только для поворота, тогда как обе машины стояли на полосе, предназначенной для движения прямо. И здесь оба участника отделались небольшими царапинами на бампере.

Разработчики указывают, что на первое место они вынесли именно безопасность. Скорость движения прототипов ограничена 25 миль/ч (40 км/ч).

В заключение

Самоуправляемые автомобили, несомненно, являются большим благом, и в будущем, при соответствующей реализации, способны стать достойными помощниками человека.

По мнению же экспертов аналитической компании McKinsey, пассажирские самоуправляемые автомобили достигнут критической массы только после 2040 г. И лишь тогда люди в полной мере смогут ощутить их преимущества. А к 2050 г. у каждого обладателя такого авто ежедневно появится в среднем 50 мин дополнительного свободного времени. Именно столько минут, по оценкам McKinsey, человек ежедневно тратит, управляя автомобилем. И это время будет перераспределено на работу, отдых и развлечения.

Статья подготовлена по материалам Google, Volvo, CW.