Об авторе: Брэд Тэмплтон — инженер-программист, евангелист робоавтомобилей с 2007 года, работал над Гуглокаром в его ранние годы. Основатель ClariNet, почетный председатель Electronic Frontier Foundation и директор Foresight Institute, основатель факультета в Singularity University.
Об авторе: Часть 1: краткосрочный горизонт
Часть 2: среднесрочный горизонт
Часть 3: долгосрочный горизонт
Беспилотные автомобили нужно создать настолько быстро, насколько это возможно. Команды инженеров и ученых усердно работают для того, чтобы довести этот проект до конца, и перспективы оптимистичны.
Но на этом пути есть некоторые препятствия. Препятствия, порожденные обществом. Особенно в США, стране с самой большой любовью к машинам на земле. Действительно, несмотря на то, что большинство инноваций приходят из США, машины-роботы могут сначала появиться на дорогах других стран (таких как Индия, Япония, Китай или Германия).
В этом тексте я представлю список как существующих, так и гипотетических технологий, которые шаг за шагом могут помочь нам достигнуть мира с машинами-роботами на дорогах.
Что мы имеем к данному моменту:
- Вы можете и не представлять насколько много технологий компьютерной помощи при вождении уже представлено на рынке (или анонсировано).
- Антиблокировочная система тормозов и компьютеризированный контроль тяги присутствуют в машинах уже много лет
- Уже сейчас популярны машины с технологией Drive-by-Wire (электронная цифровая система управления автомобилем). Многие люди предсказывают, что таких машин будет больше и больше.
- Lexus LS460L может осуществлять параллельную парковку самостоятельно под управлением компьютера (ссылка на статью и видео). Citroen C4 Picasso сообщит подойдет ли по размеру свободное парковочное место. Ford Lincoln MKS также имеет функцию автоматической параллельной парковки.
- Активный круиз контроль в машинах 5-й и 7-й серий BMW может поддерживать постоянное расстояние от идущего впереди автомобиля с помощью радара.
- Volvo S80 предупредит о смене полосы движения без включенного поворотника (такая же функция есть у машин Lexus).
- Volvo S60 2010 года оснащена системой обнаружения и предотвращения ДТП, которая начнет принудительное торможение в случае, если вы проигнорируете предупреждение о возможном столкновении с пешеходом. Volvo заявила, что к 2020 году никто не будет погибать в их машинах. XC60 2010 года не даст вам врезаться в другую машину при скорости меньше 10 миль в час, а при 20 милях в час максимально снизит воздействие удара.
- Ассистент перестроения Side Assist в машинах Audi предупредит о другой машине в вашей слепой зоне, подсвечивая желтые сигналы в зеркале. Для работы этой технологии используются два радара.
- Система Lane Departure Prevention в машинах Infiniti моделей M и EX предупредит об уходе с полосы движения, а затем активирует тормозную систему для того, чтобы вернуть машину в полосу.
- Новые системы, основанные на камерах, предлагают водителю полный обзор пространства вокруг автомобиля. В конце концов, это приведет к тому, у водителя будет обзор, похожий на вид с камеры в гоночных играх.
- Тормозная система Pre-Safe от Mercedes начинает торможение перед предстоящим столкновением. Система Pre-Collision в машинах Lexus затягивает ремни безопасности и увеличивает помощь при торможении в ситуациях, когда столкновение неизбежно.
- Daimler-Benz и uniBwM в 1994 создали две машины (в том числе VaMP), которые проходили по 1000 км в условиях интенсивного потока движения с редким вмешательством человека в управление. В 1995 году Mercedes S-класса проехал 1600 км по автобану, находясь под управлением компьютера 95% времени, при этом в одной точке – на протяжении 158 км. Существуют и другие подобные проекты.
- Opel Insignia от GM считывает и распознает дорожные знаки (например, скоростные ограничения) и включает предупреждения в случае выхода за пределы полосы.
- Audi Travolution синхронизируется со светофорами и помогает подстроить скорость, чтобы вы не попали на красный.
- У Volkswagen есть целый ряд технологий предотвращения аварий для роботизированных автомобилей, которые они планируют использовать в новых моделях. Среди них есть такие технологии как автоматическое удержание автомобиля в полосе в пробке и на шоссе, обгон более медленных автомобилей, самостоятельная парковка, обход столбиков на парковках, экстренное торможение и многие другие.
- Усовершенствованные системы навигации начинают использовать данные о трафике в реальном времени, получаемые с датчиков и из отчетов. Эти данные создаются обычными автомобилями, при этом также используются продукты Dash и TeleAtlas.
Технологии краткосрочного горизонта
Предотвращение аварий
Функции, доступные сейчас, являются примерами дополнительных технологий, которые будут продаваться как те, которые делают машины более безопасными и устойчивыми к авариям. Большинство технологий, используемых в машинах-роботах, впервые попадут на дороги именно так, минуя военное использование. Производители люксовых автомобилей смогут повысить цены и сделать автомобили более устойчивыми к столкновениям, но со временем эти технологии станут дешевле и появятся в недорогих автомобилях.
Все это возможно, потому что согласно исследованию американского национального управления безопасностью движения на трассах, 80% ДТП вызваны невнимательностью водителя. Системы, которые замечают угрозы, на которые водители не обращают внимания, будут предупреждать об опасности и смогут предотвращать большое количество аварий.
Спустя несколько лет мы увидим практически “безаварийную” машину. Эту машину будет очень сложно разбить, даже если вы попробуете сделать это специально. И этой машине не будет нужно вмешиваться в ваше вождение, поскольку он должна будет определять приближение к опасной ситуации, из которой не сможет выбраться даже компьютер (несмотря на его превосходные механизмы восприятия и время реакции). Системы таких автомобилей будут предотвращать человеческие действия, которые будут приближать машину к границам опасных ситуаций, хотя скорее всего остановить человека, который принудительно провоцирует опасную ситуацию, не получится. Так, например, при смещении в опасную зону повернуть колесо будет сложнее, но если приложить достаточно усилий, то машина вам подчинится. Возможно, до конца вашей жизни.
Главный вопрос будет заключаться в настройке этой буферной зоны. Чем ближе водитель может приблизиться к опасной зоне, не вызывая срабатывание системы, тем меньше будет заметна работа этой системы. В идеале, водитель, который и так никогда не попал бы в ДТП, никогда не заметит работу систем безопасности, потому что ситуаций, которые сможет разрешить человек и не сможет компьютер будет очень мало.
Такие системы, вероятно, должны были бы игнорировать встречный трафик, который движется по своим полосам. В то время как встречный транспорт может очевидным образом создать опасную ситуацию (лобовое столкновение), из которой никто (ни человек, ни робот) не сможет выбраться, в наших привычках вождения даже самые аккуратные водители просто принимают такое положение дел. Эту проблему могут решить односторонние улицы и дороги с большим разделением сторон.
Машина с подобной системой безопасности должна считаться полностью роботизированной. В ситуации, ведущей к аварии, водитель может просто отпустить управление, а компьютер рассчитает траектории движения других машин и препятствий, и сделает все возможное, чтобы сделать ситуацию максимально безопасной. Если движением руководит человек, компьютер будет подчиняться, но только если человек не стремится создать настолько опасную ситуацию, что из нее будет невозможно выбраться.
Основной помехой для этих машин на пути к получению статуса полностью роботизированных будет полное незнание основ ПДД и навигации. Причины заключаются в краткосрочных факторах и избегании катастроф.
Легко увидеть, как обеспокоенные родители платят большие суммы за такие машины для своих детей, а страховые компании предлагают владельцам таких автомобилей большие скидки.
В какой-то момент у нас будут машины, которые будут ездить постоянно или большую часть времени ездить сами, но это еще не будет полностью узаконено. Эти технологии будут разрешены к использованию в качестве систем предотвращения несчастных случаев, поскольку люди хотят иметь автомобиль, способный справиться с опасной ситуацией в тех случаях, когда водитель уснул или потерял сознание. С ростом доверия к этим технологиям люди будут все чаще отпускать и руль и отдавать управление машине (возможно, это будет незаконно).
Однако, история показывает, что технологии автомобильной безопасности зачастую просто позволяют водителям чувствовать себя в безопасности и идти на больший риск, из-за чего уровень аварийности может не снижаться и даже расти. Для таких технологий трудно давать какие-либо прогнозы.
Должен отметить, что эта технология противоречит одному из моих заявлений. Я писал, что за год, в который мы не выпускаем беспилотные автомобили, водители-люди убивают 45 000 человек в США и миллион во всем мире. Автомобили, предотвращающие ДТП, могут изменить ситуацию, так как они должны снижать уровень смертности, или, по крайней мере, с ними смертельные случаи могут перестать быть таковыми.
Некоторые игроки на рынке могут захотеть остановить разработку таких автомобилей, но почти все технологии на этом рынке помогают развитию беспилотных автомобилей.
К 2020 году Volvo пообещала выпустить безопасный автомобиль с системой предотвращения аварий и более совершенной защитой пассажиров, чтобы они были в безопасности в тех ситуациях, когда аварии избежать невозможно. Они думают, что интересные находки есть в поведении саранчи.
Сложная навигация
Водители требуют и покупают системы навигации, которые станут прототипами для навигационных систем беспилотных автомобилей. В их функционал входят высокоточная технология A-GPS, динамическая обработка данных о трафике, собранных с других автомобилей, а также правки, основанные на наблюдении за пользовательским поведением и отчетах. Позднее такие системы начнут распознавать полосы и места для парковки, а также время переключения сигналов светофора, скопление заторов и многое другое.
Существует целая область, которая называется “интеллектуальные транспортные системы”, посвященная концепциям сетевых автомобилей с лучшей навигацией и управлением движением. Большая часть работы в этой области поспособствует развитию машин-роботов, поскольку роботы намного лучше непрерывно интегрируют данные в процесс принятия решений.
Симуляция окружения роботизированных автомобилей
Я присоединился к людям, предлагающим разработать открытую сетевую платформу для симуляторов беспилотных автомобилей, которые позволят малым командам разрабатывать и тестировать ПО для машин-роботов с минимальными затратами, а также совершенствовать проекты с открытым исходным кодом. Эти программные среды также могут быть использованы для проведения конкурсов, победители которых могут получать финансирование на тестирование своего ПО на реальных автомобилях.
Военный бот для доставки
Благодаря конкурсам DARPA Grand Challenge и мандату конгресса на что, чтобы ⅓ всех военных автомобилей к 2015 были беспилотными, первыми автономными машинами будут военные боты для доставок. Они будут развернуты за пределами США, как правило, в опасных зонах, чтобы перемещать грузы без риска для личного состава от нападения противника. Некоторые грузы будут уничтожены или украдены, но затраты в целом снизятся.
Некоторые грузы (например, оружие) настолько ценны, что они будут охраняться как обычно. Такие конвои будут состоять из роботов, перевозящих оружие, и тяжело бронированных и устойчивых к бомбам транспортных средств для сопровождения.
Из военных технологий получится множество других продуктов для гражданского использования. Кроме того, гражданский бот для доставки – это концепция, которая изменит мир сама по себе.
Телеметрия и сетевое взаимодействие
В идеале машины-роботы должны работать совершенно независимо от любых других систем. Они не должны зависеть от какого-либо центрального управления, систем распространения информации, а также не должны зависеть от взаимодействия с другими машинами. Тем не менее, это не значит, что использование этих данных не улучшит работу этих машин.
Даже до того, как беспилотные машины окажутся на дорогах, привычные транспортные средства могут извлечь выгоду из информации такого рода. Например, полезно получать данные о смене сигналов светофора, чтобы подстраивать скорость езды для того, чтобы не попадать на красный свет. Исследования показывают, что если автомобиль движется таким образом, а следовательно не останавливается и не стартует с нуля, то эффективность пробега по городу увеличится на 30% – такое же преимущество получает гибридный автомобиль от использования электричества (как отмечалось выше, такая технология уже используется в Audi Travolution).
Мы уже близки к этому. Протокол 802.11p уже был отведен под беспроводной доступ в автомобильной среде. Я предлагал вариант с педалью газа, игнорирующей попытки ускорения, которые приведут к тому, что вы встанете под следующим светофором (кроме тех случаев, когда вы настаиваете на том, чтобы ускориться).
Информация о динамике потоков движения также полезна для планирования оптимального маршрута для поездки. Никакой центральный орган управления не должен сообщать автомобилям куда им ехать – они сами естественным образом предпочтут выбрать самые быстрые и наименее загруженные дороги. Автомобили могут объявить в сети, что планируют движение в определенные места, чтобы другие машины могли избегать этих мест, если по расчетам в них будет ожидаться скопление трафика.
Телеметрия из других машин особенно полезна для машин-роботов. Если беспилотный автомобиль может знать, что другая машина в потоке также находится под управлением компьютера (а значит имеет высокую скорость реагирования), то эти машины могут массово объезжать препятствия, пешеходов или коварные машины с водителем-человеком. Конечно, роботизированный автомобиль не может полностью зависеть от подобной информации, но если вы решите, что можете доверять другому транспортному средству, такие автомобили могут плотнее размещаться на дороге, чтобы увеличить пропускную способность.
Также к полезной телеметрии могут относиться такие данные как отчеты о выбоинах, информация о тяге, мокрых и обледенелых дорогах. Этими данными могут пользоваться и машины с водителем-человеком – это повысит безопасность и производительность автомобиля.
Если хотите, вы можете перейти по ссылке и узнать больше о Motornet.
Парковка с помощью робота-парковщика
Lexus с функцией автоматической парковки уже доступен в продаже – эта машина может выполнить параллельную парковку на небольшой территории. Представьте себе следующий шаг – вы позволяете машине парковаться самостоятельно в специальной секции парковки, предназначенной для таких операций. Автомобиль, в котором есть “робопарковщик” может выполнять команды, поступающие от парковочной зоны, следовать указателям или (в ранних версиях) двигаться по направляющим проводам. Территория для робота-парковщика будет свободна от людей (то есть лиц, не являющихся сотрудниками) и будет находиться в частной собственности, что позволит пользоваться такими парковками задолго до того, как машины-роботы будут выпущены на дороги. Машины на таких парковках будут больше похожи на роботов, которые уже ездят по заводским цехам и больницам.
Машины с робопарковщиком могут парковаться более плотно и освобождать проезд по команде. Они могут самостоятельно парковаться в гаражах с ограниченной высотой. Задача автономной парковки намного проще полноценной езды по улицам.
Такие машины также могут быть запрограммированы для формирования конвоя, в котором множество машин будут следовать друг за другом. Это позволило бы одному парковщику-человеку доставлять большую группу автомобилей из пункта сброса машин на удаленную долгосрочную парковку в аэропорту – для перевозки дюжины автомобилей потребуется всего один человек. Также парковщик может вернуться с другим конвоем машин для пассажиров, которые должны прибыть в ближайшее время. Эта поездка не должна проходить на высокой скорости, а потому она может быть достаточно безопасной даже на дорогах общего пользования. Нам нужно доверить машине только следование за лидером – то, чего мы можем достичь уже сегодня.
Люди с радостью заплатят больше за машину, которую они могли бы подогнать к въезду для робопарковщика возле аэропорта, офиса или торгового центра и пойти по своим делам. Вернувшись, им нужно будет лишь отправить сигнал с телефона, и когда они придут к парковке, то увидят что их машина готова к отъезду.
Возможно лучшим решением будет не интегрировать полноценную логику робота-парковщика в каждую машину. Вместо этого, каждый автомобиль с автоприводом будет оснащен стандартным интерфейсом, который позволит установить в машину модуль с роботизированной парковкой. Этот модуль, оснащенный по последнему слову техники, будет иметь доступ к любым датчикам в автомобиле и принадлежать парковке, и именно этот модуль будет делать всю работу. Для того, чтобы владелец имел возможность предоставлять робопарковщику контроль над своим автомобилем будет разработан новый стандарт (возможно, беспроводной).
Можно даже представить модуль робопарковщика, который работает со старыми машинами, в которых очень мало электроники. Почти у всех машин есть круиз-контроль и электронное управление тормозами, а этого может быть достаточно – если у робопарковщика есть небольшой буксир, который обеспечит рулевое управление, в то время как сам парковщик будет давать машине команды об ускорении и торможении. Если управление торможением может осуществляться на колесах в независимости, то вы можете осуществлять рулевое управление только при помощи тормозов.
В крайнем случае, можно построить полноценный модуль буксировки, на который вы заводите два колеса машины (как в случае с эвакуатором) – такой метод подойдет для машин, которые не оборудованы для работы с протоколом робопарковщика.
Более продвинутая версия робопарковщика – машина, которая сама приезжает к месту по требованию – может появиться позже и обеспечит многие из преимуществ беспилотных машин.
Мы также могли бы увидеть больше машин, созданных для компактной автоматической парковки. Пример такой машины – проект City Car от MIT.
Этот шаг скоро получит отметку «Реализовано». Команда, занимающаяся роботизированными машинами в Стенфорде модифицировала Volkswagen (проект, известный под названием Junior 3), чтобы машина могла находить свободное парковочное место и занимать его, имея в памяти карту участка.
Персональный автоматический транспорт, похожий на автомобили
В то время как в других статьях вы можете увидеть мои заявления о том, что персональный автоматический транспорт (ПАТ) устареет раньше чем получит широкое применение, самые ранние успешные проекты в этой области на самом деле идут по пути беспилотных автомобилей. Парковочный шаттл в пятом терминале Хитроу, который называется ULTra – это ПАТ на резиновой шине. ULTra движется по выделенной полосе движения с небольшими бордюрами – он не может обнаруживать пешеходов и избегать их, а также идти по какому-либо пути кроме назначенного маршрута. Эта система была введена в тестовое использование в 2010 году, и в ближайшее время планируется переход на полноценное общее использование.
Абу-Даби строит новый город под названием Масдар неподалеку от аэропорта. Масдар планируется как город без автомобилей, поэтому они строят пешеходную часть города на уровень выше. На уровне земли (который, как кажется, находится на уровне подвалов зданий) находятся дорожки для роботизированных автомобилей для перевозок пассажиров и грузов. Вместо езды по направляющим бордюрам, эти машины двигаются по магнитым дорожкам, зарытыми в землю, и не встречают пешеходов или другие автомобили. Тем не менее, у них есть лазерный детектор, который останавливает их, если перед ними все-таки окажется человек или иное препятствие. Эта система (и весь план города) была урезана под экономический центр города, но в настоящее время она работает и имеет 2 остановки для пассажиров и 3 остановки для грузов.
Как и все системы ПАТ, таким системам необходим выделенный проезд. Тем не менее, они могут быть хорошей демонстрацией и помогут людям больше узнать о машинах-роботах. Эти машины ездят на обычных шинах и могут пользоваться обычной инфраструктурой по мере своего развития, в то время как ПАТ привязаны к своим путям.
Аэропорты – одна из областей, в которых ПАТ имеют наибольшие шансы на успех. Пример Хитроу может побудить другие аэропорты воспользоваться еще более продвинутыми технологиями – такими как автомобили-роботы, которые следуют по проложенным дорожкам и обладают лидарами, чтобы не причинять вреда пешеходам.
Телепарковщик
Возможной альтернативой робопарковщику может быть телепарковщик, который будет включать в себя набор камер, которые обеспечат 360-градусный обзор из кабины автомобиля. Изображение с этих камер будет передаваться удаленному водителю, сидящему за консолью и ведущему машину на парковке или по парковочным маршрутам – почти как в видеоигре.
На самом деле, это не так уж и сложно для автомобиля с электроприводом, если скорости невелики, а автомобиль оснащен датчиками безопасности, которые остановят его, если он к чему-то приближается (хотя такие удары могут закончиться лишь царапинами на кузове, не подвергая людей риску).
Телепарковщик, как и робот-парковщик, обеспечивает более эффективную парковку, особенно в больших офисах и аэропортах.
Военные также имеют историю технологий роботизированных транспортных средств с дистанционным управлением. Летающие машины (БПЛА) сейчас в моде, но наземные машины большой дальности также будут востребованы (основная проблема, с которой они сталкиваются – надежный сигнал управления без надежной сети передачи данных по радиочастотам. Они могут решить эту проблему с помощью ретрансляторов в воздухе и ограниченном самоуправлении при потере сигнала). Конечно, военные также хотели бы вооружать такие машины.
В случае сбоя сетевого подключения, автомобиль должен быть в состоянии поддерживать устойчивое состояние, а затем быстро сбрасывать скорость и останавливаться для обеспечения безопасности. Сегодняшние сетевые технологии недостаточно надежны для этого, но над этим ведутся работы с другой стороны.
Продолжение Часть 2: среднесрочный горизонт
Часть 1: краткосрочный горизонт
Часть 2: среднесрочный горизонт
Часть 3: долгосрочный горизонт
О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Читать еще полезные статьи:
