Беспилотный автомобильный транспорт

Стремительное развитие автомобильных электронных систем делает реальной идею беспилотного автомобиля. Многие автопроизводители и производители автокомпонентов активно работают над созданием системы автоматического управления автомобилем.

Рассмотрим возможности беспилотного автомобиля. Такой автомобиль имеет возможность выполнять все функции водителя самостоятельно.

К этим функциям относятся:

• Передвижение из пункта А в пункт В, и при этом, автомобиль сам выбирает оптимальный маршрут, учитывая не только данные карты, но и информацию из интернета о пробках на дорогах.
• Самостоятельное регулирование скорости, автомобиль сам притормаживает на поворотах и ускоряется на прямых участках пути. А также находит свободное место для парковки и самостоятельно паркуется.
• Распознавание других транспортных средств, автомобиль четко «видит» сквозь туман, снег и дождь, замечает дорожные знаки и сигналы светофора.

Существует 6 уровней автоматизации машин, от 0 до 5.

Нулевой уровень включает в себя автомобили, оборудованные обычным круиз-контролем. Способность поддерживать скорость, установленную водителем, не считается автономной технологией.

У машин первого уровня автономности есть адаптивный круиз-контроль (поддерживает переменную скорость движения и обеспечивает безопасное расстояние до впереди движущегося автомобиля), системы помощи при парковке и система предупреждения о сходе с полосы.

Автоматизация второго уровня включает в себя системы помощи водителю в управлении рулем, скоростью автомобиля, а также систему помощи движения по полосе. В то же время водитель должен постоянно держать руки на руле, чтобы в случае непредвиденных обстоятельств (например, подрезает другая машина) взять управление машиной на себя.

На третьем уровне предполагается, что автомобиль не требует постоянного внимания человека — водитель может не держать руль постоянно. Правда, на третьем уровне автопилот действует только в идеальных дорожных условиях, и производители рассчитывают, что человек сможет вмешаться в ситуацию в любое время — например, если есть угроза аварии.

Автомобиль четвертого уровня автономности может самостоятельно доехать до пункта назначения, но только при идеальных условиях. Если начнется дождь или снег, водителю придется взять управление машиной на себя.

От пятого уровня автономности четвертый отличается тем, что автомобилям нужны 3D-карты местности, чтобы сверяться с ней во время движения. Если местности не будет на карте, то автопилот перейдет в режим третьего уровня или отключится.

Если нулевой уровень автономности — это автомобиль, которым вы управляете, то пятый уровень — автомобиль, которому вовсе не требуется водитель. Машины пятого уровня уже есть, но они возят не людей, а товары. Американская компания Nuro тестирует автомобили, которые доставляют продукты из супермаркетов к покупателям домой. Никто не управляет машиной, нет даже руля. Правда, ездят они на небольшой скорости. А вот когда появятся машины пятого уровня автономности, способные перевозить людей на большой скорости, пока неизвестно.

Рассмотрим принцип работы беспилотного автомобиля на примере автопилота Google. Постоянное сканирование местности с помощью датчиков: лидаров (лазерных радаров), камер, радаров и высокоточные карты – обязательные условия автономного передвижения транспортного средства. Система беспилотного авто взаимодействует с сервисом Street View, который дает панорамный вид на улицы города с высоты 2,5 м.

Лидар – сердце автопилота. Это лазерный дальномер, который устанавливается на крыше авто и генерирует 3D-карту пространства в радиусе до 100 метров. Полученные данные управляющий компьютер объединяет с картами Google, что позволяет ему избегать аварийных ситуаций и соблюдать ПДД.

Радар – их на беспилотном автомобиле 4 штуки (иногда больше): два впереди и два – на заднем бампере. Данная система применяет радиоволны, чтобы определить дальность объектов, траекторию и скорость их движения. Радар излучает импульсы, они отражаются от препятствий и передаются на принимающую антенну. Таким образом радары становятся «глазами» авто и позволяют мгновенно реагировать на любые изменения ситуации.

Датчик положения – специальное устройство, которое определяет координаты автомобиля на карте. GPS приемник позволяет отследить местоположение машины и маршрут его следования.

Видеокамера – расположена возле зеркала заднего вида. Она обнаруживает цветовые сигналы светофоров, объекты, которые приближаются на потенциально опасное расстояние. На современных беспилотах обычно установлено от 1 до 3 видеокамер. Железная составляющая Google-автопилота включает:

• управляющий компьютер;
• компьютер визуального интерфейса и модули датчиков;
• контроллер рулевого управления и привода;
• система коммуникации «машина-машина»;
• система голосового радиоуправления.

Беспилотный автомобиль работает по следующему алгоритму:

1) С помощью лидара генерируется объемная карта местности, а управляющий компьютер соединяет ее с теми данными, которые содержатся в памяти.

2) На основе полученной информации от радаров, камеры и сенсоров специальный алгоритм оценивает ситуацию на дороге и учитывает поведение других участников движения.

3) Компьютер определяет траекторию движения беспилота, а также реагирует на ситуацию на дороге: движение других автомобилей, жесты полицейского, идущий впереди школьный автобус, пешеходы, гололед на трассе и множество других факторов.

Также e автопилота google есть отличительные особенности. Автоматизированные машины учатся очень быстро благодаря тому, что вся полученная информация и практический опыт передаются в базу данных Google и пользоваться ею могут все авто. В базе данных есть огромное количество сценариев, которые встречаются в реальной жизни: неуправляемая инвалидная коляска на дороге, внезапно выскочивший на проезжую часть пешеход и т. д.

Разработчики Google обеспечили свой беспилотник «голосом» - возможностью сигналить. Сигнал срабатывает автоматически при возникновении повышенной опасности как для участников движения, так и для самой автоматизированной машины.

В будущем компьютер беспилотного авто можно будет синхронизировать с ежедневником и календарем. Пользователю даже не придется указывать место назначения – машина сама отвезет на деловую встречу или домой, если в календаре нет планов.

Теперь рассмотрим российский вариант беспилотного автомобиля от Яндекс, который работает примерно по такому же принципу, как и остальные беспилотники. В блок на крыше беспилота установлены 3 лидара, 5 камер, антенны GPS и мобильной связи GSM, антенна спутниковой системы навигации GNSS. В передней части машины 4 радара, могут присутствовать и дополнительные радары. Именно сочетание данных, полученных с разных приборов, формирует наиболее точное позииционирование и безопасную траекторию движения беспилота. Так же для движения беспилот использует компьютерное зрение и специальные сенсоры для контроля безопасности движения машины. Точное местоположение определяется по HD-карте местности. На основе всех полученных данных специальный алгоритм принимает решения как будет двигаться автомобиль.

Во время движения беспилотник накапливает и анализирует данные, все данные поступают на компьютер, расположенный в задней части машины. Мощность компьютеров позволяет обрабатывать сотни гигабайт поступившей информации в течение каждой поездки. Данные с каждой машины анализируются в едином центре Яндекса после поездки. То есть машины абсолютно автономны и в течение поездки информация не передается в центр управления. Благодаря этому беспилотники Яндекса не нуждаются в постоянном и быстром мобильном интернете, облачных вычислениях и защищены от внешнего взлома и хакерских атак.

Для того, чтобы пассажиры в салоне не волновались и понимали, как оценивает среду и принимает решения беспилот – в каждой машине установлен планшет, на котором видно, как машина воспринимает среду и окружающие объекты. Безусловно, автомобилю такая визуализация не нужна, но для людей это важный фактор для ощущения безопасности поездки. На планшете отображается в реальном времени траектория движения машины, видео с камер беспилота, дорожные знаки, разметка, окружающая обстановка и другие участники движения. Пока еще люди не привыкли к беспилотным автомобилям и это отличная идея для того, чтобы пассажиры не чувствовали беспокойство во время поездки.

В каждом беспилоте есть кнопка остановки - машину можно в любой момент остановить, как резко, так и плавно. Кнопка реагирует на скорость и плавность нажатия. Она обычно находится в руках у водителя-испытателя. Также есть кнопка перехода в ручной режим управления. Нажав на красную кнопку включется ручной режим управление, а на зелёную вновь беспилотный режим

Также рассмотрим ещё один вариант зарубежного беспилотного автомобиля под названием Tesla. Его создал всеми не без известный Илон Маск. Что бы не повторяться о принципы работы беспилотного автомобиля расскажу об отличительных особенностях данной модели. В отличие от большинства разработчиков беспилотов, например Waymo, Яндекс и т. д., Tesla не использует для автономного движения лазерные радары – лидары. Зато она имеет 8 камер на машине, обеспечивающих 360 градусов обзора вокруг автомобиля при видимости на расстоянии до 250 м и 12 обновленных ультразвуковых датчиков дополняют работу камер, позволяя обнаруживать разные типы объектов на расстоянии 8 м, и радар работающий на расстоянии до 160 м. Также Tesla использует нейронные сети для обработки данных, поступающих с камер и датчиков. Это технология называется Tesla Vision. Кроме неё у Tesla ещё есть функция Smart Summon. Она позволяет вызвать машину из гаража или парковочного места. Tesla определяет ваше местоположение и приезжает к вам сама в беспилотном режиме. Так же когда вы прибудете в пункт назначения, вы можете просто выйти из машины, и Tesla активирует режим поиска парковки, затем автоматически выполнит поиск места и припаркуется. А вызвать машину обратно можно будет со смартфона.

Если смотреть на разработки автономных машин и систем сегодня, то в России лидерами являются компании Яндекс и Cognitive Technologies.

А лидеры в мире: Tesla, Google, Velodyne, Intel MobileEye, Cruise, Waymo, Ford, Aptiv, Baidu, UBER, Toyota и другие.

В заключение хотелось бы сказать, что вскоре наступит эра беспилотных автомобилей и они будут встречаться практически на всех дорогах. Такие автомобили уже признаны в два раза безопаснее транспортных средств под управлением человека, а с развитием технологий их компьютерный «разум» сможет полностью заменить водителей.

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Беспилотный автомобильный транспорт