Конструкторский поиск



Всё началось с тормозов. Первым вмешательством автомобильных конструкторов в водительские амбиции — массовое применение антиблокировочной системы тормозов ABS. Создатели системы посчитали, что человек за рулём хуже справляется с блокировкой колёс, чем это делает электроника.

Разобравшись с тормозами, конструкторы взялись за двигатель. Сначала на автомобилях появились антипробуксовочные системы, которые снижают крутящий момент двигателя, если его мощность избыточна и приводит к пробуксовке ведущих колёс. Затем появилась система стабилизации ESP, при помощи которой управляются не только двигатель, но и тормоза. В результате ESP смогла самостоятельно бороться со сносами и заносами, выборочно подтормаживая колёса и регулируя тягу двигателя.

Вскоре, разработчики электронных систем безопасности добрались до рулевого управления. Система VDIM способна «доворачивать» руль на несколько градусов, если того требует дорожная ситуация. Проще говоря, водитель-человек не способен провести автомобиль между конусами по идеальной траектории.

Всё это понемногу добавляло новые системы сбора информации, более сложные системы управления исполнительными механизмами и обработки данных.

В дальнейшем автоматизация управления транспортом позволит водителю меньше участвовать в организации движения и брать на себя управление только в случае нештатных ситуаций. Это особенно важно для грузового транспорта, т. к. перевоз грузов на большие расстояния станет дешевле для компании и проще для дежурного дальнобойщика.

В данной статье можно познакомиться с системой автоматического управления легкового и грузового автомобиля, а также узнать об основных причинах, целях развития технологии беспилотного автомобильного транспорта.

Общее устройство беспилотного автомобиля

Беспилотное автотранспортное средство (далее БАС) — это обычный автомобиль, оснащенный многочисленными и разнообразными электронными устройствами.

Рис.1. Автономное вождение

Разработкой одного из наиболее перспективных беспилотных автомобилей занимается корпорация Google. Свои беспилотные машины она называет GoogleCar. Его основными электронными компонентами являются:

− датчики расстояния;

− лидар;

− видеокамеры;

− датчики положения и геодатчики

Данные с этих устройств обрабатывает бортовой компьютер.

Датчики расстояния — это радары, расположенные по периметру автомобиля так, чтобы захватить наибольшее окружающее пространство, которое позволяет машине замечать объекты на дальнем расстоянии.

Лидар — это лазерный дальномер. Располагается на крыше транспортного средства и нужен для генерации подробной 3D карты. Лидар позволяет определить тип препятствий: рядом движется человек или машина? Подскажет — лидар.

Видеокамеры — оптические датчики. Требуются для обнаружения движущихся объектов и снятия показаний со светофоров.

Рис.2. Примерная стоимость датчиков

Датчики положения и геодатчики нужны для определения местоположения машины в пространстве. Они сравнивают показания с GPS для увеличения точности движения.

Однако, даже всех известных датчиков, регистрирующих все аспекты движения пока недостаточно. Google Car ограничен в плане передвижения в плохих погодных условиях, но как обещают разработчики, к 2020 году проблема будет решена.

Рис.3. Грузовые автомобили

В секторе грузовых беспилотников впечатляющих успехов добилась компания Mercedes. Она не только смогла вывести беспилотный грузовик на дороги общего пользования, но и создать автоколонну из трёх грузовиков. Это стало возможным благодаря технологии «Highway Pilot Connect» (2017 г. — Германия, движение трёх грузовиков колонной), с помощью которой синхронизация происходит посредством сети Wi-Fi, объединяя данные с датчиков трёх грузовиков. Это позволило машинам двигаться на расстоянии 15–20 метров друг от друга и совершенно обойтись без помощи водителя, повышая тем самым уровень безопасности движения. Главным плюсом беспилотной автоколонны в компании называют меньшее занимаемое пространство на дороге и снижение вредных выбросов в атмосферу.

Рис.4. Беспилотная автоколонна

В сельском хозяйстве потребность в беспилотных машинах не меньше, чем в других отраслях. В данном случае беспилотными хотят сделать комбайны и не просто так. Ежегодно отдельные направления сельского хозяйства в США теряют до 30 процентов своего урожая из-за того, что людям физически не хватает времени на его уборку, и чтобы успеть собрать всё людям надо работать по 24 часа в сутки. От утомительного труда в перспективе могут спасти беспилотные комбайны (далее БК). Один из интересных примеров такого БК представила компания Case IH. Их разработка позволяет фермерам с обычного планшета давать указания по работе в поле. В случае ухудшения погодных условий фермеры могут приказать БК вернуться «домой». В будущем инженеры компании хотят сделать эту функцию автоматической, а также разработать систему синхронной работы множества БК.

Рис.5. Беспилотные машины в сельском хозяйстве

Тем временем в России

Развитие технологий систем беспилотного управления в России очень актуальна. Сейчас можно сказать, что в беспилотной авиации мы уже достигли определенных высот, но вот с автомобилями пока всё гораздо сложнее. Если говорить о массовом использовании беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования, то по оценкам экспертов это произойдет не раньше, чем через 20–30 лет, т. к. это связано в первую очередь с инфраструктурой беспилотного движения и работой с правовой базой.

Сейчас первым заказчиком беспилотного большегрузного автомобиля выступает МЧС России. Именно по их заказу и был разработан пилотный вариант машины, о которой пойдёт сегодня речь. Не секрет, что в последнее время происходят много различных чрезвычайных ситуаций, где риск спасателя крайне велик. К примеру, возьмём участившиеся пожары на складах боеприпасов. Добровольно тушить такие склады желающих немного, а вот специально оборудованная автомашина вполне может справиться с таким заданием.

Первый беспилотный автомобиль был создан в специальном подразделении предприятия КАМАЗ на базе модели 5350. Оснащён автоматической трансмиссией, электроприводами управления рулевой тяги, тормозными системами и множеством специальных широкоугольных камер:

Рис.6. Первый беспилотный автомобиль

Управление осуществляется из другого мобильного автомобиля-штаба. Отсюда можно управлять ведомым автомобилем как в ручном режиме (джойстиком), так и осуществлять программирование предстоящих маневров. Радиус действия в пилотном варианте около 2 км. В будущем эта цифра может быть существенно увеличена, но пока главная задача отточить то, что достигли инженеры в существующем образце.

В кабине тоже заметны существенные изменения. Но они больше походят на доработки, т. к. всё это создано на базе серийного автомобиля. В любой момент беспилотник можно использовать как обычный автомобиль с ручным управлением.

Пока машина проходит испытания, в кабине находится специально обученный человек, который страхует технику от возможных неполадок. Однако, пассажиры говорят, что он вообще ничего не делает, просто сидит и контролирует работу приборов. [8]

Цели развития технологии беспилотного автомобильного транспорта

Первая и главная причина. Снижение смертности в ДТП, спровоцированных ошибками водителей. Только в 2013 году в России на дорогах погибли более 27 тысяч человек, в США — более 32 тысяч. Человеческий фактор обгоняет все технические проблемы вместе взятые (отказали тормоза, заело педаль газа, навигатор направил в пропасть и так далее). Что изменится? В общем случае компьютер будет допускать столько же ошибок по сравнению с человеком, сколько при математических расчётах — то есть нисколько. Да, будут сложные неоднозначные ситуации. Да, будут погибшие в таких машинах. Да, будут заданы юридические, моральные и философские вопросы. Но статистика аварий будет настолько разительной, что все проблемы в итоге решатся.

Вторая важная причина. Парковки. В крупных городах до 30 % полезной площади отводится под более-менее удобные парковки. Не самое рациональное использование пространства. Чем помогут машины будущего? В двух словах: самоуправляемая машина довезёт вас прямо до двери, а сама уедет парковаться (или по другим делам) куда-нибудь подальше, чтобы в нужный момент снова появиться у той же двери и забрать вас.

Для примера — офис компании Facebook. Оцените сами, сколько площади отдано под сам офис, и сколько под парковку.

Третья причина. Прагматичное использование автомобиля. Да, многие любят получать удовольствие в движении, и мы — не исключение. Но ежедневное однообразное «путешествие» по маршруту Дом—Школа1—Школа2—Офис—Дом — это немного не то же самое, что поездки в новые места. Да, можно доверить роботу отвезти детей в школу (и себя на работу), а сам бы за этот час сделал что-то полезное.

Четвёртая причина. То, что называется Sharing Economy (экономика совместного потребления). Допустим, среднестатистический человек полчаса добирается из дома на работу, а потом обратно. Машина работает один час в день, то есть 4 % времени. 96 % времени автомобиль просто стоит и занимает место. Не слишком ли расточительно для сложного дорогостоящего механизма? В большинстве случаев семья могла бы обойтись одной машиной, которая бы просто более эффективно использовалась (хотя бы на 8 %), только для этого она должна уметь сама приехать куда надо. В ещё большей степени это применимо к коммерческой эксплуатации автомобилей (такси, доставка, разнообразные транспортные услуги), но об этом чуть позже.

Пятая причина. Если оглянуться по сторонам, то окажется, что кроме любителей настоящего драйва типа нас с вами, в мире живёт немало людей, которым ездить нужно, но они не могут. Инвалиды, несовершеннолетние, престарелые. Да и просто люди, которые не получают никакого удовольствия от вождения машины, а некоторые и просто делают это через силу. Городской транспорт или такси — далеко не всегда хорошее решение, а иногда невозможное (в маленьких городах, например).

Сложно поставить под сомнение перспективность технологий беспилотного автомобильного транспорта с точки зрения его эффективности и безопасности. Однако никаких гарантий что на дорогах общего пользования в России такой транспорт появиться в ближайшие 10 лет нет, т. к. есть много сложных задач социального и законодательного права, решение которых является не менее сложной чем разработка новейшего программного обеспечения для тех же беспилотных автомобилей.

В настоящее время самым активным центром разработки программного обеспечения для беспилотных автомобилей России является компания Яндекс, а оснасткой грузовых автомобилей и спецтехники навесным оборудованием и его испытанием заводы КАМАЗ, БЕЛАЗ, и др. по заказу МЧС, военных российских ведомств или крупных компаний из отрасли тяжёлой промышленности.

Литература:

1. Бриньолфсон Э. Макафи Э. — Вторая эра машин (Будущее уже здесь)-2017.pdf
2. Автомобили будущего. 77 уникальных мировых проектов концепт-каров
3. https://www.drive2.ru/b/1898589/
4. http://mainfun.ru/news/2015–10–28–35864
5. https://sibac.info/studconf/tech/lx/93767
6. http://ucrazy.ru/auto/1429885344-skolko-stoit-bespilotnaya-mashina.html
7. https://solomatin.livejournal.com/515766.html