Конструкторский поиск | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Михайлова Е. А., Агеев С. Р. Конструкторский поиск // Молодой ученый. — 2019. — №8.2. — С. 26-31. — URL https://moluch.ru/archive/246/56662/ (дата обращения: 26.03.2019).



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.

C:\Users\stas\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\5e6d484f6268ffcb520a21ad3b179598.png

F:\AirDiveall\ShoweryCity@gmail.com\АТЭМК\Курс 2018\Экономика организации [Михайлова Е.А.] - 34\Транспорт будущего\Просты обозначения.jpg

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.

http://i.ucrazy.ru/files/pics/2015.04/1429885285_505403_a9f8afe7ead2d0e3ce0233f1493a066a.jpg

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.

http://www.b2bpurchase.com/wp-content/uploads/2016/05/b2b-may-2016-may-pg-38.jpg

Highway Pilot состоит из радара и стереокамеры, включенных в направлении движения.

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.

https://automobilrevue.vshcdn.net/obrazek/5721a8165019b/16c242-03.jpg

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.

http://mcx.ru/upload/medialibrary/09c/09c307131b13c7e661504ef40dbc69d1.jpg

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:

https://img-fotki.yandex.ru/get/43843/413052636.86/0_1d87ab_e1d35f82_orig

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
Основные термины (генерируются автоматически): ESP, Россия, беспилотный автомобиль, беспилотный автомобильный транспорт, общее пользование, сельское хозяйство, автомобиль, машина, беспилотная автоколонна, обычный автомобиль.


Похожие статьи

Беспилотники как источник возможностей для логистики в будущем

Автомобиль сможет распознавать пешеходов и других участников движения, дорожные знаки, сигналы светофора и препятствия на дороге. Разработчики заявляют, что в отличии от зарубежных компаний, чьи автомобили ориентируются в основном на разметки, наши будут...

Беспилотный автомобиль, регистрирующий правонарушения на...

Анализируя безопасность на дорогах при эксплуатации беспилотников с различными системами управления, предлагается обеспечивать снижение риска дорожно-транспортных происшествий. Ключевые слова: беспилотный автомобиль, дороги, безопасность.

Особенности изучения технологии робоавтомобилей для...

В статье рассматривается основы технологии беспилотных автомобилей для бакалавров транспорта.

Кроме авто и железнодорожного роботизированного транспорта уже давно существуют беспилотные наводные и летательные аппараты, которые служат в основном для...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Сегодня беспилотные машины строятся с использованием разнообразных аэродинамических схем. Особое место в линейке беспилотной техники

Исходя из цели и задач исследования, под управлением беспилотным летательным аппаратом будем понимать общий процесс...

Приборы для автономной системы навигации и ориентирования...

УДК 623.746.-519; 623.646. Приборы для автономной системы навигации и ориентирования беспилотных летательных аппаратов. Шведов Павел Евгеньевич, магистрант. Высшая школа системного инжиниринга Московского физико-технического института.

Автономная система навигации и ориентирования беспилотных...

Статья содержит основные результаты исследований по построению и применению комплекса беспилотных летательных аппаратов для работы в условиях высокоинформативной подстилающей поверхности.

Применение беспилотных летательных аппаратов...

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в технологии точного земледелия.

Новые информационные технологии в сельском хозяйстве, волна которых дошла до России в

Гексакоптер «ФитоСан-1А» представляет собой беспилотный летательный аппарат...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система, автономная система ориентирования, камера, лазерный

Беспилотные машины могут оказать действенную помощь во время катаклизмов, в случаях обнаружения и ликвидации последствий...

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, оптический координатор

Целями для таких систем могут служить люди, летательные аппараты, автомобили и другая техника.

В настоящее время широкое развитие получают беспилотные летательные аппараты различных...

Особенности автономных надводных беспилотных комплексов

В настоящее время, все больше работ выполняемых ранее машинами под управлением человека переходит к автономным системам. Оснований для этого множества. Прежде всего, это экономика и безопасность, которая тоже сводится к экономике.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Беспилотники как источник возможностей для логистики в будущем

Автомобиль сможет распознавать пешеходов и других участников движения, дорожные знаки, сигналы светофора и препятствия на дороге. Разработчики заявляют, что в отличии от зарубежных компаний, чьи автомобили ориентируются в основном на разметки, наши будут...

Беспилотный автомобиль, регистрирующий правонарушения на...

Анализируя безопасность на дорогах при эксплуатации беспилотников с различными системами управления, предлагается обеспечивать снижение риска дорожно-транспортных происшествий. Ключевые слова: беспилотный автомобиль, дороги, безопасность.

Особенности изучения технологии робоавтомобилей для...

В статье рассматривается основы технологии беспилотных автомобилей для бакалавров транспорта.

Кроме авто и железнодорожного роботизированного транспорта уже давно существуют беспилотные наводные и летательные аппараты, которые служат в основном для...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Сегодня беспилотные машины строятся с использованием разнообразных аэродинамических схем. Особое место в линейке беспилотной техники

Исходя из цели и задач исследования, под управлением беспилотным летательным аппаратом будем понимать общий процесс...

Приборы для автономной системы навигации и ориентирования...

УДК 623.746.-519; 623.646. Приборы для автономной системы навигации и ориентирования беспилотных летательных аппаратов. Шведов Павел Евгеньевич, магистрант. Высшая школа системного инжиниринга Московского физико-технического института.

Автономная система навигации и ориентирования беспилотных...

Статья содержит основные результаты исследований по построению и применению комплекса беспилотных летательных аппаратов для работы в условиях высокоинформативной подстилающей поверхности.

Применение беспилотных летательных аппаратов...

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в технологии точного земледелия.

Новые информационные технологии в сельском хозяйстве, волна которых дошла до России в

Гексакоптер «ФитоСан-1А» представляет собой беспилотный летательный аппарат...

Автономная система ориентирования беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат (БЛА), навигационная система, автономная система ориентирования, камера, лазерный

Беспилотные машины могут оказать действенную помощь во время катаклизмов, в случаях обнаружения и ликвидации последствий...

Системы видеосопровождения для беспилотного летательного...

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, оптический координатор

Целями для таких систем могут служить люди, летательные аппараты, автомобили и другая техника.

В настоящее время широкое развитие получают беспилотные летательные аппараты различных...

Особенности автономных надводных беспилотных комплексов

В настоящее время, все больше работ выполняемых ранее машинами под управлением человека переходит к автономным системам. Оснований для этого множества. Прежде всего, это экономика и безопасность, которая тоже сводится к экономике.

Задать вопрос