Электрокары и беспилотные автомобили доклад

Обновлено: 02.07.2024

Автомобильная промышленность активно инвестирует в искусственный интеллект, ориентируясь, в частности, на оптимизацию технологии автономного вождения. Всего существует пять уровней автономности автомобилей. На пятом уровне водитель пересаживается на заднее сиденье и становится пассажиром, который наслаждается комфортом и безопасной поездкой, обеспечиваемой искусственным интеллектом.

Трансформировать автомобильный рынок хотят многие. Uber испытывает такси с роботами, Tesla совершенствует систему автопилота, а Google разрабатывает технологию беспилотных автомобилей с помощью дочерней компании Waymo. TuSimple, китайский стартап, основанный в 2015 году, успешно провёл испытания беспилотного грузовика в США: он проехал из Аризоны в Калифорнию. В TuSimple рассказывают, что его система вождения была запрограммирована на имитацию десятков миллионов различных ситуаций, возникающих во время движения.

Такие аккумуляторы обычно используются и в электрокарах. Самые популярные состоят из литий-ионных элементов типоразмера 18650. К таким аккумуляторам, например, относится Tesla Powerwall, в котором несколько тысяч Li-ion батареек объединены в единую сеть. Следующий вид –– это графеновые аккумуляторы –– для их работы достаточно лишь сотни элементов. Эта технология является наиболее перспективной: по сравнению с литий-ионными, графеновые аккумуляторы дешевле. Кроме того, они могут использоваться практически вечно, в то время как срок эксплуатации литий-ионных элементов составляет всего три года. Новые типы аккумуляторов не снизят цену самих автомобилей, однако сделают эксплуатацию долговечнее, а среднюю стоимость поездки –– меньше.

За беспилотным транспортом будущее: эксперты считают, что в скором времени он начнет распространяться наравне с электрокарами. Даже несмотря на то, что электромобили стоят дороже обычных машин, с увеличением пробега разница в их цене постепенно нивелируется, поскольку электричество стоит меньше, чем бензин. В среднем, одна поездка на электромобиле обходится владельцу в три-четыре раза дешевле, чем аналогичное путешествие на машине, заправляемой бензином. К тому же, правительства многих стран предпринимают специальные меры, чтобы стимулировать скорейший переход на электромобили –– например, не облагают такой транспорт налогом, а также выплачивают покупателям субсидии, покрывающие часть стоимости.

Ещё одно препятствие — на сегодняшний день пока что нет технологий, позволяющих производить электробусы, которые бы адекватно работали в условиях холодного климата. Кроме того, зимой транспорт должен двигаться по обледенелой дороге, а видимость обычно затруднена: под снегом не разглядишь разметку и знаки. Похоже, что в обозримом будушем перспективы эко-френдли транспорта печальны — по крайней мере, до тех пор, пока необходимая инфраструктура не начнёт разрабатываться, а нефть и газ не подорожают.

Прошлое беспилотных автомобилей не менее интересно, чем их будущее. Сегодня вопрос господства беспилотов на дорогах уже не обсуждается – он давно решен. Но еще каких-то 40-50 лет назад о том, чтобы передать управление транспортным средством роботу, не могло быть и речи. Эти идеи казались утопическими для всех, кроме пионеров беспилотного автопрома.

Как все начиналось

Все началось еще в далеких 30-х годах ХХ века, когда инженерам компании General Motors пришли на ум две гениальные для того времени идеи.

Первая идея состояла в том, что машины будут управляться с помощью радиосигналов. Так они смогут контролировать дистанцию на трассе и избегать аварийных ситуаций.
Вторая была более интересной – для реализации беспилотных поездок нужно построить специальные трассы в виде скейтбордных рамп. Автомобили будут ехать посередине, а если их начнет клонить к обочине, сила притяжения вернет их на место, в углубление дороги.

И хотя идеи были встречены скептически, они дали мощный толчок для развития технологий в нужном направлении.

General motors Firebird II - первый автомобиль в мире с системой круиз-контроля

Первые беспилотные эксперименты

В историю беспилотных авто вошел 1961 год, когда учащийся Стэнфорда Джеймс Адамс создал и протестировал первую самоуправляемую тележку. Она управлялась обычным сигналом, посредством кабеля. Но уже второй прототип Стэнфордской тележки был радиоуправляемым.

Этот эксперимент не прошел незамеченным и в 1970-х годах известный ученый-практик Дж. Маккарти внес свои корректировки в устройство тележки, модернизировал ее с помощью системы технологического зрения. Теперь тележка могла передвигаться самостоятельно и ориентироваться при этом на линию белого цвета. Прототип также оснастили дальномером, видеокамерами и 4-мя каналами для сбора данных. Но и этого оказалось мало пытливому уму Маккарти – еще в 70-х он попытался создать трехмерное картографирование местности.

После успехов Маккарти усилия инженеров были брошены на создание 100% автономного транспорта без дистанционного управления. Ученые США и Японии добились значительных успехов, однако настоящий прорыв совершили немецкие исследователи во главе с Эрнстом Дикмансом.

Это звание присуждается автоматизированному Mercedes-Benz Vario. Внушительные размеры этого фургона позволили поместить огромную компьютерную систему, и силиконовый мозг стал управлять передвижением 5-ти тонного железного монстра. Первый беспилотник Дикманса стал прототипом современных робокаров – здесь впервые были применены вычислительные механизмы и система имитации движения глаз. Эти инновации позволили сформировать модель обучения автомобиля, который самостоятельно оценивает ситуацию и принимает решения.

К середине 90-х миру были представлены два роботизированных беспилотника - VaMP и VITA-2. Они прошли успешное тестирование на полигоне (в области Парижа), в процессе которого:

передвигались со скоростью до 130 км/ч полностью на автопилоте;
самостоятельно перестраивались и меняли ряд;
следили за дистанцией и передвижением других участников движения;
обгоняли впереди идущие машины.

Беспилотное настоящее

В 2004 году состоялось первое в истории авто-соревнование с участием робокаров DARPA, где беспилотники настойчиво заявили о себе.
В 2010 году мир увидел первый автопилот Google, разработанный на базе модели Toyota. Оснащенный радарами, видеокамерами и системой LIDAR, этот Гуглмобиль мог ориентироваться в пространстве, узнавать дорожные знаки и взаимодействовать с другими участниками автопотока.
В 2012 году испытания своего беспилотника провела компания AUDI. Машина на автопилоте развивала скорость до 193 км/ч, отлично вписывалась в повороты и ускорялась на трассе.
В 2013 Nissan и Honda доказали эффективность своих запатентованных систем автопилотирования. В планах компаний – начать массовое производство роботизированных авто в 2020 году.
В 2014 шведская компания Volvo протестировала первый беспилотник с уникальной системой Drive Me. Успехи испытания позволили прогнозировать серийный выпуск робокаров этой марки уже в конце 2018 года.
В 2015 появились первые серийные беспилотники – Tesla Model S, которые передвигаются на дорогах на 100% самостоятельно. Они наравне с Гуглмобилями считаются эталоном беспилотных технологий.
2016-2017 – период, когда все крупные авто-компании заявили о разработках собственных прототипов робокаров и планах на их серийный выпуск.

Перспективы беспилотного транспорта

О том, что искусственный интеллект отберет право у человека на вождение, говорят много и достаточно громко. Сегодня беспилотники признаны самым безопасным способом передвижения, а завтра они станут единственным выбором для человечества. Пройдет 10-20 лет и их господство станет тотальным.

С каждым днём к нам приближается недалекое и так отчетливо видимое электронное будущее, которое принесет нам массу нововведений. Уже сегодня мы можем наблюдать за рождением новых, ярких идей и технологий. Одной из наиболее интересных, перспективных и массовых технологий является идея создания беспилотного автотранспорта.

В этой работе мы узнаем об основных причинах и целях создания и развития этой технологии, что она обещает дать человечеству, какие негативные факторы может устранить отсутствие человеческого фактора

В наше время развитие беспилотного автотранспорта разделилось на 3 основных направления:

потребительское (личное авто, такси, городская автотранспортная сеть);
промышленное (специализированная техника);
военное (боевые машины различного спектра задач).

В данный момент развитие беспилотного транспорта идет по всем перечисленным направлениям. Однако, именно развитие потребительского беспилотного автотранспорта является основной задачей для общества. Давайте постараемся выяснить, почему именно это направление заслуживает особого внимания. Также сравним, какая конкретная модель добилась более наглядных результатов, вне зависимости от направления развития и цели использования.

Доверили бы вы свою жизнь беспилотному автомобилю?

Беспилотные автомобили

Беспилотный автомобиль (также, робомобиль) — транспортное средство, оборудованное системой автоматического управления, которое может передвигаться без участия человека.

Обычно устанавливаемые датчики:

LIDAR — дальномер оптического распознавания;
Система стереозрения;
Система глобального позиционирования (GPS, Глонасс);
Гиростабилизатор.

Программное обеспечение беспилотного автомобиля может включать машинное зрение и нейросети.

Некоторые системы полагаются на инфраструктурные системы (например, встроенные в дорогу или около неё), но более продвинутые технологии позволяют имитировать присутствие человека на уровне принятия решений о изменении положения руля и скорости, благодаря набору камер, сенсоров, радаров и систем спутниковой навигации.

Причины и цели создания беспилотных автомобилей

Развитие беспилотного автотранспорта для общества должно быть приоритетной задачей для человечества.

Создание Беспилотного автотранспорта в потребительской сфере:

Исключит злоупотребление скоростью:
- Скорость – основной фактор риска дорожно-транспортного травматизма в большинстве стран. Молодые водители-мужчины особенно склонны не соблюдать соответствующий скоростной режим. Снижение средней скорости на 1 км/час приводит к уменьшению числа аварий со смертельным исходом на 4–5%. Снижение скорости движения транспорта также является защитным фактором для пешеходов.
Исключит вождение в нетрезвом состоянии:
- Автомобиль не позволит человеку сесть за руль самому, если тот находится в нетрезвом виде. Употребление алкоголя за рулем повышает как вероятность аварии, так и тяжесть травм. Вероятность попадания в аварию у мужчин-водителей подросткового возраста как минимум в пять раз выше, чем у водителей в возрасте 30 лет и старше при всех уровнях алкоголя в крови, превышающих нулевой.
Поможет Службам неотложной помощи и поможет сократить объем и количество пробок в мегаполисах:
- Машины научаться общаться друг c другом. Многие жертвы дорожных аварий умирают до поступления в больницу из-за невозможности вовремя доехать до больного или довести его до больницы. Улучшение работы служб неотложной помощи, начиная с места происшествия до медицинского учреждения, повышает шансы на выживание тех, кто попал в дорожно-транспортную аварию, и позволит избежать длительного лечения травм и инвалидности.

Преимущества и недостатки беспилотных автомобилей

кардинальная минимизация ДТП и практически полное исключение человеческих жертв (по крайней мере, среди пассажиров находящихся внутри автомобиля), отсюда значительное снижение расходов на страхование и медицину быстрого реагирования;
снижение стоимости транспортировки грузов и людей за счёт экономии на заработной плате и времени отдыха водителей, а также экономии топлива;
повышение эффективности использования дорог за счёт централизованного управления транспортным потоком;
снижение потребности в индивидуальных автомобилях за счет развития систем типа каршеринга;
повышение пропускной способности дорог за счёт сужения ширины дорожных полос (в более отдаленной перспективе).

появляется возможность самостоятельно перемещаться на роботизированном автомобиле для людей без водительских прав, возможно, включая несовершеннолетних;
экономия времени, ныне затрачиваемого на управление ТС, позволяет заняться более важными делами (например приступить к работе за компьютером уже во время поездки в автомобиле) или отдохнуть.

Прочие преимущества:

перевозка грузов в опасных зонах, во время природных и техногенных катастроф или военных действий;
в более отдалённой перспективе снижение глобальной экологической нагрузки как за счет количественной оптимизации парка автомобилей, так и за счет более широкого использования для их передвижения альтернативных видов энергии.

Ответственность за нанесение ущерба (зависит от режима вождения) ;
Утрата возможности самостоятельного вождения автомобиля. Возможно для любителей непосредственного вождения автомобиля будут выделяться специальные дороги с дополнительными мерами по обеспечению безопасности по типу нынешних автомотогоночных трасс, но отделённые от общей сети дорог для передвижения автономных автомобилей;
Ненадёжность ПО, уязвимого, в том числе, к взлому и слежке;
Потеря приватности ;
Минирование беспилотных автомобилей ;
Потеря рабочих мест людьми, чья работа связана с вождением транспортных средств ;
Отсутствие опыта вождения у водителей в критической ситуации ;
Этический вопрос о наиболее приемлемом числе жертв, аналогичный проблеме вагонетки, стоящий перед компьютером автомобиля при неизбежном столкновении .

Хронологическая лента

Заключение

Итак, представим себе недалекое будущее: закончив работу, вы подходите к автомобилю, нажимаете кнопку и, сообщив адрес пункта назначения, спокойно начинаете заниматься своими делами — читаете книжку, смотрите фильм или же просто хотите немного вздремнуть. Заманчиво, не правда ли? Особенно если предстоит пробираться с черепашьей скоростью по вечерним пробкам.

В это же время, где в другом месте идет работа в карьере, в опасном для человека месте. Здесь 24 часа в сутки и семь дней в неделю беспилотный самосвал показывает едва ли не вдвое большую производительность в сравнении с прошлыми (машины нашего времени) аналогичными машиной, управляемой людьми.

Таким образом, развитее беспилотного автотранспорта поможет уменьшить те страшные цифры жертв погибших и получивших травмы в автокатастрофах.

Увеличит добычу сырья на предприятиях, исключив вынужденный труд человека во вредных для организма условиях. Все это приведёт к увеличению гуманизации уровня жизни.

Остается только понять, какую роль в мире будущего станут играть сотрудники ГИБДД, ведь очевидно, что штрафовать роботов, правила дорожного движения, которого прошиты еще на заводе, будет просто не за что. А вот автожурналистам придется основательно подумать над форматом тест-драйвов будущего.

Как все начиналось?

— Разрабатывать систему автопилота проще на базе машин, в которых есть так называемая система управления drive-by-wire, когда все управляющие блоки контролируются электронными командами без необходимости механического воздействия. Как управление с джойстика. В этом плане Toyota Prius оказалась наиболее подходящей, — отметила Юлия.

Иннополис

Беспилотное такси работает в Иннополисе уже полтора года, и необычная услуга стала неотъемлемой частью этого населенного пункта. Многие на постоянной основе используют автономные машины для перемещения по маршруту дом — работа — дом. Вот оно, будущее! Как только местные власти дадут добро, в городе появятся беспилотные автомобили вообще с пустым салоном. Нет сомнений, что в ХХI веке водитель превратится в рудимент.

Почему именно Иннополис? Этот город представляет собой особую экономическую зону со своими законами и правилами. Местные власти создали условия, в которых разработчики высокотехнологичных систем могут более свободно испытывать свои проекты на дорогах. Пока это единственный город в России, в котором беспилотным машинам разрешено оказывать услуги пассажироперевозок без наличия человека на водительском сиденье. В сутки такие автомобили обрабатывают 70—100 заказов. Всего в городе шесть беспилотников.

Как устроен беспилотный автомобиль?

Радары

Радары с помощью ультразвуковых волн сканируют пространство вокруг автомобиля на 250—300 метров. Это дальше, чем остальные сенсоры. Радар способен определить наличие объекта и его скорость. Но картинка, которую получает радар, не дает возможности понять, что это за объект. По скорости, конечно, можно сделать косвенный вывод, транспорт это или пешеход, но вот мотоцикл от машины радар отличить не в состоянии. Для детализированного анализа объектов используются камеры.

Камеры

Камеры дают хорошую детализированную картинку. С помощью этих сенсоров беспилотник получает информацию о типах объектов вокруг машины, а также способен различать цвета, что полезно для определения сигнала светофора. Работа камер сильно зависит от условий освещения. К тому же камеры не могут измерять расстояние, скорость объекта или его размер. И тут в игру вступает третий тип сенсоров — лидары.

Лидары

Именно с появлением мощных и точных лидаров разработка беспилотных автомобилей стала стремительно набирать обороты. По принципу работы лидар напоминает лазерную рулетку: направляемый устройством луч отражается от объектов и возвращается обратно в сенсор. Зная скорость света и время луча в пути, можно определить точное расстояние до объекта. Погрешность — несколько сантиметров. Лидар способен производить миллионы импульсов в секунду, и за счет того, что лучи направляются в разные стороны, машина получает высокоточный трехмерный слепок окружающей среды. Освещение никак не влияет на работу лидара. Определенные помехи могут вызывать лишь осадки, но этот вопрос решается программным способом.

Как машина предсказывает поведение других водителей?

После того как беспилотник сориентировался в пространстве, изучил все объекты вокруг, измерил их скорость и определил расстояние между ними, начинается самое интересное. Автомобиль анализирует, как будут действовать другие участники дорожного движения. Это очень сложный процесс, который и оттачивают компании, тестируя беспилотники на дорогах общего пользования. Компьютеру важно понять, куда направляются пешеходы и транспортные средства вокруг, как они будут взаимодействовать друг с другом и с дорожной инфраструктурой, как они потенциально могут нарушить ПДД и пр. Для того чтобы спланировать маршрут на загруженной улице, машине нужно знать, как обстановка вокруг будет меняться в ближайшие секунды.

— Система управления беспилотным автомобилем представляет собой самообучающийся искусственный интеллект, который по мере получения опыта может анализировать поведение машин или пешеходов. Какой-то автомобиль слишком резко перестроился сзади? Нужно быть готовым к тому, что он может подрезать нас после опережения. Пешеход стоит посреди дороги? Беспилотник анализирует плотность потока, вспоминает аналогичные сценарии из своего прошлого и, если велика вероятность того, что человек будет перебегать в неположенном месте, готовится затормозить. Таких сценариев на городских улицах бесчисленное множество, и прототипы беспилотных машин постепенно учатся предсказывать поведение окружающих и ездить максимально эффективно, — рассказала Юлия.

Почему беспилотники тестируют в разных городах?

— Беспилотные автомобили необходимо адаптировать под стиль езды определенных стран. Когда мы решили тестировать свои машины в США, то отправили туда беспилотники, которые до этого испытывались в Москве. И американские пассажиры, которых мы прокатили на своих автомобилях по Неваде, были удивлены, как резко машина перестраивается и вообще лихо ездит. А это был обычный московский стиль езды. Позже для прототипов, тестируемых в США, мы поменяли настройки движения. Наша задача — заставить беспилотник ездить в стиле местных водителей, — отметила Юлия.

Можно ли взломать беспилотник?

Читайте также: