Как кратко описать работу беспилотных автомобилей

Обновлено: 05.07.2024

Беспилотные автомобили являются реальностью. С помощью них уже осуществляется процесс вождения. Автоматическое управление происходит без участия человека. Сама идея создания такой машины сводится к надёжному передвижению, соблюдению правил безопасности. За счёт такой техники предполагается снизить количество аварий на дорогах, получится избежать ошибок, которые приводят к различным инцидентам.

Во всём мире и в России пользуются услугами этого транспорта. К 2025 году автопилот станет использоваться повсеместно, а в 2030 году планируется массовый выпуск таких автомобилей. Искусственный интеллект сможет взять на себя функции водителя, организовать комфортное движение по определённому маршруту.

Как работают беспилотные автомобили
История беспилотного автомобиля
Беспилотный авто Яндекс
Тесла
Беспилотник Google
Авто от Uber
Беспилотные грузовые автомобили
Безопасность беспилотников
Проблемы и перспективы

Как работают беспилотные автомобили

Беспилотные автомобили самостоятельно производят выбор оптимального движения от одного пункта до другого. Учитывается интенсивность движения, наличие пробок. Вся информация поступает через интернет с помощью специального программного обеспечения. Скорость, торможение, ускорение регулируется.

Машина распознаёт транспортные средства в любую погоду. Она производит движение и выбирает нужную опцию в дождь, снег, ветер. Происходит сканирование знаков дорожного движения, сигнальных огней светофора, которые она тоже замечает. Сканирование осуществляется датчиками и высокоточными картами. Происходит взаимодействие с различными сервисами. Усовершенствованные технологии позволяют определить нужную частоту и проводить движение в соответствии с её показателями.

Принципы работы беспилотного автомобиля сводятся к тому, что:

Вся местность генерируется благодаря дальномеру. Проводится сканирование объектов. Все данные от управляющего компьютера соединяются с информацией от Гугл. Это позволяет двигаться безопасно, не совершать аварийных ситуаций.
Радары позволяют видеть объекты на расстоянии. Они являются глазами автомобиля. Благодаря им происходит оценивание ситуаций, происходит учёт всех действий машин. Устройство определяет поведение транспортных средств и позволяет незамедлительно реагировать на все происходящие процессы на трассе.
Датчики положения помогают проследить, где находится транспортное средство на карте. GPS определяет маршрут, по которому происходит движение. Навигатор сообщает беспилотному автомобилю команды для действий.
Видеокамера фиксирует сигналы светофора, объекты, находящиеся совсем близко.
Компьютеру подаются сигналы, которые он обрабатывает и немедленно на них реагирует.

Практически вся информация находится в Гугл. В ней содержится большое количество разных ситуаций, с которыми сталкивались беспилотные автомобили: пешеходы на проезжей части, инвалидные коляски внезапно показались на дороге. Весь материал фиксируется, запоминается, тестируется и используется.

История беспилотного автомобиля

Появление беспилотных транспортных средств начинается с 30-х годов 20 века. В компании General Motors задумались о создании машин с радиосигналами. Планировалось создать специальные трассы для таких автомобилей, которые бы напоминали скейтбордный рамп. Машинам предстояло бы двигаться по центру, а притяжение вернуло бы их на прежнее место.

В 50 г. проводилось тестирование умного автомобиля Firebird II, в котором имелись датчики. Он осуществлял движение по умной дороге, но так и не получилось сделать автопилот.

Firebird II

В 1961 г. Джеймс Адамс создал тележку, которая управлялась сигналом через кабель, затем её прототип стал радиоуправляемым. В 1970 г. Дж. Маккарти использовал технологию зрения. Техника была оснащена дальномером, камерами.

производили движение без помощи человека. Скорость достигала 130 км/ч;
могли перестраиваться, следить за передвижением разных участников трассы;
осуществляли обгон транспортных средств.

В 1995 г. была усовершенствована система. Машины соблюдали дистанцию, могли выбирать среднюю скорость движения. В 2004 г. впервые происходили соревнования среди беспилотников. В 2010 г. появился автомобиль на платформе Google. Машина уже была приближена к современным средствам передвижения. Она была наделена системой Lidar, оснащалась радарами, видеокамерами.

Гуглмобиль отлично принимал решения, свободно мог взаимодействовать на дороге, распознавал дорожные знаки. В 2012-2013 г. появляются беспилотники известных компаний: Audi, Honda, Nissan. Машины развивали приличную скорость и хорошо маневрировали на поворотах. В 2014-2015 г. прошло тестирование системы Drive Me Volvo, и первая 100 % беспилотная технология Tesla Model S зарекомендовала себя на дорогах. В 2016-2017 г. многие известные компании заявили о своих планах.

Беспилотный авто Яндекс

Сервис Яндекс Такси уже завоевал свою популярность среди большого количества людей. Он действует во многих регионах России и занимает лидирующие позиции. Компания постоянно совершенствуется и занимается разработками беспилотных автомобилей. Первое тестирование уже было осуществлено успешно. Пробные поездки производились по заданному маршруту. Прототипы были сделаны на основе Kia Soul, Toyota Prius. Планируется после ряда испытаний создать новые автомобили.

Тесла

Известная компания Tesla изготовила первый электромобиль в 2006 г. Модели, произведённые фирмой, пользуются спросом. Идея создать машину на электричестве пришла Мартину Эберхарду. Он решил изготовить технику, которая бы не уступала по мощности бензиновым аналогам. Инженеру хотелось получить совершенно экологически безопасный автомобиль.

Со временем технологии менялись, совершенствовались модели, проходили значительные изменения, но беспилотное полуавтоматическое автовождение появилось в 2015 г. Autopilot мог ограничивать скорость, мог оставаться на той полосе, на которой двигался, выбирал нужный режим, держал дистанцию. Последние модели оснащены современным программным обеспечением. Cедан Model S способен работать без зарядки 400 км., достигает скорости 200 км. ч.

Беспилотник Google

В 2011 г. в штате Невада был принят закон о разрешении беспилотных автомобилей. Вся система использовала информацию с сервиса Google Street View. Было протестировано несколько машин, в которых не участвовал человек. В результате показатели были положительные. Автомобили не совершили дорожно-транспортное происшествие. Был зафиксирован всего один случай, когда водитель другого транспорта нарушил правила.

В 2014 г. выявились некоторые проблемы у машин:

Авто от Uber

Uber является современным сервисом для заказа такси. Компания заботится о своих клиентах и совершенствует свои услуги. В 2016 г. на дорогах США появился первый автомобиль автоматического управления. Ford Fusion оснастили передовыми системами. Датчики, радары, видеокамеры сенсоры считывали необходимую информацию при движении. Идея состояла в запуске безопасного транспорта.

Беспилотные грузовые автомобили

Беспилотные грузовики уже не являются открытием. В 2016 г. Mercedes проводила тестирование техники. Было отправлено три тягача. Машины прибыли по назначению из Штутгарта в Голландию. Расстояние составляло более 600 км. Эксперимент удался.

Видео:

Безопасность беспилотников

Эксперты считают, что беспилотники станут в ближайшем будущем основным видом транспорта, так как они способны доставить пассажиров, любой груз по адресу без задержек во времени, а главное, — в полной безопасности. Автомобили:

полностью соблюдают правила дорожного движения,
выбирают верный режим,
снижают скорость, когда это необходимо сделать,
держат правильную дистанцию,
производят правильный обгон.

Техника приспособлена к разным условиям. Она не зависит от общего самочувствия человека. Самостоятельно выбирает маршрут и доставит человека или груз вне зависимости от обстоятельств. Программное обеспечение способно реализовать самые разные задачи, решает сложные ситуации незамедлительно. Это помогает избежать несчастных случаев на дороге. Техника не может уставать, в отличие от человека, поэтому может работать в любое время.

Проблемы и перспективы

Конечно, беспилотный транспорт – это всё же технологии будущего. С помощью них удастся сократить расходы на топливо, получится быстро и безопасно добраться до назначенного места, появится возможность сократить число аварий.

Существуют свои плюсы и минусы. Проблемы беспилотных автомобилей в ближайшее время будут заключаться в их высокой стоимости, в недостаточной изученности и в законодательном регулировании. Необходимо создать условия для эффективного использования транспорта.

Беспилотные системы способны изменить жизнь всего общества. Благодаря автоматическому управлению получится сократить время нахождения в пути. У каждого человека появится возможность отдохнуть во время своего путешествия. Машины станут местом для приятного времяпровождения. Беспилотники помогут сохранить жизнь.

Содержание

Как устроен беспилотный автомобиль

Что умеют беспилотники

Как устроен рынок беспилотных автомобилей?

Как устроен беспилотный автомобиль

Что такое беспилотный автомобиль в принципе?

В основе лежит обычное авто, на котором без проблем ездят обычные участники дорожного движения. Технически любой автомобиль можно сделать беспилотным. Будет отличаться только степень автономности автомобиля, о чём мы скажем далее.

Датчики, указанные выше, принимают различные данные, которые где-то должны обрабатываться. Это происходит на компьютере, чаще всего в багажниках авто. Там можно найти:

Компьютер визуального интерфейса и датчиков

Контроллер рулевого управления, привода

Работает это так: едет машина по дороге, а лидар в это время генерирует объёмную карту местности и постоянно передаёт данные о ней на управляющий компьютер. Он связывается с картами, например, Google и обрабатывает информацию. Чаще всего производители беспилотных авто не завязывают свою технологию на интернете. Работа ведётся по спутниковой связи. Алгоритмы компьютера обрабатывают данные с других датчиков (камер, радаров, сенсоров) и выстраивают ситуацию на дороге, а также оценивают поведение других участников движения. На основании этих же данных, производится расчёт движения автомобиля и его поведения на дороге (повысить скорость, затормозить перед светофором, повернуть и так далее). Производители делают всё, чтобы беспилотник не нуждался в специальной инфраструктуре и становился активным участником обычного дорожного движения.

Есть несколько уровней беспилотников:

Уровень 0, нет автономности

Уровень 1, водитель с помощником

Уровень 2, частичная автоматика

Уровень 3, условная автоматика

Уровень 4, высокая автоматика

Уровень 5, полная автоматика

Что умеют беспилотники

Автоматизированное такси поможет избавиться от большинства аварий, а фуры будут надёжно и быстро доставлять грузы. Водителям даже не нужно будет останавливаться на ночёвку — сплошная экономия и выгода для компаний.

Экологи уверены, что беспилотные автомобили снизят уровень выхлопных газов.

Конечно, у беспилотников есть и противники. Особенно они активизируются после очередных неудач, связанных с самой популярной в сети маркой — Tesla. К сожалению, уже были случаи, когда автомобили становились участниками смертельных ДТП. Многие до сих пор не уверены, что беспилотники способны стать активными участниками дорожного движения, не представляя опасности для жизни пассажира.

Как устроен рынок беспилотных автомобилей?

Тестирование беспилотника открылось в сентябре. Записаться на него, в том случае, если оно ещё активно, можно по ссылке.

BaseTrack

А что за пределами России?

В США, конечно, чаще всего говорят о Tesla. Во многом благодаря Илону Маску, который одну машину в космос запульнёт, в другую Cyberpunk 2077 установит и позволит менять гудок на звук ржущего коня. При этом Tesla — не единственный и самый крупный игрок. Свои технологии активно развивают General Motors — они без испытателей гоняют по Сан-Франциско. А в начале 2021 года компания заключила партнерское соглашение с Microsoft, которая будет заниматься технической базой беспилотных технологий. Также есть такие фирмы как Waymo — один из пионеров в области беспилотных автомобилей, Baidu — IT-гигант из Китая в 2021 уже начал тестирование такси без водителя, а также ряд стартапов и других проектов. Был, например, ещё и Uber, но беспилотник компании насмерть сбил пешехода, поэтому руководство решило продать наработки другой фирме.

Законодательство

Также для беспилотных автомобилей планируют установить запретные зоны. Въезд высокоавтоматизированного транспорта будет запрещен в районе Московского кремля, а также вокруг ГУМа и ЦУМа. Уточняется, что окончательно границы таких районов пока (на конец сентября 2021 года) не определены.

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?

Перемещение автомобиля из точки А в точку Б можно разделить на несколько подзадач.

Локализация состоит в определении местоположения автомобиля. Здесь нужна сантиметровая точность, которую не дают глобальные системы позиционирования. Поэтому производители чаще используют данные с сенсоров, которые сопоставляются с высокоточными картами, уже заложенными в систему.
Распознавание — следующий этап — состоит в идентификации объектов вокруг. Автомобиль должен увидеть и классифицировать всех участников движения, их размер, скорость и направление движения. После этого наступает этап предсказания: алгоритмы прогнозируют дальнейшее поведение других участников движения: например, куда дальше поедет этот автомобиль.
Этап планирования: алгоритмы планируют то, как будет действовать автомобиль с учетом того, что он увидел и спрогнозировал. Весь этот процесс происходит в реальном времени и не прекращается во время движения или остановки.

2. Автономным можно сделать любой автомобиль?

Компании, занимающиеся разработкой автономных автомобилей, зачастую выбирают модели с технологией Drive-by-Wire — цифрового управления акселератором, тормозами и рулем по CAN-шине (Controller Area Network — система, к которой подсоединены исполнительные устройства и датчики). В остальном ограничений по внедрению системы беспилотного управления нет: ее можно установить даже на автомобиль с ручной КПП, просто потребуется больше доработок.

3. Автономная машина намного дороже в производстве, чем обычный автомобиль. Разве компаниям выгодно налаживать массовый выпуск автономного транспорта?

Автономный автомобиль по своему функционалу схож с обычным автомобилем вместе с водителем, и оплату работы водителя стоит учитывать при таком сравнении. Уже на данном этапе стоимость обвеса некоторых автономных автомобилей (ПО+сенсоры) сопоставима с зарплатой двух водителей такси на протяжении трех лет.

4. Нужна ли специальная инфраструктура для работы автономного автомобиля?

Большинство производителей создают автономные автомобили, способные ездить в тех же условиях, что и обычная машина с человеком за рулем. Например, для того чтобы беспилотник передвигался по дорогам общего пользования, ему не нужны умные светофоры с радиосигналом, передающие данные транспортным средствам. Автомобили способны сами идентифицировать сигнал светофора при помощи камер. Конечно, совершенствование дорожной инфраструктуры даст новые возможности, но это не является обязательным условием для массового вывода автономных автомобилей на дороги.

5. Нужен ли для работы автономного автомобиля интернет? Что будет, если соединение прервется?

Чаще всего производители беспилотных автомобилей не завязывают работу технологии на наличие постоянного интернет-соединения. Даже надежный и быстрый интернет не дает гарантии, что не случится потери связи — а это абсолютно недопустимо во время движения автомобиля. В автономных машинах подавляющего большинства компаний все вычисления осуществляются прямо на борту.

6. Требуется ли для автономного автомобиля GPS? Что произойдет, если оборвется сигнал от спутника?

Глобальные системы позиционирования дают очень неточные данные. Их погрешность может составлять несколько метров или даже десятков метров. Особенно это касается городской среды: здесь на сигнал от спутника сильно влияют погодные условия, застройка, деревья. При этом именно в городе в условиях интенсивного трафика важно точно понимать, где сейчас находится автомобиль. Беспилотники чаще всего принимают сигнал этих систем, но не используют его как основной источник информации о местоположении. Для определения точных координат автомобиля активно используются данные с сенсоров, которые сопоставляются с уже загруженными в машину высокоточными картами.

7. Как автономный автомобиль поймет, куда ехать, если на дороге не будет разметки?

Беспилотники большинства производителей для ориентации в пространстве используют высокоточные 3D-карты. Они уже загружены в автомобиль и содержат информацию о дорожной разметке, светофорах и знаках. Данные, которые поступают с сенсоров, сопоставляются с этими картами, поэтому автомобиль точно понимает, где он находится и как в этом месте организовано движение. В реальности разметка может стереться или оказаться под снегом — это не помешает автомобилю ориентироваться в пространстве.

После прочтения этого материала вам будет проще смотреть наше видео про беспилотные автомобили.

Читайте также: