Что имеют в виду, когда говорят об автопилотах автомобилей «Уровень 4» или «Уровень 5»? Что это за уровни, и кто их определяет?
Это перевод статьи John Rosevear. В оригинальном тексте используется слово self-driving, я переводил его как “автопилот”, “беспилотный”.
«Уровни» устанавливаются организацией SAE International. Это профессиональная ассоциация инженеров-автомобилестроителей, и уровни автономности кратко описывают, как далеко продвинулась конкретная система автоматизации задачи вождения транспортного средства. Стандарты SAE были приняты к использованию государственными регуляторами, инженерами и автопроизводителями, а также инвесторами.
Стандарты SAE описывают шесть уровней автоматизации: от его абсолютного отсутствия до полностью автоматизированной системы управления, что означает систему, которая в любой ситуации ведет себя как квалифицированный водитель.
Инвесторам в этой область очень важно понимать, что подразумевается под разными уровнями, кто решает, какой уровень присвоить данной системе, и в чем заключаются различия между уровнями – особенно по мере того, как системы становятся более продвинутыми. (Расскажу вам тайну: иногда системы, описанные как «автопилоты», на самом деле таковыми не являются).
Тесты беспилотников Ford
Не всегда легко понять, в чем именно заключаются эти стандарты. Как и следовало ожидать от общества инженеров-автомобилестроителей, собственные описания уровней SAE изобилуют жаргонизмами и трудны для неспециалиста. Но они обретают смысл, когда объясняются простым языком – как раз то, что вы найдете ниже.
Что такое автономное вождение?
Прежде всего, система «автономного вождения» – это та, которая позволяет транспортному средству безопасно ездить по общественным дорогам без участия человека. Такие термины, как «автономное вождение», «без водителя» и «самоуправляемый автомобиль» описывают одну и ту же технологию: компьютерный мозг и датчики, которые могут управлять транспортным средством вместо человека, по крайней мере, при некоторых условиях.Вот несколько ключевых вещей, которые нужно помнить, когда мы исследуем мир автоматизированных систем вождения:
Есть еще одна вещь, которую нужно знать, и очень важно иметь в виду, когда вы оцениваете требования к конкретным системам:
Уровень, присвоенный данной системе, присваивается ее изготовителем. На данный момент нет независимого или государственного учреждения, удостоверяющего систему как Уровень 3 или Уровень 4 или что-то еще. До тех пор, пока это не изменится, уровни лучше всего воспринимать как утверждения производителя: они могут быть немного оптимистичными, поэтому будьте осторожны.
Уровни автопилотов по SAE
Уровень 0: Без автоматизации
Стандарты SAE начинаются с Уровня 0: отсутствие автоматизации. Водитель-человек несет 100% ответственности за то, что SAE называет «динамической задачей вождения», что означает работу по фактическому вождению транспортного средства на постоянной основе. (Держите слово «постоянный» в уме во время чтения — это ключевая часть того, как SAE определяет автоматизацию).
Уровень 0 не так уж трудно понять, но даже здесь есть некоторые нюансы. Вероятно, наиболее важным моментом является то, что существует много современных автомобилей с функциями помощи водителю, которые по-прежнему соответствуют Уровню 0.
Например, антиблокировочная система не считается автоматизацией, поскольку человеку все же приходится нажимать на педаль тормоза. Даже системы, которые автоматизируют мгновенную задачу – например, автоматические системы экстренного торможения, поставляемые на некоторые новые автомобили, не считаются автоматизацией, потому что они не автоматизируют «динамическую задачу вождения» – вы уже догадались – на постоянной основе.
Как старый жигуль вашего деда, так и многие современные автомобили, даже оснащенные системами помощи водителю, являются транспортными средствами одного уровня – нулевого.
Уровень 1: Некоторая помощь для водителя
SAE определяет систему Уровня 1 как систему управления либо рулением либо ускорением/торможением на постоянной основе, но только при ограниченных конкретных обстоятельствах.
Что это значит? Вот пример использования технологий, которые, вероятно, вам знакомы.
Помимо очень простых моделей начального уровня, большинство автомобилей, сделанных в последние годы, имеют систему круиз-контроля. Вы почти наверняка использовали его, принцип прост: ускоряетесь до желаемой скорости, активируете круиз-контроль, и система будет удерживать автомобиль на этой скорости после того, как вы снимите ногу с педали акселератора.
Это не считается «автоматизацией» в рамках SAE, потому что динамическая часть задачи вождения не автоматизирована: человек все еще должен быть готов нажать на тормоз (и деактивировать систему), если впереди транспорт, движущийся медленнее.
В последние годы автопроизводители начали предлагать более продвинутые системы круиз-контроля, так называемый адаптивный круиз-контроль. Адаптивные системы круиз-контроля умнее – они используют радар, чтобы удерживать автомобиль на безопасном расстоянии до впереди идущего транспорта. Если автомобиль впереди замедляется, система автоматически замедляет и ваш автомобиль, чтобы сохранить безопасное расстояние.
Благодаря адаптивному управлению круиз-контролем, одна часть динамической задачи вождения – управление ускорением и торможением – автоматизирована. Конечно, это автоматизация только при определенных обстоятельствах, а именно, когда вы включаете систему во время движения по шоссе. Но этого уже достаточно, чтобы присвоить адаптивной системе круиз-контроля Уровень 1.
Уровень 2: Ограниченная помощь с рулением и торможением
Уровень 2 – «частичная автоматизация». Это касается систем ассистентов водителя, обеспечивающих управление рулением и ускорением/торможением, но опять же, только при определенных обстоятельствах. Если водитель должен регулярно вмешиваться – например, когда автомобиль съезжает с шоссе – тогда это, вероятно, система Уровня 2. Важно отметить, что это не автопилот, даже если иногда похоже на то, что машина едет сама.
Это может сделать понимание Уровня 2 более запутанным. Давайте посмотрим поближе.
Уровень 2 иногда может выглядеть как автопилот, но это не так
Autopilot в Tesla и Super Cruise в General Motors, которые могут ускоряться, тормозить и рулить во многих (но не во всех) обстоятельствах, могут, безусловно, дать ощущения как от автопилота. Но есть причина, по которой GM и (обычно) Tesla очень осторожны в том, чтобы не описывать их как полностью автономные системы в их нынешних формах: при использовании обеих, водитель должен быть готов взять управление на себя практически мгновенно.
Это критическое различие. Если системе даже на короткий период требуется участие человека, то система не должна описываться как автопилот. Вместо этого правильно называть ее расширенной системой поддержки водителя (ADAS, advanced driver-assist system).
Это очень важно, потому что ожидания от данной системы могут повлиять на то, насколько безопасно ее использование на практике. Модель Tesla S, оснащенная ранней версией Автопилота, участвовала в аварии со смертельным исходом в мае 2016 года, когда система автомобиля не смогла распознать трейлер, пересекающий дорогу, и водитель, судя по всему, не вмешался и не нажал педаль тормоза.
Tesla Model S
Это была первая известная авария со смертельным исходом, связанная с чем-то близким к системе автопилота. И она подчеркнула, что для этих систем необходимо сделать более эффективную работу по обеспечению того, чтобы водители были всегда готовы взять управление под контроль.
Это, в свою очередь, привело к значительным обсуждениям в отрасли: как система могла обеспечить вовлеченность водителя без чрезмерного раздражения человека?
Задача: как держать водителя начеку, но не раздражать?
Раздражение может показаться мелочью, когда мы говорим об избежании несчастных случаев со смертельным исходом. Но учтите следующее: если система слишком раздражает, она не будет использоваться.
Текущая версия автопилота Tesla предупреждает водителей не убирать руки с руля во время использования системы. Для обеспечения этого, система имеет специальные датчики, направленые на обнаружение того, находятся ли руки водителя на руле.
Если руки водителя не находятся на руле, система дает визуальное напоминание через 30 секунд, за которым следует звуковое предупреждение через 45 секунд. Через минуту без вмешательства со стороны водителя система автопилота отключается и не может быть включена, пока автомобиль не будет перезапущен.
Это неплохая система, но обзоры говорят о том, что ее легко обмануть – водители могут просто потрогать рулевое колесо, когда включается индикатор, чтобы сбросить цикл предупреждения, и продолжать езду без рук на руле.
Super Cruise GM применяет элегантное решение.
GM позволяет управлять автомобилем без рук. Вместо того, чтобы наблюдать за движениями рулевого колеса, используется камера для отслеживания положения головы водителя. Если система обнаруживает, что взгляд водителя находится не на дороге, она начинает серию предупреждений, чтобы попытаться вернуть внимание водителя на дорогу.
Cadillac CT6 с опцией Super Cruise
Подобно предупреждениям Tesla, Super Cruise проходит путь от мигающей лампочки на ободе рулевого колеса, звукового сигнала и вибрации сиденья до голосовой команды – в этот момент система Super Cruise отключается. Но GM идет дальше, чем Тесла: если водитель по-прежнему не контролирует ситуацию, система постепенно полностью остановит автомобиль, активирует предупредительные мигалки и вызовет помощь (используя систему OnStar от GM).
GM также построили множество дополнительных мер безопасности в Super Cruise, чтобы он использовался только в ситуациях, в которых он может безопасно работать. Если автомобиль не находится на шоссе, маркировка дорожных полос нечетко видна, или система думает, что водитель не сосредоточен на дороге – он даже не включится. Может звучать как рецепт постоянного раздражения, но реализовано все это элегантно. Большинство рецензентов согласились с тем, что Super Cruise приятно использовать.
Вещь, которую нужно помнить: «без рук» – это не обязательно автопилот
Подведем итог, система Уровня 2 представляет собой усовершенствованную систему помощи водителям, которая может допустить вождение в режиме без рук при определенных обстоятельствах. Но водитель должен оставаться настороже и быть готовым взять на себя «динамическую задачу вождения» в кратчайшие сроки, а системы пытаются обеспечить, чтобы водитель оставался в состоянии готовности на протяжении всего времени их использования.
Уровень 3: Немного ближе к автопилоту
SAE определяет Уровень 3 как «условный автопилот». Разница между Уровнем 2 и Уровнем 3 – в степени. На практике это зависит от ответа на вопрос: насколько должен быть человек на сиденье водителя должен быть готов взять управление машиной на себя?
При использовании системы Уровня 2 водитель должен быть очень внимательным, готовым сразу же взять управление, если система столкнется с чем-то, с чем она не справится. На Уровне 3 ожидается, что система может управлять движением, пока она находится в пределах своей «рабочей области разработки», что означает, что роль человека – быть в резерве.
Вот что пишет SAE:
Понятно? Если вы думаете, что это всего лишь неопределенное отличие от Уровня 2, вы не одиноки.
Почему многие автопроизводители избегают Уровня 3
Трудность определения (и объяснения) разницы между Уровнем 2 и Уровнем 3 проявляется проблемой Уровня 3 на практике. Нам легко понять, что система Уровня 2 не является автопилотом, в то время как (как мы увидим ниже) Уровень 4 является автопилотом, и довольно легко объяснить эту разницу пользователям. Но Уровень 3 просто существует между ними. Это автопилот, за исключением случаев, когда это не так.
Это вызов для инженеров, которым поручено разработка систем. В своем выступлении в 2016 году бывший глава по продуктам Ford Motor Company Радж Наир объяснил, почему дорожная карта Ford для технологий автопилота полностью пропускает Уровень 3:
Мы обнаружили, что нам не удавалось безопасно отрабатывать некоторые сценарии, без добавления таких технологий, как LiDAR и трехмерных карт высокой четкости. Как только вы доходите до этого момента, вы в действительности ищете решение для Уровня 4. Таким образом, мы сменили наше направление, вместо улучшения drive-assist технологий на основе камеры и радара, мы совершаем прыжок до Уровня 4, и делаем все, что нужно, чтобы полностью избавиться от водителя, руля и педалей.
Проще говоря: после того, как инженеры Ford добавили все технологии, необходимые для того, чтобы их прототип Уровня 3 соответствовал их стандартам безопасности, они были, по сути, на Уровне 4. Учитывая это, они подумали, а зачем вообще предлагать Уровень 3?
Но несколько систем Уровня 3 направляются на рынок
Многие другие автопроизводители пришли к такому же выводу о Уровне 3, но не все. Есть еще одна точка зрения, а именно, что Уровень 3 можно интерпретировать как более комфортную реализацию концепций систем Eровня 2, таких как Super Cruise.
Это взгляд Audi. Audi запустит систему Уровня 3, которая называется «Traffic Jam Pilot», на своем седане A8 2019 года. Описание системы отражает то, как они видят различия между Уровнем 2 и Уровнем 3:
При запуске Traffic Jam Pilot водителям больше не нужно постоянно следить за автомобилем и дорогой. Они должны просто оставаться начеку и брать управление на себя, когда система предложит это сделать.
Но обратите внимание: в то время как Audi предложит эту систему в Германии, недавно принявшей закон о легальности подобных систем, Audi не будет поставлять ее в США – по крайней мере, пока – из-за опасений относительно ответственности и государственного регулирования.
Audi A8 2019
Нетрудно понять, почему. Даже по собственным заявлениям Ауди, различие все еще не определено. Идея, похоже, заключается в том, что система Audi даст человеку немного больше времени на взятие управления, чем система Уровня 2. Но все же: должен ли человек на месте водителя быть настороже или нет?
К счастью, следующий уровень не требует ломать над этим голову.
Уровень 4: Настоящий автопилот, но с ограничениями
SAE говорит, что Уровень 4 – это «высокая автоматизация вождения»: системе вообще не нужен резерв в виде человека, если она функционирует в пределах своего «рабочего пространства разработки». Иными словами, система Уровня 4 все еще имеет пределы, но пока она находится в этих пределах, человеческое вмешательство не понадобится – это настоящий автопилот.
Вот что это значит на практике.
Большинство современных систем автопилота зависят от высокодетализированных трехмерных карт, которые помогают «мозгу» транспортного средства знать точно, где он находится, вплоть до нескольких сантиметров (или меньше). Эти системы обычно используют несколько лидаров для фиксации окружения транспортного средства от момента к моменту. Затем изображения с лидаров сравниваются с сохраненной 3D-картой.
Некоторые из разрабатываемых систем используют метод лидары-и-карты в качестве основного метода определения местонахождения транспортного средства, в то время как другие используют его в качестве запасного. (Один из принципов полных систем автопилота, таких как системы автопилота в авиации, заключается в том, что все критические подсистемы должны дублироваться, на случай если что-то не работает).
Система Уровня 4 является истинным автопилотом, пока система работает в своих пределах. Неважно, будет ли человек, сидящий на сиденье водителя, отвлекаться, спать или даже отсутствовать, система Уровня 4 безопасно доставит транспортное средство к месту назначения, если она работает внутри своих предполагаемых пределов.
Настоящие транспортные средства уровня 4 начинают появляться
Скоро появятся автомобили Уровня 4 – фактически, они уже здесь. Ранее в этом году компания Waymo, ранее известная как проект самоуправляемых автомобилей Google, начала развертывать сеть транспортных средств Уровня 4 в пилотном ride-hailing сервисе (сервис нелицензированных такси, таких как Uber и Lyft) в Чандлере, штат Аризона. General Motors заявила, что ее собственная компания по автопилотам, GM Cruise, планирует развернуть парк «тысяч» такси Уровня 4 в плотной городской среде в США с 2019 года. Другие последуют в течение нескольких лет.
Waymo от Alphabet
Но учтите, что Waymo и GM не выбирают места наугад. Waymo проводили месяцы, «обучая» свои прототипы на дорогах и в условиях движения в районе Чандлера и вокруг него; GM Cruise делает то же самое со своими автомобилями на базе Chevrolet Bolt в Сан-Франциско. Пока эти транспортные средства ограничены областями, с которыми их системы наиболее знакомы, все они были тщательно задокументированы.
Эти ограничения – то что делает автопилоты системами Уровня 4. Например, независимо от того, как используются карты, если транспортное средство зависит от карты, это означает, что оно ограничено, поскольку оно не может ездить по местам, которые еще не добавлены на карту. Конечно, система Уровня 4 может иметь другие ограничения; она может не включаться, если например обнаруживает сильный снег.
Уровень 4 от GM, производство намечено на 2019 год
Короче говоря: если система предлагает полное автоматическое вождение в пределах ограничений, то эти ограничения и делают автопилот системой Уровня 4.
Уровень 5: Полное безусловное автоматическое вождение
Уровень 5 – это мечта: безусловное (то есть без ограничений) автоматическое вождение, без ожидания того, что водитель когда-либо будет вынужден вмешиваться.
Иными словами, система Уровня 5 должна ездить по любым местам, где может проехать квалифицированный водитель, при любых условиях, с которыми может справиться квалифицированный водитель, полностью самостоятельно.
Излишне говорить, что сейчас нет доступных систем уровня 5. Несколько автопроизводителей, в том числе Tesla и BMW, заявили, что они будут иметь системы Уровня 5 в течение нескольких лет, но многие эксперты считают, что истинная автономия пятого уровня займет годы, если это вообще произойдет.
Концепт BMW Vision iNext
Возможно, что системы Уровня 5 будет конечным результатом после того, как множество подключенных транспортных средств Уровня 4 будут ездить по дорогам и пройдут обучение. Помните, что я сказал об обучении машин выше? Системы, которые развертываются в тысячах автомобилей, работающих каждый день, будут собирать огромные объемы данных и сталкиваться с множеством новых ситуаций – они будут быстро развиваться самостоятельно. Между этим продолжающимся обучением и расширением хорошо отображаемых областей наиболее широко распространенные системы фактически станут Уровнем 5 – в конечном счете.
Также возможно, что настоящая система Уровня 5 – единая система, которая сможет безопасно ездить в метель Монтаны, пробках в Шанхае и других ситуациях, где может ездить опытный водитель, – не появится еще много лет (несмотря на смелые обещания, сделанные некоторыми руководителями).
Почему до появления настоящего автопилота могут пройти годы
Настоящий автопилот – это невероятно сложная проблема. Учтите, что даже Waymo, начавшаяся еще в 2009 году как проект Google Self-Driving Car и обладающая некоторыми из лучших и самых опытных инженеров в этой области, все еще испытывает трудности с массовым внедрением своих автомобилей для безопасного движения по повседневным дорожным ситуациям в пригородном Чандлере, где все сценарии известны, и область тщательно изучена. Как вы думаете, смогли бы они ездить в совершенно незнакомой обстановке – например, в центре Мумбаи?
Способный человек-водитель из пригорода Аризоны, вероятно, сможет хорошо ездить по Мумбаи с помощью смартфона и небольшого знакомства с городом. Но, по крайней мере сейчас, в 2018 году, похоже, что пройдет еще много лет, прежде чем система автопилота сможет сделать то же самое – и это означает, что истинного автопилота в ближайшее время не появится.
Эти модели ближе всего подобрались к самым современным автомобильным технологиям
Несмотря на заявления компании Tesla о внедрении полностью автономных автомобилей к 2021 году, они до сих пор ещё не появились. По-прежнему ни один автопроизводитель не обладает технологией, позволяющей обеспечить полноценный автопилот, хотя с каждым годом они становятся всё ближе. Принято выделять 5 пять уровней автономности вождения. Нулевой уровень предполагает отсутствие автоматизации вождения. Первый уровень предполагает автономные функции, например, адаптивный круиз-контроль или помощь при движении по полосе, большинство современных автомобилей находятся как раз на этом уровне. Машины на второй ступени автономности требуют от водителя сохранять контроль над автомобилем, но умеют самостоятельно управлять, ускоряться и тормозить. Третий и четвёртый уровни предлагают продвинутое автономное вождение, позволяя автомобилям взять на себя полный контроль, но не во всех условиях. Пятый уровень — это полноценный автопилот во всех случаях.
Tesla Model S
Если отбросить нарушенные обещания и скандалы, связанные с введением автопилота, компания Tesla сделала большой шаг в направлении автономного вождения. Электрическая Model S оснащена функциями полуавтономного вождения, которые поставляются с системой Autopilot. Она включает в себя адаптивный круиз-контроль, помощь при движении по полосе и контроль скорости. Клиенты также могут выбрать пакет Full Self-Driving, который позволяет автомобилю самостоятельно менять полосы движения, использовать навигацию по шоссе и самостоятельно парковаться. Кроме того, автомобиль может самостоятельно выехать с парковки без наличия водителя за рулём.
Cadillac Escalade
Escalade — один из самых популярных внедорожников класса люкс, и на то есть много веских причин, в том числе — передовые технологии, которыми оснащен автомобиль, например, полуавтономный пакет Super Cruise. Эта система пока что предлагается в качестве опции, но постепенно становится стандартом для Cadillac. Она рекламируется как функция hands-free, которая предупреждает о необходимости обратить внимание на дорогу, автоматически или по требованию меняет полосу движения и использует картографическую технологию более чем на 300 тыс. км.
Ford F-150 и Mustang Mach-E
Компания Ford не отстает от других брендов, когда речь заходит о разработке технологий автономного вождения. Система Blue Cruise, ранее известная как Active Drive Assist, доступна в новых моделях Ford F-150 и Mustang Mach-E. Система построена на базе интеллектуального адаптивного круиз-контроля с функциями остановки и движения по полосе и распознавания знаков скорости. Она включает в себя всевозможные функции, позволяющие ездить без рук на руле на некоторых участках дороги, которые Ford называет Hands-Free Blue Zones.
Infiniti QX50
Прекрасный Infiniti QX50 оснащён системой ProPILOT. Хотя Infiniti по праву не считает свою систему автономным вождением, на самом деле это полезный пакет функций, который включает в себя множество передовых технических решений для помощи водителю. Infiniti и её материнская компания Nissan планируют продолжать совершенствовать ProPILOT, пока он не достигнет полной автономности. На данный момент система включает в себя датчики радара и камеры, которые считывают дорожные условия и прогнозируют ситуации, помогая водителю адаптироваться и реагировать. ProPILOT регулирует скорость в соответствии с дорожной обстановкой, предупреждает о ближайшем повороте и снижает скорость, предоставляет обзор на 360 для облегчения маневрирования.
BMW iX
BMW iX 2022 года выпуска попал на первые страницы многих журналов благодаря своим усовершенствованным технологиям: меняющийся цвет автомобиля, система iDrive 8 и огромный шаг в сторону автоматизированного вождения и функций парковки. BMW утверждает, что с помощью датчиков и программного обеспечения нового поколения доводит автономность этого автомобиля до уровня 3. В общей сложности iX оснащен пятью камерами, пятью радарными датчиками и 12 ультразвуковыми датчиками для мониторинга окружающей обстановки. Он также оснащен самым передовым набором стандартных систем помощи водителю, которых раньше не было на моделях BMW.
Новости партнеров
Время на прочтение
Пасхальное воскресенье 1900 года, на фотографии — Пятая авеню, Нью-Йорк. Среди моря конных экипажей едва ли в левой полосе можно разглядеть единственный автомобиль. Пройдет всего 13 лет, и мы увидим аналогичную фотографию, с той разницей лишь, что среди многочисленных автомобилей будет ехать всего одна повозка, запряженная лошадьми.
Часть первая
В настоящий момент автомобильная промышленность переживает одновременно три революции: электрификацию трансмиссии, подключение пассажирских транспортных средств к единой сети и замену водителей автономными системами вождения. Эти процессы не только идут параллельно, но и в значительной мере влияют на автомобилестроение, подобно тому, как в свое время революция подтолкнула заменить конные повозки на самоходный транспорт. Это первая часть короткой серии блогов, в которой делается попытка охватить историю беспилотников, от задумки до производства.
Первые разработки
Изобретения в области авионики и радиотехники вдохновили создание первых автоматизированных уличных транспортных средств: в 1914 году во Франции был продемонстрирован первый автопилот самолета на гироскопическом стабилизаторе:
Первый автопилот на биплане.
В 1920-х появилось радиоуправление для кораблей:
Беспилотный торпедный катер «Natalie».
Радиоуправляемый автомобиль был впервые представлен компанией RCA в октябре 1921 года в Дейтоне, штат Огайо.
Управление трехколесным транспортным средством осуществлялось беспроводным путем с радиотехнического оборудования на другом автомобиле. Аналогичный радиоуправляемый автомобиль был продемонстрирован в 1925 году на Пятой авеню в Нью-Йорке. За беспилотной машиной вплотную следовал второй автомобиль, в котором находились радиопередатчики и оператор.
Фантастика
Фантазия о беспилотном транспорте почти также стара, как и сам дебют первого автомобиля. А все началось с обыкновенного вымысла.
В 1933 году «Популярная механика» сообщила, что “они ушли в автоматику”, утверждая, что недавние изобретения, например, автоматическое открывание гаражных ворот и гидроусилитель руля, стали первыми шагами на пути к полностью автоматизированным автомобилям; “можно преобразовать автомобиль так, что он будет самостоятельно заводиться, открывать гаражную дверь и съезжать с проезжей части.”
В фильме 1935 года «Самое безопасное место» Chevrolet предсказал, что “если производитель сможет оснастить каждую машину автоматическим механизмом вождения, автомобиль всегда будет делать именно то, что он и должен делать, выезжая на дорогу. При таком управлении автомобиль не сможет выехать с обочины, не подав сигнал и не учитывая встречное движение. При таком управлении автомобиль будет ехать прямо, а не лавировать в потоке машин. С таким управлением он всегда будет перестраиваться в нужную полосу перед поворотом. Будет всегда останавливаться на знак «стоп». С автоматическим механизмом вождения автомобиль будет притормаживать перед тем, как нарушить движение. Он не будет подрезать машины перед опасным поворотом и всегда будет останавливаться перед жд переездом.”
В 1938 году «Популярная наука» в статье «Автострады будущего» предсказала, что через 50 лет аварии будут невозможны, связь между автомобилями будет осуществляться через инфракрасное излучение, а электрические кабели будут контролировать скорость автомобиля и со временем возьмут на себя полное управление автомобилем.
На Всемирной выставке 1939 года в Нью-Йорке General Motors в экспозиции Futurama представил посетителям свое видение 1960 года: автоматизированные транспортные средства на многополосных автомагистралях. Это случилось за 17 лет до того, как Федеральный закон о многополосных автострадах разрешил строительство сети межштатных автомагистралей протяженностью 41 000 миль по всей территории США.
Видео «К новым горизонтам», фильм экспозиции Футурама 1939 года, рассказывает о футуристическом утопическом мышлении накануне Второй мировой войны, которое предсказывал General Motors. В нем запечатлена экспозиция «Футурама» из павильона «К новым горизонтам» General Motors на всемирной выставке, которая устремила свой взор к “чудесному миру 1960-го”.
В 1956 году для автосалона Motorama General Motors выпустил музыкальный короткометражный фильм „Ключ к будущему“, который ожидал, что в далеком будущем 1976 году будут ездить беспилотные автомобили. В 1958 журнал «Popular Science» писал, что »в вашем будущем автомобиль будет управляться черными ящиками, а вам останется только смотреть», разработкой занимаются GM и RCA.
Firebird III на выставке “Century 21 Exposition”, Сиэтл, 1962 год. Автомобиль должен был управляться с помощью дорожного кабеля, а взаимодействие с инфраструктурой контролировало бы боковое движение.
Firebird IV был не функциональным транспортным средством, как его предшественники, а концепцией, ориентированной на тот день, когда автомобили будут ехать по шоссе и управляться не водителем, а автоматически программируемыми системами наведения, которые обеспечат абсолютную безопасность при развитии скорости более чем в 2 раза от разрешенной сегодня. Как только автомобиль выедет с шоссе, контроль будет передан водителю, и уже он будет вести машину по улицам.
В 1967 году журнал Popular Science сообщил, что «США профинансировало исследование, стоимостью 100 000 долларов. Во всемирно известной лаборатории разрабатывается дизайн пригородного автомобиля завтрашнего дня — и это электрический гусеничный транспорт, следующий по маршруту в город и обратно».
Поп культура
Уолт Дисней вывел воображение на новый уровень.
В эпизоде «Волшебная автострада США» из телесериала 1950-х годов «Волшебный мир Диснея», говорилось о появлении радарных датчиков, ночного видения, системы наведения движения и других футуристических особенностей транспортных средств. Автомобили по-прежнему изображались как существа способные мыслить и чувствовать, принимать собственные решения: в конце 1968 года Дисней создал Herbie, в фильме The Love Bug машина имела «собственный разум и сама собой управляла».
Возможно, самым способным вымышленным роботом-автомобилем в 1980-е годы был KITT из телесериала Knight Rider.
КИТТ управлял собой сам и обладал сканером, который позволял ему «видеть» окружающую среду. Еще больше беспилотных автомобилей появилось в фльмах Christine 1983 года, в Batman 1989-го, Total Recall 1990-го, Demolition Man 1993-го, the Fifth Element 1997-го и I, Robot 2004-го.
Эпоха беспилотных автомобилей началась 100 лет назад. Вдохновленные достижениями в области гироскопических стабилизаторов, радио-и радиолокационных технологий, журналы, газеты и фильмы рисуют автомобили, которые могли бы управлять собой сами. Многие из этих источников ожидали появление технологий примерно через 20 лет, (распространенная временная константа в истории автоматизированных транспортных средств). В то время как изучение беспилотных технологий началось в конце 1950-х — о них речь пойдет в следующей части — потребовалось еще 50 лет, чтобы преодолеть загадочный 20-летний барьер.
Исследования и разработки
Исследования по созданию беспилотного или роботизированного транспорта начались в конце 1950-х годов. Джеймсон Ветмор подробно описывает 60-летнюю историю создания автоматизированных систем автомобильных дорог в Америке и идеи, лежащие в их основе. Прочитать можно здесь и здесь. В 1958 году General Motors и компания Radio Corporation of America (RCA) совместно проводили испытания автоматизированных прототипов дорог, оснащенных радиоуправляемым контролем скорости и руления автомобиля.
Как писали в 1960 году, магниты, встроенные в транспортные средства, притягивались стальным кабелем, проложенным под дорогой, а диспетчерские вышки следили за общим транспортным потоком. Наступление новой революции казалось настолько неизбежным, что в 1960 году New York Times писал, что к «полномасштабному использованию мы придем через 15 лет».
Впервые сконструированная около 1960-го, Stanford Cart была предназначена для изучения возможности управления луноходом с Земли. В течение последующих десятилетий группа аспирантов дорабатывала карт. Главное усовершенствование внес Ханс Моравек. Он оснастил карт стереозрением, которое позволило ему самостоятельно перемещаться по заполненной стульями комнате — ушло на это всего 5 часов — 1979 год.
Примерно в то же время в центре искусственного интеллекта Стэнфордского исследовательского института Нильс Нильссон разработал Shakey. Это был первый мобильный робот, способный воспринимать окружающую среду через «глаз» телевизионной камеры и с помощью усовидных щупалец. У Shakey также был план действий для выполнения поставленной задачи. Преемником Shakey стал луноход (CMU) Rover, разработанный в Университете Карнеги — Меллона.
Первый автоматизированный автомобиль с восприятием окружающей среды был разработан в 1977 году в лаборатории машиностроения Университета Цукуба. Исследовательская группа занималась разработкой беспилотных транспортных средств на протяжении 20 лет. В этом документе 1994 года говорится о транспортном средстве, сконструированном компанией Toyota. С помощью одной камеры машина была способна проехать по разметке 50 м со скоростью 50 км/ч.
Разработанный в 1980-х годах автономный наземный автомобиль DARPA (ALV) представлял собой восьмиколесного робота высотой 12 футов с несколькими датчиками, перед которым была поставлена задача пройти от точки A до точки B, поднимаясь по холмам без помощи человека. Эксперимент проходил за пределами Денвера в 1985 году.
В 1980-х годах профессор Эрнст Дикманнс и его исследовательская группа в Военном университете Мюнхена построили первые в мире роботизированные уличные транспортные средства, которые при помощи компьютерного зрения и вероятностных алгоритмов смогли проехать по пустой дороге 20 км, развивая скорость до 96 км/ч.
Это исследование продолжилось в европейском финансируемом государством проекте EUREKA-«Прометей», (PROgraMme для европейского движения с наивысшей эффективностью и беспрецедентной безопасностью), который осуществлялся с 1987 по 1994 год. В него вошли многие европейские участники, а государственное финансирование было значительным.
В 1993 году компания Bosch представила разработанные в рамках проекта «Прометей» навигационные системы и камеры, способные распознавать полосы движения.
Тогда было установлено, что «осмысленное соединение глобальной цифровой карты с локальной сенсорной информацией — ключ к целенаправленному автономному вождению.”
Финальная демонстрация проекта „Прометей“ состоялась на парижской трассе A1, где автомобиль VAmP профессора Дикманнса проехал более 1000 км, развив скорость до 130 км/ч.
Он автоматически пропускал более медленные автомобили в левом ряду и одновременно отслеживал до двенадцати других автомобилей. В 1995 году команда проехала 1758 км от Мюнхена до Дании и обратно со скоростью до 175 км/ч, продольное и боковое управление осуществлялось с помощью компьютерного зрения. Самый большой участок, который удалось проехать в режиме автопилота, составил 158 км. Профессор Дикманс рассказывает о развитии технологий в этой области начиная с 1950-х годов и по настоящий момент на конференции в 2011 году.
Также в 1995 году разработанная в CMU машина Navlab 5 проехала на автопилоте, но с ручным контролем бокового движения, из Питтсбурга, штат Пенсильвания, в Сан-Диего, штат Калифорния, в рамках тура “No Hands Across America”. В этом видео с History Channel 1998 года кратко рассказывается о деятельности CMU Navlab в 1990-е годы:
В 1996 году в Италии, в университете Пармы, Альберто Броджи основал проект ARGO. В 1998 году автомобиль MilleMiglia в рамках тура Automatico проехал в режиме автопилота 2000 км. Отчет команда опубликовала в этом видео 10 лет спустя.
В 1997 году Национальная программа исследования автоматизированных автомобильных систем (NAHS) Министерства транспорта США завершилась тем, что беспилотные автомобили, автобусы и грузовики проехали по трассе I-15 в Сан-Диего, Калифорния.
Контроль за боковым движением осуществлялся с помощью компьютерного зрения и магнитов, встроенных в дорогу. Расстояние между автомобилями регулировали радиолокационные или лидарные датчики.
В немецком исследовательском проекте »Autonomes Fahren», который проходил с 1997 по 2000 год, приняли участие Volkswagen, Bosch, Технический университет Брауншвейга и другие компании.
В рамках проекта на испытательных площадках Volkswagen проводились тест-драйвы производимых автомобилей. Машины были оснащены лидарами, камерами, радарами, GPS, цифровой маршрутной картой.
Чтобы тестируемые машины могли ездить без водителя-испытателя по замкнутому маршруту в смешанном движении среди другого транспорта, в них посадили электромеханических роботов-водителей, которые приводили в действие три педали, переключали передачи и управляли рулевым колесом.
DARPA Grand Challenge — серия соревнований для беспилотных автомобилей, финансируемая агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).
Учитывая назначенный жесткий график, DARPA решило, что соревнование с призовым фондом станет быстрым экономическим выходом и лучшим стимулом для развития инноваций и расширения исследовательского сообщества беспилотных технологий. Первое мероприятие состоялось в 2004 году. Только 15 команд прошли отбор для участия в финальном заезде. Беспилотные самоуправляемые машины попытались пройти по 142-мильному маршруту через пустыню Мохаве (штат Невада), по грунтовым дорогам, равнинам и горным перевалам.
Команды только за 24 часа до начала мероприятия узнали GPS путевых точек. Машина CMU преуспела больше всех, проехав 7,32 мили (менее 5% от всего маршрута). Тем не менее, как правильно заметил Wired, первое из трех соревнований Grand Challenge сформировало сообщество разработчиков беспилотников таким, каким мы его знаем сейчас.
DARPA провела повторное соревнование в 2005 году (DARPA Grand Challenge). Пять команд прошли дистанцию в 132 мили, и все, кроме одного из 23 финалистов, преодолели дистанцию в 7,32 мили — обогнав лучший результат 2004 года.
Робот-автомобиль Stanley, разработанный Себастьяном Труном и его командой из Стэнфордского университета, прибыл на финиш первым, пройдя маршрут за 6 часов 54 минуты. Позже Себастьян рассказал о своей работе в Стэнфорде над Stanley в этой статье и в этой беседе:
Две машины, разработанные в Университете Карнеги-Меллона, Sandstorm и Highlander, прибыли всего через несколько минут после Стэнли. Двенадцать лет спустя команда случайно обнаружит, что фильтр между модулем управления двигателем и топливными форсунками (одной из всего лишь двух электронных частей в двигателе Hummer 1986 года) был сломан и привел к потере мощности двигателя.
Соревнование DARPA Urban Challenge 2007 года DARPA перенесла в городскую местность, на место ныне закрытой военно-воздушной базы Джорджа в Викторвилле, штат Калифорния. Команды должны были пройти маршрут по городу, проезжая через четырехполосные перекрестки, заблокированные дороги или парковки, находясь в смешанном движении с беспилотниками и машинами, управляемыми людьми. Более 90 команд подали заявки на участие в Urban Challenge. 53 команды приняло участие в отборе, 36 были приглашены на полуфинальное мероприятие, и всего 11 приняло участие в финальной гонке.
DARPA сочла необходимым, чтобы в потоке машин рядом с роботами находились люди и представители DARPA, оценивающие производительность роботов. Впервые на мероприятие образовалась пробка из беспилотных автомобилей, а также первое, хоть и незначительное, столкновение двух беспилотников.
Гонку выиграл автомобиль Университета Карнеги-Меллона — Boss. За ним пришел Junior Стэнфордского университета.
Junior Стэнфордского университета и Victor Tango Политехнического университета Виргинии на соревновании DARPA Urban Challenge 2007-го года.
Автомобиль Boss Университета Карнеги-Меллона пересекает финишную черту.
После Urban Challenge проводились ещё несколько, в основном научно-исследовательских, мероприятий. Среди них проект Stadtpilot в Техническом университете Брауншвейг, нацеленный на вождение в городской среде, включая смену полосы движения, парковку и включение в движущийся поток. В 2010 году проект Vislab Intercontinental Autonomous Challenge, в котором колонна из четырех беспилотников, следуя за ведущим автомобилем, проехала 13000 км из Пармы (Италия) до Шанхая (Китай). В 2012 для гонки Pikes Peak в Стэнфорде построили гоночный беспилотник.
Grand Cooperative Driving Challenge – соревнование, проводимое в Европе в 2011 и 2016 годах, в котором машины должны были следовать за лидирующим автомобилем, реагировать на его колебания, совместно стартовать на светофорах и объединяться в колонну.
Соревнование Urban Challenge ознаменовало переход от научных исследований к промышленному развитию — которое мы будем освещать в следующей части. Загадочный 20-ти летний барьер был окончательно преодолен.
О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Читать еще полезные статьи:
Большой обзор автопроизводителей и поставщиков аппаратного и программного обеспечения для автономного транспорта.
Аналитик Брайан Солис, последние несколько лет изучающий индустрию беспилотных технологий, сформулировал основные тенденции на рынке:
Крупные производители скупают стартапы, чтобы владеть не только
новыми идеями, но и талантами, порождающими их, поэтому в
автомобильном бизнесе ожидается рост ИТ-вакансий. Все это позволяет выходить на передний план принципу «подключи и
работай», когда новые технологии могут быть легко модифицированы в реальные модели автомобилей.
Эксперты отмечают, что все больше внимания уделяется интеллектуальным
транспортным системам, картографическому ПО и универсализации компаний, что помогает привлекать дополнительные инвестиции от традиционных автопроизводителей. Например, Toyota инвестировала в Uber, General Motors приобрела долю в Lyft , а Volkswagen вложила $300 млн в Gett.
Автономные автомобили работают в таких отраслях
как фермерство, управление запасами и строительство. Uber, Tesla и Mercedes-Benz
экспериментируют с применением технологий автономного вождения в городских автобусах
и полуприцепах.
При всей жесткости конкуренции на
автомобильном рынке компании объединяются для снижения стоимости технологий
для конечного потребителя. Например, первоначальное внедрение Waymo лидара обошлось в $80 тысяч за автомобиль, однако
сейчас затраты снизились до $50 тысяч. Лидар рекламировался как
радиолокационная обработка изображений, но на рынке уже появляются более
совершенные технологии, что провоцирует компанию на снижение стоимости лидара.
С учетом внешних условий и результатов испытаний есть все основания ждать запуска беспилотных автомобилей к 2021 году. Первое время такие автомобили будут ограничены фиксированными маршрутами общественного транспорта, поскольку на данном этапе люди хотят видеть полуавтономные автомобили, и производители идут им навстречу, делая переход к самостоятельным автомобилям постепенным.
В индустрии выделяют шесть уровней, характеризующих вождение любого автомобиля.
Исследования показывают, что автомобили находятся на
стоянках 95% времени, так что традиционная собственность постепенно
превращается в устаревшую. Пользователи могут вызвать машину при необходимости,
что позволит перейти от программ индивидуальной собственности к моделям
совместной собственности.
Audi представила серию автономных моделей на основе A7 и RS7 и
продолжает работу по выведению своего Audi Piloted Driving на рынок в модели
A8. Первоначально A8 будет иметь навыки самостоятельной парковки и автономного
вождения до 60 км в час.
В июле 2016
года компания объявила о создании специализированного подразделения, посвященного
автономной технологии вождения SDS Company, направленной на то, чтобы сделать
автономное вождение более человечным. Например, система предоставит
большее дорожное пространство большегрузам и сможет предугадывать планы других машин по
перестройке на соседнюю полосу.
В 2014 году при испытаниях беспилотной модели
RS7 на гоночной трассе, автомобиль смог разогнаться до 305 км/ч, установив таким образом рекорд среди
«беспилотников».
Фото с сайта auto5ok.ru
На выставке
Consumer Electronic Show (CES) 2016 BMW представила автономную
концепцию своего автомобиля i8 Wonder. После прекращения партнерства с китайской поисковой системой Baidu BMW объявила о партнерстве с Intel. Автоконцерн планирует представить тестовую группу из 40 новых полностью
автономных моделей уже во второй половине 2017 года. Первым автомобилем в этой линейке станет модель BMW iNEXT, старт продаж которой запланирован на 2021 год.
Компанией получено разрешение от
Калифорнийского департамента автомобильных транспортных средств на испытания
без водителя в черте города.
Фото с сайта i2.cdn.turner.com
Калифорнийская Faraday Future, финансируемая
китайской технологической компанией LeEco, нацелена на рынок
высокопроизводительных автономных электромобилей. Первая модель,
представленная на выставке CES 2016,
–
это гоночный автомобиль, вдохновленный
FFZero1.
Будущее Faraday непредсказуемо, так как она сталкивается с нехваткой наличных средств, невыплаченными платежами за
строительство и пропущенными сроками доставки. Тем не менее, на выставке CES
2017 Faraday Future продемонстрировала свой новый электромобиль FF 91,
оснащенный более 30 датчиками для автономного вождения, камерами и лидаром, пусть презентация прошла и не самым удачным образом.
Фото с сайта autoreview.ru
Google (Alphabet) не планирует самостоятельно
производить автомобили, однако уже объявила о заключении сделки с Fiat
Chrysler. Fiat интересен тем, что вводит в свою модель дополнительный
пассажирский ряд. Это хорошее решение для моделей, которые могут использоваться
в качестве такси.
Для Alphabet партнерство предоставляет
возможность масштабировать свою технологию при небольших затратах.
Фото с сайта ixbt.com
Fisker
–
первопроходец в продвижении
высокопроизводительных электромобилей. Стартап представил свою гибридную
модель Karma на Североамериканском международном автосалоне еще в 2008 году,
которая, однако, была продана в количестве всего 2 тысяч экземпляров, после
чего Хенрик Фискер подал в отставку, а компания объявила о банкротстве.
В феврале 2014 года ее приобрел конгломерат китайских
автокомпонентов Wanxiang Group. Под их руководством Fisker был вновь
запущен в 2016 году как производитель полностью электрических автомобилей. В
настоящее время идет работа над моделью EV Emotion EV –
роскошным электрическим
седаном, дебют которого ожидается к лету 2017 года.
В марте 2011 года Ford создал дочернюю компанию Ford
Smart Mobility, специализирующуюся на обеспечении связи между
автономными транспортными средствами. Автопроизводитель
хочет запустить коммерческий гоночный флот четвертого уровня к 2021 году.
В декабре 2016 года
Ford
объявил о
разработке нового поколения гибридных Fusion, которые повысили вычислительную
мощность, и улучшенные датчики лидар. В феврале 2017 года автоконцерн инвестировал $1 млрд в Argo AI — компанию по запуску искусственного интеллекта, что стало
крупнейшей инвестицией в беспилотные транспортные средства.
Что примечательно,
Ford отказался от разработки беспилотных автомобилей третьего уровня, сразу перейдя к четвертому. По словам представителей компании, они не смогли протестировать автомобили третьего уровня
–
инженеры быстро привыкали к плавной езде и засыпали во время испытаний.
Фото с сайта thatsmart.ru
General Motors активно вкладывается в технологические стартапы
–
в
январе 2016 года компания купила активы Sideca (ранний Uber и Lyft), заплатила
более $1 млрд за Cruise Automation, и инвестировала в
Lyft $500 млн, для разработки мобильного бренда Maven.
Первым беспилотным автомобилем GM станет
Chevrolet Bolt EV, полностью электрическое транспортное
средство, испытания которого начались в Аризоне в июне 2016 года. Именно эта модель поставила рекорд запаса хода
–
483 км на одном заряде.
В 2017 году GM представит Super Cruise в последних моделях
Cadillac. Технология сможет распознавать лица, определять сонных или
отвлеченных водителей. С начала 2017 года сборочный завод Orion Township кроме
Chevrolet Bolt
планирует производить собственные автономные испытательные машины.
Фото с сайта ecotechnica.com.ua
В
начале 2016 года компания представила полуавтономную модель
своего Civic LX Sedan по цене $20 тысяч. Подобно моделям Tesla и Mercedes-Benz,
Civic предложит усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS),
которые предлагают поддержку и изменение полосы движения, автоматические
торможение и адаптивный круиз-контроль.
Недавно Honda продемонстрировала модифицированный
автомобиль Acura RLX «Automated Drive» в различных условиях, в том числе с
пешеходами, нарушающими правила дорожного движения. Предполагаемая дата начала массового производства автономного автомобиля
–
2020 год.
На данный момент Waymo рассматривает партнерское соглашение с Honda для испытания собственной системы лидар.
Фото с сайта 5gfuture.ru
Технический центр Hyundai для разработки беспилотных автомобилей
– Hyundai-Kia
America – находится в Анн-Арборе, штат Мичиган. Подобно Fiat Chrysler, компания
сотрудничает с Google.
Автономное авто Hyundai
–
это седан G90 с адаптивным круиз-контролем, помощью по
поддержанию полосы движения, экстренным торможением, обнаружением пешеходов и
мертвой зоны и дополнительными технологиями для поддержки водителя.
В 2017 году на выставке потребительской электроники Hyundai
показала прототип беспилотного автомобиля, который встраивается в жилое пространство.
Фото с сайта budport.com.ua
Land Rover собирает данные, чтобы понять, как еще сильнее «очеловечить» манеру вождения беспилотного автомобиля для повышения лояльности клиентов. Она
запустила исследовательский парк из 100 автомобилей, чтобы протестировать
41-мильный маршрут в центральной Англии.
Автоконцерн нацелен на нишу беспилотных внедорожников. Речь пока идет лишь о частично беспилотных авто.
Фото с сайта detali812.ru
С технической точки зрения John Deere является крупнейшим
оператором автономных транспортных средств, хотя на данный момент это
сельскохозяйственные машины и тракторы. Компания более 15 лет предлагает
своим клиентам автономную спецтехнику. Первым трактором, оснащенным автопилотом, стал John Deere 7930.
Первоначально
John Deere
использовал спутниковые технологии, чтобы помочь фермерам подготовить курсы
для таких тракторов, хотя машины все еще не могут полностью обойтись
без водителя.
Фото с сайта hackaday.io
Компания объединяет проекты открытого типа и
микрозаводы по всему миру для производства автономных транспортных средств.
В
июне 2016 года представила Olli, самоходный автобус, которым можно управлять через мобильное приложение или направлять по заранее спланированному маршруту, а его когнитивное программное обеспечение распознает голосовые команды и может обосновать принятое решение.
Olli ориентирован на
использование транзитными агентствами и муниципальными учреждениями. Производится с помощью 3D-печати и вмещает до 12 человек.
Фото с сайта ofeet.ru
