Что такое беспилотные автомобили и как они работают

Еще 10-15 лет назад беспилотные автомобили казались технологией далекого будущего, а сегодня их тестируют на дорогах по всему миру. Расскажем, зачем нужны такие машины и как они устроены

Что такое беспилотный автомобиль

Беспилотный автомобиль — это транспортное средство, которое может передвигаться без участия человека. Он управляется с помощью компьютеров, датчиков, камер и искусственного интеллекта.

Однако, несмотря на значительные достижения в этой области, большинство современных беспилотных систем пока не могут полностью заменить водителя и работают в режиме помощи, а не полной автономии. Дело в том, что в некоторых ситуациях, например при сложных погодных условиях, система может запутаться и попросить водителя взять управление на себя.

Уровни автономности беспилотных автомобилей

Международная организация SAE International разработала несколько уровней автономности беспилотных машин. Они помогают понять, насколько транспорт способен ехать самостоятельно без помощи человека.

• Уровень 0. Водитель полностью контролирует автомобиль: управляет газом, тормозом и рулем.
• Уровень 1. Машина помогает водителю при ускорении и торможении.
• Уровень 2. Автомобиль самостоятельно управляет газом и тормозом, но водитель должен постоянно следить за дорогой и быть готовым вмешаться при необходимости.
• Уровень 3. Система сама управляет движением, но иногда просит водителя взять управление на себя. В отличие от уровня 2, водитель находится в резерве и не обязан следить за дорогой постоянно.
• Уровень 4. Машина решает сложные дорожные ситуации без помощи водителя. Водитель может не держать руль, но, если машина не сможет принять решение, она остановится и подаст сигнал.
• Уровень 5. Полная автоматизация. Автомобиль едет без участия водителя и сам принимает все решения. Таких машин еще не существует.

Первые беспилотные автомобили

Как и со многими великими изобретениями, трудно выделить одного ученого или инженера, который бы стоял за созданием беспилотных машин. Одним из основоположников беспилотных технологий можно назвать американского инженера Фрэнсис Худину, который еще в 1920-х годах разработал концепцию «радиоуправляемого автомобиля». Автомобиль под названием American Wonder управлялся с помощью радиосигналов от другого автомобиля. Он двигался по улицам города, мог останавливаться и поворачивать. И хотя эту систему нельзя назвать беспилотной, она стала одной из предпосылок к созданию автономных систем.

В 1950-х и 1960-х годах инженеры начали разрабатывать системы, которые могли бы контролировать автомобили с помощью датчиков и магнитных полос на дорогах. Например, в 1958 году компания General Motors успешно протестировала автомобиль, который ориентировался на провода, встроенные в дорожное покрытие.

В 1986 году немецкий профессор Эрнст Дикманс продвинулся еще дальше со своим проектом VaMoRs. В рамках этого проекта была разработана система, которая позволяла автомобилю двигаться по трассе автономно, используя камеры и сенсоры для восприятия окружающей среды.

Настоящий прорыв в развитии беспилотных технологий произошел в 1990-е годы, когда компьютеры получили массовое распространение. Машины начали оснащать лидарами, видеокамерами и высокопроизводительными процессорами, способными обрабатывать данные в режиме реального времени.

Как устроены беспилотные автомобили

Не существует единой универсальной платформы для беспилотных автомобилей, но все они работают по схожему принципу. Чтобы перемещаться из точки А в точку Б, беспилотники используют целый комплекс технологий.

• Лидар. Лазерный датчик, который устанавливают на крышу автомобиля. Он играет важную роль в работе беспилотника, посылая лазерные импульсы по сторонам для создания 3D-карты на расстоянии до 100 м. Эти данные объединяются с картами (например, Google или 2ГИС), чтобы машина могла соблюдать ПДД и точно определить путь.
• Радар. Это устройство помогает машине «видеть» окружающее пространство. Обычно на беспилотный автомобиль ставят минимум четыре радара: два спереди и два сзади. Они определяют, как далеко находятся объекты, куда они движутся и с какой скоростью. Можно сказать, что радары — это глаза машины.

• Камеры. Распознают объекты, дорожные знаки и разметку. Обычно устанавливают как минимум одну камеру у зеркала заднего вида. В среднем в машинах бывает 1–3 видеокамеры.
• Ультразвуковые датчики. Устройства посылают ультразвуковые волны, которые отражаются от ближайших объектов. После этого сигнал возвращается обратно и система определяет расстояние до препятствия. Это помогает автомобилю не задеть окружающие предметы и безопасно припарковаться.
• GPS и инерциальные датчики. Позволяют машине определить свое местоположение на карте с помощью спутников. Благодаря GPS автомобиль знает, в каком направлении движется и как ему построить маршрут до точки назначения.
• Бортовой компьютер. Центральный элемент беспилотного автомобиля, который служит своеобразным «мозгом» всей системы. Он собирают информацию воедино, обрабатывает и выдает нужные решения: газовать, тормозить, поворачивать и так далее.

Как работают беспилотные автомобили

Процесс движения беспилотных автомобилей состоит из непрерывного выполнения нескольких задач в реальном времени.

Плюсы и минусы беспилотных автомобилей

У беспилотных автомобилей есть как плюсы, так и минусы. Их значимость зависит от условий эксплуатации. Например, в городе важнее одни преимущества, а на трассе — другие.

Плюсы

• Безопасность. Исключается человеческий фактор, снижается риск аварий и ДТП.
• Эффективность. Автопилот выбирает оптимальный маршрут, помогая экономить топливо и снижать выбросы.
• Комфорт. Водителю не нужно управлять машиной — можно отдохнуть или заняться другими делами.
• Доступность. Люди, которые по состоянию здоровья не могут водить, получают возможность передвигаться самостоятельно.
• Снижение пробок. При массовом внедрении беспилотные машины будут ехать организованно, не создавая заторов.

Минусы

• Дороговизна. Современные технологии (лидары, радары, датчики) сильно повышают стоимость автомобиля.
• Технические ограничения. Не все автомобили могут быть адаптированы под автопилот, и выбор моделей пока ограничен.
• Погодные условия. Во время снегопада или сильного дождя датчики могут работать со сбоями.
• Правовые вопросы. Во многих странах нет четких законов для использования беспилотников на дорогах.
• Риски взлома. Как и любое подключенное к Сети устройство, беспилотник может стать целью кибератак.

Беспилотные автомобили в России

В настоящее время несколько крупных российских компаний тестируют свои беспилотные системы. Испытания проходят как на закрытых полигонах, так и в условиях реального дорожного движения.

«Яндекс»

Один из лидеров в сфере беспилотного транспорта в России. Компания начала разрабатывать собственный автопилот в 2017 году и провела тысячи тестовых поездок. Машины «Яндекса» уже тестировались в Москве, Иннополисе, а также в других городах России и за рубежом. Помимо легковых машин, компания работает над доставочными роботами и беспилотными такси.

«Сбер»

«Сбер» развивает направление беспилотного транспорта через свою дочернюю компанию SberAutoTech. Они представили собственный концепт — электромобиль с автопилотом под названием FLIP. Пилотные испытания прошли в Москве в декабре 2020 года, а в апреле 2022 года технология получила официальное разрешение на перевозку пассажиров. Кроме того, «Сбер» тестирует собственные технологии автопилота на базе уже существующих автомобилей.

КАМАЗ

Компания разрабатывает автономные транспортные средства для промышленного и междугороднего использования. В частности, КАМАЗ представил прототип беспилотного грузовика, который уже проходит испытания. Также были показаны автономные автобусы, включая беспилотный электробус «ШАТЛ».

StarLine

Проект беспилотных технологий этой российской компании пока находится на стадии исследований и испытаний. Они используют автомобили Skoda, оснащенные 12 датчиками: камерами, радарами, лидарами и другими системами. Основная цель — адаптировать беспилотник к сложным погодным условиям, особенно зимой. Уже сейчас разработчики добились того, что автомобиль не «пугается» тумана, снега и дождя, как это бывает у многих других систем.

МАДИ

Московский автомобильно-дорожный университет (МАДИ) тоже развивает технологии беспилотного транспорта. В университете создан небольшой автопарк из двух беспилотников — Hyundai Solaris и Ford Focus II. Один из них работает в городской клинической больнице №1 им. Пирогова, доставляя анализы между корпусами. Автопилот отлично справляется с этой задачей.

Беспилотные автомобили в мире

Автопроизводители многих стран занимаются разработкой и тестированием беспилотных автомобилей. Некоторые компании полностью специализируются на создании беспилотного транспорта, другие внедряют режимы автопилота в отдельные модели.

Примеры таких компаний:

• Tesla
• Waymo
• Cruise
• Baidu Apollo
• Mercedes-Benz
• BMW
• Nissan
• Audi

Читайте также:

Авторы Теги Земфира Ахтямова