Ви зайняті розв’язанням багатьох завдань. У багажнику – хімчистка. Потрібно встигнути до поштового відділення, поки двері не зачинилися. Ваш розум зайнятий списком покупок на вечерю, а не дорогою. І раптом спалахують стоп-сигнали. Ви не встигаєте зреагувати. Зіткнення.
Такі сценарії розігруються щодня, тому що людська увага крихка. Ми відволікаємось на телефони, мультимедійні екрани та все більш складні дорожні потоки. Помилка водія залишається основною причиною аварій. Проте покладатися на пильність людини у хаотичній обстановці стає менш ефективним. Автовиробники створюють системи, які спостерігають за дорогою за вас. Це не просто футуристичні концепції. Такі функції, як автоматичне екстрене гальмування та адаптивний круїз-контроль, вже встановлені у серійних автомобілях. Навіть у більш старих моделях може бути закладена базова технологія запобігання зіткненням, прихована у джгутах проводів.
Це зрушення очевидне. Автомобілі переходять від ролі пасивного транспорту до статусу активних безпекових партнерів. Ми вступаємо в епоху, коли комп’ютер стежить за дорогою, щоб вам не доводилося це робити. У цій статті ми розберемо апаратне та програмне забезпечення, що забезпечує безпеку автономних транспортних засобів. Ми розглянемо, як працюють ці технології, яка їхня поточна готовність до масового виробництва та які регуляторні бар’єри стоять на їхньому шляху.
Зміст
Апаратне забезпечення, що лежить в основі сприйняття
Як автомобіль розуміє, що потрібно зупинитись, перш ніж врізатися в машину попереду? Все починається зі сприйняття. Транспортному засобу потрібен огляд на 360 градусів навколо себе, який постійно оновлює його положення щодо інших об’єктів.
Більшість сучасних систем безпеки автономних транспортних засобів покладаються на підхід злиття даних з різних датчиків (sensor fusion). Жоден окремий датчик не є ідеальним. У кожного є сліпі зони та обмеження залежно від навколишнього середовища. Поєднуючи дані, автомобіль формує надійну картину реальності.
- LiDAR (оптичне виявлення та визначення відстані) : Використовує лазерні імпульси для створення високоточної 3D-карти навколишнього середовища. Він виявляє об’єкти з високою точністю навіть за слабкого освітлення. Проте сильний дощ чи туман можуть розсіювати лазерні промені, знижуючи ефективність.
- Радар (радіолокаційне виявлення та визначення відстані) : Випромінює радіохвилі для вимірювання відстані та швидкості об’єктів. Він добре працює в погану погоду та відмінно підходить для адаптивного круїз-контролю. Однак йому складно визначити форму чи тип об’єкта.
- Камери : Надають візуальні дані. Вони розпізнають розмітку на дорозі, дорожні знаки та кольори (червоне або зелене світло). Вони вимагають значних обчислювальних ресурсів і можуть бути засліплені прямим сонячним промінням або відблисками.
- Ультразвукові датчики : Датчики короткого радіусу дії, які використовуються в основному для паркування та маневрування на низьких швидкостях. Вони виявляють перешкоди безпосередньо навколо автомобіля.
Центральний комп’ютер обробляє цей потік даних. Він відфільтровує шум. Він прогнозує траєкторії. Якщо він обчислює курс зіткнення, він втручається. Саме тут технологія переходить від спостереження до дії.
Від попередження до втручання
Ранні системи просто подавали звуковий сигнал. Вони попереджали вас. Якщо ви ігнорували сигнал, то залишалися віч-на-віч із проблемою. Сучасні системи безпеки автономних транспортних засобів беруть управління на себе. Це активне втручання.
Автоматичне екстрене гальмування (AEB) — найпоширеніше застосування. Коли система виявляє неминуче лобове зіткнення (або зіткнення ззаду), спочатку попереджає водія. Якщо реакції не було, вона попередньо готує гальма. Якщо зіткнення все ще неминуче, вона застосовує повну гальмівну силу. Це не завжди запобігає аварії. Однак воно часто знижує швидкість удару, пом’якшуючи наслідки для майна та здоров’я.
Адаптивний круїз-контроль (ACC) йде далі. Він підтримує
Невидимі кроки до автономності
Не можна просто з головою поринути у світ безпілотних автомобілів. Це рецепт катастрофи. Пам’ятаєте «Керлайн» Стівена Кінга? Розумний, вбивчий Plymouth Fury? Будемо вдячні, що саме цей кошмар не з’явився на автосалонах до того, як інженери спромоглися розібратися з усіма його особливостями.
Справжнім першим кроком став не робот із кермовим колесом. Цим кроком стало десятиліття 1980-х. А саме – антиблокувальна система гальм (ABS). Ви знаєте цей індикатор. Він блимає на панелі приладів, наче попередження від далекого бога. Технічно ABS, як і раніше, вимагає, щоб ви натискали на педаль. Але вона виконує основну роботу, яку раніше доводилося виконувати вручну.
Без ABS при різкому гальмуванні колеса блокуються. Машина йде в замет. Ви втрачаєте контроль. У старі часи доводилося вручну накачувати гальма, щоб відновити зчеплення. Цю навичку більшість водіїв так і не освоїли. ABS виконує це «накачування» за вас. Швидше. Краще. Набагато краще, ніж будь-коли могла зробити ваша злякана нога. Датчики швидкості на колесах повідомляють системі точно, коли ось-ось відбудеться блокування.
Приблизно через десять років виробники взяли ті ж датчики швидкості на колесах і створили щось розумніше: системи контролю тяги і стійкості. Це не просто оновлення. Це зовсім інша система. Ці системи виявляють початок занесення або перекидання. Потім вони використовують ABS та управління двигуном, щоб утримати автомобіль на дорозі. Перевернутим бути погано. Правильним становищем – добре.
На відміну від людини ці системи можуть гальмувати кожне колесо індивідуально. Вони можуть регулювати передачу потужності для кожного колеса окремо. Нога людини, що давить на педаль, одночасно прикладає зусилля до всіх чотирьох коліс. Часто неефективно. Система не панікує. Вона розраховує.
До 1995 року ваш автомобіль вже був найкращим водієм, ніж ви.
Міський виклик DARPA
Деякі з цих технологій майбутнього ближче, ніж вам здається. Міський виклик DARPA ставить команди один проти одного. Їм потрібно створити автомобілі, які самостійно орієнтуються у дорожньому русі. Йдеться не лише про скорочення заторів чи аварій. Мета глибша.
Агентство передових оборонних досліджень (DARPA) хоче безпілотні транспортні засоби для бойових дій. Тримати солдатів подалі від передової. Менше за ризик. Більше шансів вижити. Ті самі датчики, які запобігають занесення на мокрій трасі, масштабуються для використання в зонах бойових дій.
Майбутнє вже настало.
Ми замінили зловмисні наміри “Христини” на холодний, розважливий рівень безпеки 1980-х та 90-х років. Тепер, у XXI столітті, коли наукова фантастика вплуталася у повсякденні поїздки, безпека до зіткнення перестала бути прерогативою люксового сегменту вартістю чверть мільйона доларів. Для отримання доступу до цих систем вам не потрібна шкіра корінфської вичинки. Вони встановлені у звичайних сімейних автомобілях, тих, оббивка яких приховує плями від соку. Конкретні продажі різняться у різних виробників, але головна філософія ідентична: передбачити удар і підготувати автомобіль до нього ще до того, як ви самі усвідомлюєте, що ось-ось станеться зіткнення.
Розглянемо класичний сценарій: ви виїжджаєте на сліпий поворот і виявляєте сміттєвоз, який повністю перекриває вашу смугу. В автомобілі, оснащеному надійною системою передпідготовки гальмування, сигнал тривоги спрацьовує миттєво. Ви можете завмерти або, що ще гірше, почати проклинати все на світі, не встигнувши натиснути на педаль. Тим часом, автомобіль вже діє. Він готує гальма, знижує крутний момент двигуна для скидання швидкості. Якщо вам вдасться різко натиснути на педаль, ви отримаєте повний гідравлічний тиск негайно, а не м’яку, «ватну» ходову частину, до якої ви звикли. Деякі просунуті версії здатні повністю зупинити автомобіль в автономному режимі, за умови, що швидкість нижча за певний поріг. Якщо зіткнення неминуче, система натягує ремені безпеки та попередньо готує подушки безпеки. Все це відбувається за секунду, необхідну вашому мозку, щоб усвідомити небезпеку і зрушити ногу з місця. Залишається лише питання часу, поки автомобіль не набуде особистість і почне оцінювати ваші рефлекси.
Як системи передпідготовки до аварії передбачають зіткнення
Технології випереджають водія. Поки ви все ще обробляєте візуальну інформацію про вантажівку, датчики вже збудували траєкторію, розрахували швидкість зближення та підготували системи утримання. Це не магія, а злиття даних із датчиків (sensor fusion). Радари, лідори та камери передають дані до бортового комп’ютера, який працює в масштабі часу, що не має відношення до швидкості людської реакції. Ціль полягає не тільки в тому, щоб вижити при зіткненні, але і в пом’якшенні сил, що діють на пасажирів. Попередньо натягуючи ремені безпеки, система гарантує, що пасажир зафіксований у певному положенні, запобігаючи ефекту «слайдингу», коли людина прослизає під ременем під час удару. Знижуючи потужність двигуна, система зменшує дельту-v (зміна швидкості), що безпосередньо корелює з тяжкістю травм. Це пасивна страхова мережа, яка стає активною в ту ж мілісекунду, коли виявлено небезпеку.
Еволюція допомоги при автоматичному паркуванні
Потім є приниження паркування задом вздовж тротуару. Це навичка, яку більшість водіїв так і не освоїли, але вона залишається своєрідним обрядом посвяти. Виробники відповіли появою систем автоматичного паркування, доступних на позашляховиках, компактах та гібридах. Ці системи використовують ультразвукові датчики та камери для сканування доступного місця. Процес є напівавтономним. Водій повинен знайти місце, поставити автомобіль поруч із ним та запустити послідовність дій через екран мультимедійної системи. Після активації автомобіль бере керування кермом на себе. Ви все ще контролюєте гальма та акселератор, готові втрутитися, якщо пішохід вийде на шлях або якщо датчики неправильно інтерпретують бордюр. Це значний крок до повної автономності, що імітує поведінку обережного водія, який зчитує довкілля та реагує відповідним чином.
Управління самостійним паркуванням зі смартфона на прикладі Audi RS7
Audi розвинула цю концепцію далі на прикладі RS7 Sportback. Ця система дозволяє автомобілю паркуватися самостійно без водія всередині. Процес починається із того, що водій під’їжджає до вільного місця. Використовуючи програму на смартфоні, водій дає команду автомобілю знайти місце і заїхати до нього. Потім автомобіль самостійно кермується у вільне місце, поки водій стоїть на тротуарі. Щоб забрати автомобіль, ще одна команда через програму наводить RS7 до місця знаходження водія. Такий рівень автоматизації повністю виключає водія з процесу маневру під час паркування, підкреслюючи зрілість лежачого в основі комплексу датчиків та алгоритмів керування. Це не самостійне керування в найповнішому розумінні цього слова — навігація та прийняття рішень високого рівня, як і раніше, вимагають контролю з боку людини — але це усуває найстресовішу частину міської їзди.
Автомобілі завтрашнього дня. Досі не літають.
Залізо за хайпом
Слухайте, літаючих машин у нас не буде. Майбутнє на колесах виглядає менше як “Сімейка Аддамсів” (або “Джети”), і більше як реквізит із всесвіту Бетмена, що вибухнув, на даху седана. Але це означає, що технології несправжні. Google запускає свою систему Chauffeur ще з 2009 року. Цифри вражають: автопарк проїхав понад 804 672 кілометри (приблизно півмільйона миль) без жодної аварії. Порівняйте це із середньою статистикою для людини: одна аварія на півмільйона миль. Або роботи скоро дадуть збій, або вони просто краще вміють не гинути.
Магія відбувається завдяки лідару (lidar), що розшифровується як light detection and ranging (виявлення та визначення відстані за допомогою світла). Це не має нічого спільного з ліграми (гібридами лева та тигра), незважаючи на те, що може розповісти вам розгублений стажист. Уявіть його як надточного кузена радара. Система випускає 64 обертових лазерних променя, роблячи більше мільйона вимірювань кожну секунду. Це створює тривимірну хмару точок із точністю до сантиметра. Передзавантажені карти обробляють статичний світ — світлофори, стовпи, бордюри — тоді як лідер заповнює хаос: пішоходів, велосипедистів, білок, що заблукали. Цю систему підтримують стандартний радар, камери та GPS.
Чому вам все ще потрібні руки на кермі
Не надягайте поки що маску для сну. Система Chauffeur розумна, але всезнаючою вона не є. Вам все ще потрібно втручатися для виконання певних маневрів. Виїзд із тісного гаража? Це ваше завдання. Навігація по складному транспортному розв’язку, де розмітка незрозуміла чи відсутня? Ви керуєте автомобілем. Програмне забезпечення поки що не може точно інтерпретувати нюанси, наприклад, «виїзд у ліву смугу», якщо знаки заплутані або зовсім відсутні.
Хто купує машину-робота?
Prius в даний час є основним тестовим майданчиком, в основному тому, що він поширений і дешевий в модифікації. Однак обладнання Chauffeur не прив’язане до гібриду Toyota. Його можна встановити практично на будь-який автомобіль, якщо він має бюджет на датчики і обчислювальну потужність, необхідну для запуску програмного забезпечення.
Ось підступ: цінник. В даний час вартість комплекту складає близько 75 000 доларів. Це не та сума, на яку можна наважитися імпульсивно. Google прагне значно знизити витрати, плануючи випуск близько 2018 за ціною, доступною для звичайних людей. До цього часу мрія залишається прототипом високого класу.
Чи легальні та безпечні безпілотні автомобілі?
Популярний інтерес до автомобілів з автопілотом накопичувався десятиліттями. Від KITT у «Людині-підводнику» до Бетмобіля нам продавали ідею машин, які думають. Технології наздоганяють вигадку, але правова база відстає від прошивки.
Регуляторні перешкоди – наступний великий бос. Хоча Каліфорнія дозволяє тестування, широке використання вимагає законодавства лише на рівні кожного штату. Моделі страхування, відповідальність у разі аварії та протоколи кібербезпеки – все це невирішені питання. Чи можна подати до суду алгоритм? Хто винен, якщо датчик вийде з ладу? Це не просто технічні проблеми; це юридичні кошмари, які потрібно розплутати.
Питання безпеки виходять за рамки даних про аварії. Як автомобіль справляється з прикордонними випадками? Що станеться, коли зустріне зону будівництва без чітких знаків? Чи поліцейського, який використовує жести замість світлофорів? Система має інтерпретувати наміри, а не лише об’єкти.
Довіра суспільства — ще один фактор. Люди почуваються комфортно в машинах, які можуть їхати самі, якщо знають, що можуть взяти управління на себе, коли щось піде не так. Повна автономія вимагає стрибка віри, на який багато водіїв поки що не готові.
Технології розвиваються, але дорога попереду вистелена регуляціями, етичними дилемами та людською психологією. Машини можуть бути готові до водіння, але суспільство може бути не готове дозволити їм це робити.
В даний час ви не можете купити напівавтономний автомобіль, щоб самостійно доїхати на ньому додому. Не зовсім. Ви можете лише тестувати їх. Чотири юрисдикції виділили цей вузький правовий простір: Каліфорнія, Невада, Флорида та округ Колумбія. Невада пішла далі, видавши тестовим автомобілям номери зі знаком нескінченності. Це візуальний сигнал про те, що правила досі змінюються.
Національне управління безпеки дорожнього руху (NHTSA) запропонувало деякі керівні принципи. Давайте будемо чесними: вони не мають юридичної сили. Це рекомендації, а чи не закони. Це створює вакуум, який штатні закони намагаються заповнити важко.
Чому старі закони не підходять для нових технологій
Ми не просто розробляємо нові закони. Ми маємо переписувати старі. Поточна правова база передбачає дуже специфічну біологічну конфігурацію: людина з руками на кермі та ногами на педалях. Не естетичний вибір; у багатьох місцях це функціональна вимога.
Візьмемо Нью-Йорк. Закон штату прямо зобов’язує тримати руку на кермі, поки автомобіль перебуває в русі. У “напівавтономного автомобіля”, такого як від Chauffeur, немає рук. Нема рук і його конкурентів. Закон не враховує машини, якою не потрібно триматися, щоб зберігати стійкість.
Проблеми не обмежуються внутрішніми розбіжностями. Ми діємо в рамках Женевської конвенції про дорожній рух, ратифіковану Конгресом США у 1950 році. Це епоха задніх плавців і хрому, а не масивів лідарів і датчиків, що обертаються. Автори цього договору уявляли собі автомобілі, що літають. Вони помилилися у цій частині. Вони не уявили собі автомобіль, що їде сам. Але вони наполягли на одному: водій повинен мати контроль.
Конвенція передбачає, що водій – це людина. Чи не К.І.Т.Т. Чи не алгоритм. Європейський Союз суворо дотримується цієї вимоги. Людина має контролювати ситуацію у будь-який час. Роботам нині заборонено сидіти на місці водія на територіях ЄС.
Хто платить, коли датчик пропускає об’єкт?
Технології розвиваються швидше за законодавство. У міру покращення цих систем питання відповідальності стають все більш заплутаними.
Уявіть ситуацію, коли лазерний масив безпілотного автомобіля не помічає пішохода. Ви спите. Машина наїжджає на нього. Хто відповідає?
- Ви? Власник, який мав бути у свідомості.
- Google? Архітектор програмного забезпечення.
- Виробник лідара? Розробник обладнання.
- Пішохід? Він йшов на проїжджу частину.
Часто наводиться логіка, згідно з якою пішохід мав уважно дивитися на автомобіль, уражений його футуристичними можливостями, повністю усвідомлюючи його траєкторію та місцезнаходження. Досить свідомо, щоб не опинитися під ним.
Чи це справедливим правовим стандартом? Мабуть, ні.
Хто в результаті відповідає, коли рішення приймає машина? Покаже час. Але історія підказує, що пішохода не визнають винним просто тому, що він не був вражений вашим автономним автомобілем.
Google не тримає всі козирі в рукаві, коли йдеться про безпілотні автомобілі. Автомобільна індустрія сповнена альтернативами, кожна з яких пропонує свій власний графік, коли ваш автомобіль почне виконувати основну роботу. Ми спостерігаємо картину, на якій кілька великих гравців змагаються у тому, щоб вивести напівавтономні автомобілі на дороги протягом наступного десятиліття.
Це вже не лише один технологічний гігант. Це боротьба між традиційними люксовими брендами та технологічно просунутими виробниками. Ось ті, хто справді створює ці машини, а не просто говорить про них.
Ранні послідовники та їх обмеження
BMW була однією з перших на цій сцені. BMW X5 2014 оснащувалась системою Traffic Jam Assist. Це не було повною автономією. Система могла справлятися з повільним рухом шосе на швидкостях до 25 миль/год (40,2 км/год). Але не варто плутати це зі свободою. Водій досі мав тримати спрямовуючу руку на кермі. Це була милиця, а не заміна.
Потім йде Tesla. Обіцянка була сміливою: автомобіль, що працює в режимі автопілота 90 відсотків часу. Вони планували запуск до 2016 року. Але є нюанс: юридичне схвалення. Якщо закони не зміняться, технологія не матиме значення. Це класичний випадок, коли інженерія випереджає законодавство.
Люксові традиційні гравці
Mercedes-Benz викликала фурор на Франкфуртському автосалоні 2013 року. Вони презентували прототип S500 Intelligent Drive. Твердження було конкретним: версія для споживачів вийде на ринок до 2020 року. То був не просто концепт. То була дорожня карта.
Audi вибрала інший підхід на Міжнародній виставці споживчої електроніки 2013 року. Вони продемонстрували Audi A6 Avant, оснащену системою Mobileye. Цей автомобіль міг їхати сам собою на швидкостях до 37 миль/год (59,6 км/ч). Audi прогнозувала появу цієї можливості в салонах до 2020 року, наголошуючи на допомозі на шосе, а не на навігації в місті.
Nissan зробила ставку на електрику. Вони розібрали повністю електричний LEAF та оснастили його лазерами та датчиками. Карлос Гон, тодішній глава Nissan, дав конкретне прогнозування. Він стверджував, що цей електромобіль стане першим напівавтономним автомобілем, який дійсно вийде на ринок. Його цільова дата? 2020 рік.
Застерігаюча історія про автоматичне паркування
Перш ніж занадто захоплюватися кермами, які повертаються власними силами, згадайте середину 2000-х. Ви бачили рекламні ролики. Великий чорний седан без участі людини вставав між двома баштами із шампанських келихів. Це був Lexus LS460 2007 року. Він оснащувався першою серійною системою автоматичного паркування.
У рекламі це було як магія. Насправді це відчувалося незграбно. Система була визнана надто громіздкою для повсякденного використання. Lexus припинив випуск цієї функції після модельного року 2012. Це довело, що просто тому, що ви можете автоматизувати завдання, це не означає, що споживачі захочуть нею користуватися.
Де ми зараз?
Графік змістився. Обіцянки 2020 року від Mercedes, Audi та Nissan були оптимістичними. Деякі матеріалізувалися в обмежених формах. Інші зникли. Перегони не зупинилися; вона просто стала складнішою. Ми перейшли від питання «якщо» до «як». Технологія існує. Інфраструктура
