Jesteś zajęty rozwiązywaniem wielu problemów. W bagażniku znajduje się pralnia chemiczna. Musimy dotrzeć na pocztę, zanim zamkną się drzwi. Twój umysł jest zajęty listą zakupów na kolację, a nie tą najdroższą. I nagle włączają się światła stopu. Nie masz czasu na reakcję. Kolizja.
Takie scenariusze mają miejsce każdego dnia, ponieważ ludzka uwaga jest krucha. Rozpraszają nas telefony, ekrany multimediów i coraz bardziej złożony ruch uliczny. Błąd kierowcy pozostaje główną przyczyną wypadków. Jednak poleganie na ludzkiej czujności w chaotycznym środowisku staje się coraz mniej skuteczne. Producenci samochodów tworzą systemy, które monitorują drogę za Ciebie. To nie są tylko futurystyczne koncepcje. Funkcje takie jak automatyczne hamowanie awaryjne i adaptacyjny tempomat są już instalowane w samochodach produkcyjnych. Nawet starsze modele mogą mieć technologię zapobiegania kolizjom ukrytą w wiązkach przewodów.
To przesunięcie jest oczywiste. Samochody odchodzą od roli transportu pasywnego do statusu aktywnych partnerów bezpieczeństwa. Wkraczamy w erę, w której komputer monitoruje drogę, więc Ty nie musisz. W tym artykule przyjrzymy się sprzętowi i oprogramowaniu, które sprawiają, że pojazdy autonomiczne są bezpieczne. Przyjrzymy się, jak działają te technologie, jaka jest ich obecna gotowość do masowej produkcji i jakie bariery regulacyjne stoją na ich drodze.
Зміст
Sprzęt odpowiedzialny za percepcję
Skąd samochód wie, że musi się zatrzymać, zanim uderzy w samochód poprzedzający? Wszystko zaczyna się od percepcji. Pojazd potrzebuje widoku wokół siebie w zakresie 360 stopni, stale aktualizując swoje położenie względem innych obiektów.
Większość nowoczesnych systemów bezpieczeństwa pojazdów autonomicznych opiera się na połączeniu czujników. Żaden indywidualny czujnik nie jest idealny. Każdy ma słabe punkty i ograniczenia, w zależności od środowiska. Łącząc dane, samochód tworzy rzetelny obraz rzeczywistości.
- LiDAR (wykrywanie optyczne i określanie zasięgu) : wykorzystuje impulsy laserowe do tworzenia bardzo dokładnej mapy 3D środowiska. Wykrywa obiekty z dużą dokładnością nawet przy słabym oświetleniu. Jednak ulewny deszcz lub mgła mogą rozproszyć wiązki lasera, zmniejszając skuteczność.
- Radar (wykrywanie i określanie zasięgu radaru) : Emituje fale radiowe w celu pomiaru odległości i prędkości obiektów. Świetnie sprawdza się przy złej pogodzie i świetnie sprawdza się w adaptacyjnym tempomacie. Ma jednak trudności z identyfikacją kształtu lub rodzaju przedmiotu.
- Kamery : Podaj dane wizualne. Rozpoznają oznakowanie drogowe, znaki drogowe i kolory (światło czerwone lub zielone). Wymagają znacznych zasobów obliczeniowych i mogą zostać oślepione przez bezpośrednie światło słoneczne lub odblaski.
- Czujniki ultradźwiękowe : Czujniki krótkiego zasięgu używane głównie do parkowania i manewrowania przy małych prędkościach. Wykrywają przeszkody bezpośrednio wokół pojazdu.
Komputer centralny przetwarza ten strumień danych. Filtruje hałas. Przewiduje trajektorie. Jeśli obliczy kurs kolizyjny, interweniuje. W tym miejscu technologia przechodzi od obserwacji do działania.
Od zapobiegania do interwencji
Wczesne systemy po prostu piszczały. Ostrzegali cię. Jeśli zignorowałeś sygnał, zostałeś sam z problemem. Nowoczesne systemy bezpieczeństwa pojazdów autonomicznych przejmują kontrolę. To jest aktywna interwencja.
Najpopularniejsze zastosowanie to automatyczne hamowanie awaryjne (AEB). Kiedy system wykryje nieuchronne zderzenie czołowe (lub zderzenie tylne), najpierw ostrzega kierowcę. Jeśli nie ma reakcji, wstępnie przygotowuje hamulce. Jeżeli kolizja jest nadal nieuchronna, następuje zastosowanie pełnej siły hamowania. Nie zawsze zapobiega to wypadkowi. Często jednak zmniejsza prędkość uderzenia, łagodząc skutki dla mienia i zdrowia.
Aktywny tempomat (ACC) idzie dalej. Wspiera
Niewidoczne kroki w kierunku autonomii
Nie można od razu wskoczyć do świata samochodów autonomicznych. To jest przepis na katastrofę. Pamiętacie Carline Stephena Kinga? Świadomy, zabójczy Plymouth Fury? Bądźmy wdzięczni, że ten konkretny koszmar nie pojawił się na salonach samochodowych, zanim inżynierowie zdołali odkryć wszystkie jego funkcje.
Prawdziwym pierwszym krokiem nie był robot z kierownicą. Tym krokiem była dekada lat 80. Mianowicie układ przeciwblokujący (ABS). Znasz ten wskaźnik. Miga na desce rozdzielczej jak ostrzeżenie od odległego boga. Technicznie rzecz biorąc, ABS nadal wymaga wciśnięcia pedału. Wykonuje jednak większość pracy, którą wcześniej trzeba było wykonywać ręcznie.
Bez ABS koła blokują się podczas gwałtownego hamowania. Samochód wpada w poślizg. Tracisz kontrolę. W dawnych czasach trzeba było ręcznie pompować hamulce, aby odzyskać przyczepność. Większość kierowców nigdy nie opanowała tej umiejętności. ABS wykonuje to pompowanie za Ciebie. Szybciej. Lepsza. Znacznie lepiej, niż kiedykolwiek byłaby w stanie zrobić to twoja przestraszona stopa. Czujniki prędkości kół informują system dokładnie o zbliżającym się zablokowaniu.
Około dziesięć lat później producenci wykorzystali te same czujniki prędkości kół i stworzyli coś mądrzejszego: systemy kontroli trakcji i stabilności. To nie jest tylko aktualizacja. To jest zupełnie inny system. Systemy te wykrywają początek poślizgu lub przewrócenia się pojazdu. Następnie wykorzystują ABS i sterowanie silnikiem, aby utrzymać samochód na drodze. Bycie do góry nogami jest złe. Właściwa pozycja jest dobra.
W przeciwieństwie do ludzi, systemy te mogą hamować każde koło z osobna. Mogą regulować dostarczanie mocy na każde koło indywidualnie. Stopa osoby naciskającej na pedał jednocześnie wywiera siłę na wszystkie cztery koła. Często nieskuteczne. System nie wpada w panikę. Ona liczy.
W 1995 roku Twój samochód był już lepszym kierowcą od Ciebie.
Miejskie wyzwanie DARPA
Niektóre z tych przyszłych technologii są bliżej niż myślisz. W DARPA Urban Challenge zespoły rywalizują ze sobą. Muszą stworzyć samochody, które samodzielnie poruszają się po ruchu. Nie chodzi tylko o zmniejszenie zatorów komunikacyjnych i wypadków. Cel jest głębszy.
Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) poszukuje pojazdów bez kierowcy do walki. Trzymaj żołnierzy z dala od linii frontu. Mniejsze ryzyko. Większe szanse na przeżycie. Te same czujniki, które zapobiegają poślizgowi na mokrych drogach, są rozbudowywane do użytku w strefach działań bojowych.
Przyszłość już nadeszła.
Zastąpiliśmy złośliwe zamiary Christiny zimnym, wyrachowanym bezpieczeństwem z lat 80. i 90. XX wieku. Teraz, w XXI wieku, kiedy fantastyka naukowa jest wpleciona w codzienne podróże, bezpieczeństwo przedkolizyjne nie jest już domeną segmentu luksusowego wartego ćwierć miliona dolarów. Aby uzyskać dostęp do tych systemów, nie potrzebujesz skóry korynckiej. Montuje się je w zwykłych samochodach rodzinnych, takich, których tapicerka kryje plamy po soku. Konkretne wdrożenia różnią się w zależności od producenta, ale podstawowa filozofia jest taka sama: przewiduj uderzenie i przygotuj na nie swój pojazd, zanim w ogóle zorientujesz się, że to nastąpi.
Rozważmy klasyczny scenariusz: skręcasz w ciemno i widzisz śmieciarkę całkowicie blokującą Twój pas. W samochodzie wyposażonym w niezawodny system wstępnego przygotowania hamulców alarm włącza się natychmiast. Możesz zamarznąć lub, co gorsza, zacząć przeklinać wszystko na świecie, zanim jeszcze naciśniesz pedał. Tymczasem auto już działa. Przygotowuje hamulce i zmniejsza moment obrotowy silnika do zwolnienia. Jeśli uda ci się mocno wcisnąć pedał, natychmiast uzyskasz pełne ciśnienie hydrauliczne, a nie cichą jazdę, do której jesteś przyzwyczajony. Niektóre zaawansowane wersje są w stanie całkowicie zatrzymać samochód w trybie autonomicznym, pod warunkiem, że prędkość spadnie poniżej określonego progu. Jeżeli kolizja jest nieunikniona, system napina pasy bezpieczeństwa i przygotowuje poduszki powietrzne. Wszystko to dzieje się w ułamku sekundy, w którym Twój mózg rozpoznaje niebezpieczeństwo i porusza stopą. To tylko kwestia czasu, aż samochód nabierze osobowości i zacznie oceniać Twój refleks.
Jak systemy chroniące przed zderzeniem przewidują kolizje
Technologia wyprzedza kierowcę. Podczas gdy Ty nadal przetwarzasz informacje wizualne o ciężarówce, czujniki wykreśliły już trajektorię, obliczyły prędkość zamykania i przygotowały systemy zabezpieczające. To nie magia, ale fuzja czujników. Radary, lidary i kamery przekazują dane do komputera pokładowego, który działa w skali czasu niezwiązanej z szybkością reakcji człowieka. Celem jest nie tylko przetrwanie kolizji, ale także złagodzenie sił działających na pasażerów. Dzięki wstępnemu naprężeniu pasów bezpieczeństwa system zapewnia zabezpieczenie pasażera w określonej pozycji, zapobiegając efektowi „poślizgu”, gdy osoba wsuwa się pod pas podczas uderzenia. Zmniejszając moc silnika, system zmniejsza delta-v (zmianę prędkości), co bezpośrednio koreluje z ciężkością obrażeń. Jest to pasywna sieć bezpieczeństwa, która staje się aktywna już w milisekundach od wykrycia niebezpieczeństwa.
Ewolucja automatycznego wspomagania parkowania
Do tego dochodzi jeszcze bezczelność parkowania tyłem na chodniku. Jest to umiejętność, której większość kierowców nigdy nie opanuje, ale pozostaje czymś w rodzaju rytuału przejścia. Producenci odpowiedzieli, wprowadzając automatyczne systemy parkowania dostępne w SUV-ach, kompaktach i hybrydach. Systemy te wykorzystują czujniki ultradźwiękowe i kamery do skanowania dostępnej przestrzeni. Proces jest półautonomiczny. Kierowca musi znaleźć miejsce, zaparkować obok niego samochód i zainicjować sekwencję czynności poprzez ekran systemu multimedialnego. Po włączeniu samochód przejmuje kontrolę nad kierownicą. Nadal masz kontrolę nad hamulcami i pedałem przyspieszenia i jesteś gotowy do interwencji, jeśli pieszy wejdzie na ścieżkę lub jeśli czujniki błędnie zinterpretują krawężnik. To znaczący krok w kierunku pełnej autonomii, naśladujący zachowanie uważnego kierowcy, który czyta otoczenie i odpowiednio reaguje.
Zarządzanie parkowaniem własnym ze smartfona na przykładzie Audi RS7
Audi rozwinęło tę koncepcję w modelu RS7 Sportback. System, zademonstrowany na targach Consumer Electronics Show 2013, umożliwia automatyczne zaparkowanie samochodu bez kierowcy w środku. Proces rozpoczyna się od podjechania kierowcy do wolnego miejsca. Za pomocą aplikacji na smartfonie kierowca wydaje polecenia samochodowi, aby znalazł lokalizację i ją wprowadził. Następnie samochód sam wjeżdża na puste miejsce, a kierowca stoi na chodniku. Aby odebrać samochód, kolejne polecenie wydane w aplikacji powoduje, że RS7 znajduje się na miejscu kierowcy. Ten poziom automatyzacji całkowicie odsuwa kierowcę od manewru parkowania, podkreślając dojrzałość podstawowych czujników i algorytmów sterujących. Nie jest to jazda autonomiczna w pełnym tego słowa znaczeniu – nawigacja i podejmowanie decyzji na wysokim szczeblu nadal wymagają kontroli ze strony człowieka – ale eliminuje najbardziej stresującą część jazdy po mieście.
Samochody jutra. Nadal nie latam.
Sprzęt stojący za szumem
Słuchaj, nie będziemy mieć latających samochodów. Przyszłość na kołach nie przypomina „Rodziny Addamsów” (lub „Jetsów*”), a raczej eksplodującego rekwizytu Batmana na dachu sedana. Ale to nie znaczy, że ta technologia nie jest prawdziwa. Google korzysta z systemu Chauffeur od 2009 roku. Liczby są imponujące: flota przejechała ponad 804 672 km (około pół miliona mil) bez ani jednego wypadku. Porównaj to ze średnią statystyką ludzką: jeden wypadek na pół miliona mil. Albo roboty wkrótce zawiodą, albo po prostu lepiej im jest nie umierać.
Magia dzieje się dzięki lidar (lidar), który oznacza wykrywanie i określanie odległości za pomocą światła. Nie ma to nic wspólnego z lygrysami (hybrydami lwa i tygrysa), pomimo tego, co mógłby ci powiedzieć zdezorientowany stażysta. Pomyśl o tym jak o ultraprecyzyjnym kuzynie radaru. System emituje 64 wirujące wiązki laserowe, dokonując ponad miliona pomiarów na sekundę. Tworzy to chmurę punktów 3D z dokładnością do centymetra. Fabrycznie załadowane mapy obsługują statyczny świat – sygnalizację świetlną, słupy, krawężniki – podczas gdy lidar wypełnia chaos: piesi, rowerzyści, zagubione wiewiórki. System ten wspierany jest przez standardowy radar, kamery i GPS.
Dlaczego nadal potrzebujesz rąk na kierownicy
Nie zakładaj jeszcze maski do spania. System szoferów jest inteligentny, ale nie jest wszechwiedzący. Nadal musisz interweniować, aby wykonać określone manewry. Wyjeżdżasz z ciasnego garażu? To jest twoje zadanie. Poruszasz się po skomplikowanym skrzyżowaniu, na którym oznakowania są niejasne lub ich brakuje? Prowadzisz samochód. Oprogramowanie nie jest jeszcze w stanie dokładnie zinterpretować niuansów, takich jak „wjazd na lewy pas”, jeśli znaki są mylące lub w ogóle ich nie ma.
Kto kupuje samochód robota?
Prius jest obecnie głównym stanowiskiem testowym, głównie dlatego, że jest powszechny i tani w modyfikacjach. Jednakże osprzęt szofera nie jest powiązany z hybrydą Toyoty. Można go zainstalować w prawie każdym samochodzie, o ile ma budżet na czujniki i moc obliczeniową niezbędną do uruchomienia oprogramowania.
Oto haczyk: cena. Zestaw kosztuje obecnie około 75 000 dolarów. Nie jest to kwota, na którą można decydować impulsywnie. Google dąży do znacznego obniżenia kosztów, planując wydanie około 2018 roku w cenie, na którą mogą sobie pozwolić zwykli ludzie. Do tego czasu marzeniem pozostaje prototyp z najwyższej półki.
Czy samochody autonomiczne są legalne i bezpieczne?
Zainteresowanie samochodami autonomicznymi rośnie od dziesięcioleci. Od KITT-a w Submarinerze po Batmobil – wmówiono nam ideę myślących maszyn. Technologia dogania fikcję, ale ramy prawne pozostają w tyle za oprogramowaniem sprzętowym.
Przeszkody regulacyjne to kolejny wielki szef. Chociaż Kalifornia pozwala na testowanie, powszechne wdrożenie wymaga ustawodawstwa na poziomie stanowym. Modele ubezpieczeń, odpowiedzialność za wypadki i protokoły cyberbezpieczeństwa to nierozwiązane kwestie. Czy można pozwać algorytm? Kto jest winny awarii czujnika? To nie tylko problemy techniczne; są to prawne koszmary, które należy rozwikłać.
Kwestie bezpieczeństwa wykraczają poza dane dotyczące wypadków. Jak samochód radzi sobie z przypadkami Edge? Co się stanie, gdy napotka strefę budowy bez wyraźnych znaków? Albo policjant używający sygnałów ręcznych zamiast sygnalizacji świetlnej? System musi interpretować intencje, a nie tylko obiekty.
Zaufanie publiczne to kolejny czynnik. Ludzie czują się komfortowo w samochodach, które mogą samodzielnie prowadzić, jeśli wiedzą, że mogą przejąć kontrolę, gdy coś pójdzie nie tak. Pełna autonomia wymaga skoku wiary, na który wielu kierowców nie jest jeszcze gotowych.
Technologie się rozwijają, ale droga przed nami jest wybrukowana przepisami, dylematami etycznymi i psychologią człowieka. Samochody mogą być gotowe do jazdy, ale społeczeństwo może nie być gotowe, aby im na to pozwolić.
Obecnie nie można kupić samochodu półautonomicznego i samodzielnie dojechać nim do domu. Nie bardzo. Można je jedynie testować. Tę wąską przestrzeń prawną wyznaczyły cztery jurysdykcje: Kalifornia, Nevada, Floryda i Dystrykt Kolumbii. Nevada poszła dalej, wydając tablice rejestracyjne ze znakiem nieskończoności w celu testowania samochodów. To wizualny sygnał, że zasady wciąż się zmieniają.
Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA) zaproponowała pewne wytyczne. Powiedzmy sobie szczerze: nie mają one mocy prawnej. To są wytyczne, a nie przepisy. Tworzy to próżnię, którą przepisy stanowe z trudem wypełniają.
Dlaczego stare przepisy nie pasują do nowych technologii
Nie tylko opracowujemy nowe prawa. Musimy przepisać stare. Obecne ramy prawne zakładają bardzo specyficzną konfigurację biologiczną: osoba z rękami na kierownicy i stopami na pedałach. To nie jest wybór estetyczny; w wielu miejscach jest to wymóg funkcjonalny.
Weźmy Nowy Jork. Prawo stanowe wyraźnie wymaga, aby trzymać rękę na kierownicy, gdy pojazd jest w ruchu. Samochód półautonomiczny taki jak ten z Szofera nie ma ramion. Jego konkurenci też nie mają rąk. Prawo nie uwzględnia samochodu, którego nie trzeba trzymać, aby zachować stabilność.
Problemy nie ograniczają się do podziałów wewnętrznych. Działamy w ramach Konwencji Genewskiej o ruchu drogowym, ratyfikowanej przez Kongres USA w 1950 roku. To era tylnych stateczników i chromu, a nie lidarów i czujników obrotowych. Autorzy tego traktatu wyobrażali sobie latające samochody. Źle zrozumieli tę część. Nie wyobrażali sobie samochodu, który sam się prowadzi. Ale nalegali na jedno: kierowca musi mieć kontrolę.
Konwencja zakłada, że kierowcą jest człowiek. Nie K.I.T.T. Nie algorytm. Unia Europejska ściśle przestrzega tego wymogu. Osoba musi przez cały czas kontrolować sytuację. Na terytoriach UE roboty nie mogą obecnie zajmować miejsca kierowcy.
Kto płaci, gdy czujnik nie zauważy obiektu?
Technologie rozwijają się szybciej niż ustawodawstwo. W miarę ulepszania tych systemów kwestie odpowiedzialności stają się coraz bardziej złożone.
Wyobraźmy sobie sytuację, w której układ laserowy autonomicznego samochodu nie zauważa pieszego. Ty śpisz. Samochód przejeżdża po nim. Kto jest odpowiedzialny?
- Ty? Właściciel, który powinien być przytomny.
- Google? Architekt oprogramowania.
- Producent Lidaru? Twórca sprzętu.
- Pieszy? Wszedł na jezdnię.
Często podaje się logikę, że pieszy patrzył na samochód, zdumiony jego futurystycznymi możliwościami, w pełni świadomy jego trajektorii i położenia. Wystarczająco świadomy, żeby nie być pod tym.
Czy jest to sprawiedliwy standard prawny? Prawdopodobnie nie.
Kto jest ostatecznie odpowiedzialny za podejmowanie decyzji przez maszynę? Czas pokaże. Historia sugeruje jednak, że pieszy nie zostanie uznany za winnego tylko dlatego, że nie zrobił na nim wystarczającego wrażenia Twoim autonomicznym samochodem.
Google nie ma wszystkich kart w rękawie, jeśli chodzi o samochody autonomiczne. Przemysł motoryzacyjny jest pełen alternatyw, a każda z nich oferuje własny harmonogram, kiedy Twój samochód zacznie wykonywać większość pracy. Widzimy obraz kilku dużych graczy konkurujących o wprowadzenie samochodów półautonomicznych na drogi w ciągu następnej dekady.
To już nie jest tylko jeden technologiczny gigant. To walka tradycyjnych marek luksusowych z zaawansowanymi technologicznie producentami. To oni faktycznie tworzą te maszyny, a nie tylko o nich mówią.
Pierwsi użytkownicy i ich ograniczenia
BMW było jednym z pierwszych na tej scenie. BMW X5 2014 zostało wyposażone w asystenta jazdy w korkach. Nie była to pełna autonomia. System mógł obsługiwać powolny ruch na autostradzie z prędkością do 25 mil na godzinę (40,2 km / h). Ale nie należy tego mylić z wolnością. Kierowca nadal musiał trzymać rękę na kierownicy. To była kula, a nie zamiennik.
Następna jest Tesla. Obietnica była odważna: samochód, który przez 90 procent czasu działał w trybie autopilota. Planowali wystartować do 2016 roku. Ale jest niuans: zgoda prawna. Jeśli przepisy się nie zmienią, technologia nie będzie miała znaczenia. Jest to klasyczny przypadek inżynierii wyprzedzającej ustawodawstwo.
Luksusowi tradycyjni gracze
Mercedes-Benz zrobił furorę podczas Salonu Samochodowego we Frankfurcie w 2013 roku. Zaprezentowali prototyp inteligentnego napędu S500. Stwierdzenie było konkretne: wersja konsumencka pojawi się na rynku do 2020 roku. To nie była tylko koncepcja. To była mapa drogowa.
Podczas targów Consumer Electronics Show 2013 Audi zastosowało inne podejście. Zademonstrowali Audi A6 Avant wyposażone w system Mobileye. Samochód ten mógł samodzielnie poruszać się z prędkością do 59,6 km/h. Audi przewidziało, że taka funkcja pojawi się w salonach do 2020 roku, z naciskiem na wspomaganie autostrad, a nie nawigację miejską.
Nissan stawia na prąd. Rozebrali całkowicie elektrycznego LEAF-a i wyposażyli go w lasery i czujniki. Carlos Ghosn, ówczesny szef Nissana, przedstawił konkretną prognozę. Twierdził, że ten samochód elektryczny będzie pierwszym samochodem półautonomicznym, który faktycznie trafi na rynek. Jego docelowa data? 2020
Przestroga o automatycznym parkowaniu
Zanim za bardzo zachwycisz się kierownicami, które same się obracają, cofnij się pamięcią do połowy 2000 roku. Widziałeś reklamy. Duży czarny sedan stał bez interwencji człowieka pomiędzy dwiema wieżami kieliszków do szampana. Był to Lexus LS460 z 2007 roku. Został wyposażony w pierwszy seryjny system automatycznego parkowania.
W reklamie wyglądało to jak magia. W rzeczywistości było to niezręczne. System uznano za zbyt uciążliwy w codziennym użytkowaniu. Lexus zaprzestał stosowania tej funkcji po roku modelowym 2012. To udowodniło, że to, że możesz zautomatyzować zadanie, nie oznacza, że konsumenci będą chcieli z niego korzystać.
Gdzie teraz jesteśmy?
Harmonogram uległ zmianie. Obietnice Mercedesa, Audi i Nissana na rok 2020 były optymistyczne. Niektóre zmaterializowały się w ograniczonych formach. Inne zniknęły. Wyścig się nie zatrzymał; stało się to po prostu bardziej skomplikowane. Przeszliśmy od pytania „czy” do pytania „jak”. Technologia istnieje. Infrastruktura
