Вы заняты решением множества задач. В багажнике — химчистка. Нужно успеть в почтовое отделение, пока двери не закрылись. Ваш ум занят списком покупок на ужин, а не дорогой. И вдруг загораются стоп-сигналы. Вы не успеваете среагировать. Столкновение.
Такие сценарии разыгрываются ежедневно, потому что человеческое внимание хрупко. Мы отвлекаемся на телефоны, мультимедийные экраны и всё более сложные дорожные потоки. Ошибка водителя остаётся основной причиной аварий. Однако полагаться на бдительность человека в хаотичной обстановке становится всё менее эффективным. Автопроизводители создают системы, которые наблюдают за дорогой за вас. Это не просто футуристические концепции. Такие функции, как автоматическое экстренное торможение и адаптивный круиз-контроль, уже установлены в серийных автомобилях. Даже в более старых моделях может быть заложена базовая технология предотвращения столкновений, скрытая в жгутах проводов.
Этот сдвиг очевиден. Автомобили переходят от роли пассивного транспорта к статусу активных партнёров по безопасности. Мы вступаем в эпоху, когда компьютер следит за дорогой, чтобы вам не приходилось это делать. В этой статье мы разберём аппаратное и программное обеспечение, обеспечивающее безопасность автономных транспортных средств. Мы рассмотрим, как работают эти технологии, какова их текущая готовность к массовому производству и какие регуляторные барьеры стоят на их пути.
Зміст
Аппаратное обеспечение, лежащее в основе восприятия
Как автомобиль понимает, что нужно остановиться, прежде чем врезаться в машину впереди? Всё начинается с восприятия. Транспортному средству нужен обзор на 360 градусов вокруг себя, постоянно обновляющий его положение относительно других объектов.
Большинство современных систем безопасности автономных транспортных средств полагаются на подход слияния данных с различных датчиков (sensor fusion). Ни один отдельный датчик не идеален. У каждого есть слепые зоны и ограничения в зависимости от окружающей среды. Объединяя данные, автомобиль формирует надёжную картину реальности.
- LiDAR (оптическое обнаружение и определение расстояния) : Использует лазерные импульсы для создания высокоточной 3D-карты окружающей среды. Он обнаруживает объекты с высокой точностью даже при слабом освещении. Однако сильный дождь или туман могут рассеивать лазерные лучи, снижая эффективность.
- Радар (радиолокационное обнаружение и определение расстояния) : Излучает радиоволны для измерения расстояния и скорости объектов. Он хорошо работает в плохую погоду и отлично подходит для адаптивного круиз-контроля. Однако ему сложно определить форму или тип объекта.
- Камеры : Предоставляют визуальные данные. Они распознают разметку на дороге, дорожные знаки и цвета (красный или зелёный свет). Они требуют значительных вычислительных ресурсов и могут быть ослеплены прямыми солнечными лучами или бликами.
- Ультразвуковые датчики : Датчики короткого радиуса действия, используемые в основном для парковки и маневрирования на низких скоростях. Они обнаруживают препятствия непосредственно вокруг автомобиля.
Центральный компьютер обрабатывает этот поток данных. Он фильтрует шум. Он прогнозирует траектории. Если он вычисляет курс на столкновение, он вмешивается. Именно здесь технология переходит от наблюдения к действию.
От предупреждения к вмешательству
Ранние системы просто подавали звуковой сигнал. Они предупреждали вас. Если вы игнорировали сигнал, то оставались один на один с проблемой. Современные системы безопасности автономных транспортных средств берут управление на себя. Это активное вмешательство.
Автоматическое экстренное торможение (AEB) — самое распространённое применение. Когда система обнаруживает неизбежное лобовое столкновение (или столкновение сзади), она сначала предупреждает водителя. Если реакции не последовало, она предварительно подготавливает тормоза. Если столкновение всё ещё неизбежно, она применяет полную тормозную силу. Это не всегда предотвращает аварию. Однако оно часто снижает скорость удара, смягчая последствия для имущества и здоровья.
Адаптивный круиз-контроль (ACC) идёт дальше. Он поддерживает
Невидимые шаги к автономности
Нельзя просто с головой окунуться в мир беспилотных автомобилей. Это рецепт катастрофы. Помните «Кэрлайн» Стивена Кинга? Разумный, убийственный Plymouth Fury? Будем благодарны, что именно этот кошмар не появился на автосалонах до того, как инженеры смогли разобраться со всеми его особенностями.
Настоящим первым шагом стал не робот с рулевым колесом. Этим шагом стало десятилетие 1980-х годов. А именно — антиблокировочная система тормозов (ABS). Вы знаете этот индикатор. Он мигает на приборной панели, словно предупреждение от далёкого бога. Технически ABS по-прежнему требует, чтобы вы нажимали на педаль. Но она выполняет основную работу, которую раньше приходилось делать вручную.
Без ABS при резком торможении колеса блокируются. Машина уходит в занос. Вы теряете контроль. В старые времена приходилось вручную «накачивать» тормоза, чтобы восстановить сцепление. Этот навык большинство водителей так и не освоили. ABS выполняет эту «накачку» за вас. Быстрее. Лучше. Гораздо лучше, чем когда-либо могла сделать ваша испуганная нога. Датчики скорости на колёсах сообщают системе точно, когда вот-вот произойдёт блокировка.
Примерно через десять лет производители взяли те же самые датчики скорости на колёсах и создали что-то более умное: системы контроля тяги и устойчивости. Это не просто обновление. Это совершенно иная система. Эти системы обнаруживают начало заноса или опрокидывания. Затем они используют ABS и управление двигателем, чтобы удержать автомобиль на дороге. Перевёрнутым быть плохо. Правильным положением — хорошо.
В отличие от человека, эти системы могут тормозить каждое колесо индивидуально. Они могут регулировать передачу мощности для каждого колеса по отдельности. Нога человека, давящая на педаль, одновременно прикладывает усилие ко всем четырём колёсам. Часто неэффективно. Система не паникует. Она рассчитывает.
К 1995 году ваш автомобиль уже был лучшим водителем, чем вы.
Городской вызов DARPA
Некоторые из этих технологий будущего ближе, чем вам кажется. Городской вызов DARPA ставит команды друг против друга. Им нужно создать автомобили, которые самостоятельно ориентируются в дорожном движении. Речь идёт не только о сокращении заторов или аварий. Цель глубже.
Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) хочет беспилотные транспортные средства для боевых действий. Держать солдат подальше от передовой. Меньше риска. Больше шансов выжить. Те же самые датчики, которые предотвращают занос на мокрой трассе, масштабируются для использования в зонах боевых действий.
Будущее уже наступило.
Мы заменили злонамеренные намерения Кристины на холодный, расчетливый уровень безопасности 1980-х и 90-х годов. Теперь, в XXI веке, когда научная фантастика вплелась в повседневные поездки, безопасность до столкновения перестала быть прерогативой люксового сегмента стоимостью в четверть миллиона долларов. Для получения доступа к этим системам вам не нужна кожа коринфской выделки. Они установлены в обычных семейных автомобилях, тех самых, обивка которых скрывает пятна от сока. Конкретные реализации различаются у разных производителей, но основная философия идентична: предвосхитить удар и подготовить автомобиль к нему еще до того, как вы сами осознаете, что вот-вот произойдет столкновение.
Рассмотрим классический сценарий: вы выезжаете на слепой поворот и обнаруживаете мусоровоз, полностью перекрывающий вашу полосу. В автомобиле, оснащенном надежной системой предподготовки торможения, сигнал тревоги срабатывает мгновенно. Вы можете замереть или, что еще хуже, начать проклинать всё на свете, не успев нажать на педаль. Тем временем автомобиль уже действует. Он подготавливает тормоза, снижает крутящий момент двигателя для сброса скорости. Если вам удастся резко нажать на педаль, вы получите полное гидравлическое давление немедленно, а не ту мягкую, «ватную» ходовую часть, к которой вы привыкли. Некоторые продвинутые версии способны полностью остановить автомобиль в автономном режиме, при условии, что скорость ниже определенного порога. Если столкновение неизбежно, система натягивает ремни безопасности и предварительно подготавливает подушки безопасности. Всё это происходит за долю секунды, необходимую вашему мозгу, чтобы осознать опасность и сдвинуть ногу с места. Остается лишь вопрос времени, пока автомобиль не обретет личность и начнет оценивать ваши рефлексы.
Как системы предподготовки к аварии предвосхищают столкновения
Технологии опережают водителя. Пока вы все еще обрабатываете визуальную информацию о грузовике, датчики уже построили траекторию, рассчитали скорость сближения и подготовили системы удержания. Это не магия, а слияние данных с датчиков (sensor fusion). Радары, лидары и камеры передают данные в бортовой компьютер, который работает в масштабе времени, не имеющем отношения к скорости человеческой реакции. Цель состоит не только в том, чтобы выжить при столкновении, но и в смягчении сил, действующих на пассажиров. Предварительно натягивая ремни безопасности, система гарантирует, что пассажир зафиксирован в определенном положении, предотвращая эффект «слайдинга», когда человек проскальзывает под ремнем во время удара. Снижая мощность двигателя, система уменьшает дельту-v (изменение скорости), что напрямую коррелирует с тяжестью травм. Это пассивная страховочная сеть, которая становится активной в ту же миллисекунду, когда обнаружена опасность.
Эволюция помощи при автоматической парковке
Затем есть унижение парковки задом вдоль тротуара. Это навык, который большинство водителей так и не освоили, но он остается своего рода обрядом посвящения. Производители ответили появлением систем автоматической парковки, доступных на внедорожниках, компактах и гибридах. Эти системы используют ультразвуковые датчики и камеры для сканирования доступного места. Процесс является полуавтономным. Водитель должен найти место, поставить автомобиль рядом с ним и запустить последовательность действий через экран мультимедийной системы. После активации автомобиль берет управление рулем на себя. Вы все еще контролируете тормоза и акселератор, готовые вмешаться, если пешеход выйдет на путь или если датчики неверно интерпретируют бордюр. Это значительный шаг к полной автономности, имитирующий поведение осторожного водителя, который считывает окружающую среду и реагирует соответствующим образом.
Управление самостоятельной парковкой со смартфона на примере Audi RS7
Audi развила эту концепцию дальше на примере RS7 Sportback. Демонстрируемая на Международной выставке потребительской электроники 2013 года, эта система позволяет автомобилю парковаться самостоятельно без водителя внутри. Процесс начинается с того, что водитель подъезжает к свободному месту. Используя приложение на смартфоне, водитель дает команду автомобилю найти место и заехать в него. Затем автомобиль самостоятельно рулится в свободное место, пока водитель стоит на тротуаре. Чтобы забрать автомобиль, еще одна команда через приложение приводит RS7 к месту нахождения водителя. Такой уровень автоматизации полностью исключает водителя из процесса маневра при парковке, подчеркивая зрелость лежащего в основе комплекса датчиков и алгоритмов управления. Это не самостоятельное вождение в самом полном смысле этого слова — навигация и принятие решений высокого уровня по-прежнему требуют контроля со стороны человека — но это устраняет самую стрессовую часть городской езды.
Автомобили завтрашнего дня. Всё еще не летают.
Железо за хайпом
Слушайте, летающих машин у нас не будет. Будущее на колесах выглядит меньше как Семейка Аддамсов (или Джеты ), и больше как взорвавшийся реквизит из вселенной Бэтмена на крыше седана. Но это не значит, что технологии ненастоящие. Google запускает свою систему Chauffeur еще с 2009 года. Цифры впечатляют: автопарк проехал более 804 672 километров (примерно полмиллиона миль) без единой аварии. Сравните это со средней статистикой для человека: одна авария на полмиллиона миль. Либо роботы скоро дадут сбой, либо они просто лучше умеют не погибать.
Магия происходит благодаря лидару (lidar), что расшифровывается как light detection and ranging (обнаружение и определение расстояния с помощью света). Это не имеет ничего общего с лиграми (гибридами льва и тигра), несмотря на то, что может рассказать вам растерянный стажер. Представьте его как сверхточного кузена радара. Система испускает 64 вращающихся лазерных луча, делая более миллиона измерений каждую секунду. Это создает трехмерное облако точек с точностью до сантиметра. Предзагруженные карты обрабатывают статичный мир — светофоры, столбы, бордюры — в то время как лидар заполняет хаос: пешеходов, велосипедистов, заблудившихся белок. Эту систему поддерживают стандартный радар, камеры и GPS.
Почему вам все еще нужны руки на руле
Не надевайте пока маску для сна. Система Chauffeur умна, но всеведущей она не является. Вам все еще нужно вмешиваться для выполнения определенных маневров. Выезд из тесного гаража? Это ваша задача. Навигация по сложному транспортному развязке, где разметка неясна или отсутствует? Вы управляете автомобилем. Программное обеспечение пока не может точно интерпретировать нюансы, например, «выезд в левую полосу», если знаки запутанные или отсутствуют вовсе.
Кто покупает машину-робота?
Prius в настоящее время является основной тестовой площадкой, в основном потому, что она распространена и дешева в модификации. Однако оборудование Chauffeur не привязано к гибриду Toyota. Его можно установить практически на любой автомобиль, если у него есть бюджет на датчики и вычислительную мощность, необходимую для запуска программного обеспечения.
Вот подвох: ценник. В настоящее время стоимость комплекта составляет около 75 000 долларов. Это не та сумма, на которую можно решиться импульсивно. Google стремится значительно снизить затраты, планируя выпуск около 2018 года по цене, доступной для обычных людей. До тех пор мечта остается прототипом высокого класса.
Легальны и безопасны ли беспилотные автомобили?
Популярный интерес к автомобилям с автопилотом накапливался десятилетиями. От KITT в «Человеке-подводнике» до Бэтмобиля, нам продавали идею машин, которые думают. Технологии догоняют вымысел, но правовая база отстает от прошивки.
Регуляторные препятствия — следующий большой босс. Хотя Калифорния разрешает тестирование, широкое внедрение требует законодательства на уровне каждого штата. Модели страхования, ответственность в случае аварии и протоколы кибербезопасности — все это нерешенные вопросы. Можно ли подать в суд на алгоритм? Кто виноват, если датчик выйдет из строя? Это не просто технические проблемы; это юридические кошмары, которые предстоит распутать.
Вопросы безопасности выходят за рамки данных об авариях. Как автомобиль справляется с пограничными случаями? Что произойдет, когда он встретит зону строительства без четких знаков? Или полицейского, использующего жесты вместо светофоров? Система должна интерпретировать намерения, а не только объекты.
Доверие общества — еще один фактор. Люди чувствуют себя комфортно в машинах, которые могут ехать сами, если знают, что могут взять управление на себя, когда что-то пойдет не так. Полная автономия требует прыжка веры, на который многие водители пока не готовы.
Технологии развиваются, но дорога впереди устлана регуляциями, этическими дилеммами и человеческой психологией. Машины могут быть готовы к вождению, но общество может быть не готово позволить им это делать.
В настоящее время вы не можете купить полуавтономный автомобиль, чтобы самостоятельно доехать на нем домой. Не совсем. Вы можете лишь тестировать их. Четыре юрисдикции выделили это узкое правовое пространство: Калифорния, Невада, Флорида и округ Колумбия. Невада пошла дальше, выдав тестовым автомобилям номера со знаком бесконечности. Это визуальный сигнал о том, что правила все еще меняются.
Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) предложило некоторые руководящие принципы. Давайте будем честны: они не имеют юридической силы. Это рекомендации, а не законы. Это создает вакуум, который штатные законы пытаются заполнить с трудом.
Почему старые законы не подходят для новых технологий
Мы не просто разрабатываем новые законы. Мы должны переписывать старые. Текущая правовая база предполагает очень специфическую биологическую конфигурацию: человек с руками на руле и ногами на педалях. Это не эстетический выбор; во многих местах это функциональное требование.
Возьмем Нью-Йорк. Закон штата прямо обязывает держать руку на руле, пока автомобиль находится в движении. У полуавтономного автомобиля, такого как от Chauffeur, нет рук. Нет рук и у его конкурентов. Закон не учитывает машину, которой не нужно держаться, чтобы сохранять устойчивость.
Проблемы не ограничиваются внутренними разногласиями. Мы действуем в рамках Женевской конвенции о дорожном движении, ратифицированной Конгрессом США в 1950 году. Это эпоха задних плавников и хрома, а не массивов лидаров и вращающихся датчиков. Авторы этого договора представляли себе летающие автомобили. Они ошиблись в этой части. Они не представили себе автомобиль, который едет сам. Но они настояли на одном: водитель должен иметь контроль.
Конвенция предполагает, что водитель — это человек. Не К.И.Т.Т. Не алгоритм. Европейский союз строго соблюдает это требование. Человек должен контролировать ситуацию в любое время. Роботам в настоящее время запрещено сидеть на водительском месте на территориях ЕС.
Кто платит, когда датчик пропускает объект?
Технологии развиваются быстрее законодательства. По мере улучшения этих систем вопросы ответственности становятся все более запутанными.
Представьте ситуацию, когда лазерный массив беспилотного автомобиля не замечает пешехода. Вы спите. Машина наезжает на него. Кто несет ответственность?
- Вы? Владелец, который должен был быть в сознании.
- Google? Архитектор программного обеспечения.
- Производитель лидара? Разработчик оборудования.
- Пешеход? Он шел на проезжую часть.
Часто приводится логика, согласно которой пешеход должен был пристально смотреть на автомобиль, пораженный его футуристическими возможностями, полностью осознавая его траекторию и местоположение. Достаточно осознанно, чтобы не оказаться под ним.
Является ли это справедливым правовым стандартом? Вероятно, нет.
Кто в итоге несет ответственность, когда решение принимает машина? Покажет время. Но история подсказывает, что пешехода не признают виновным просто потому, что он не был достаточно впечатлен вашим автономным автомобилем.
Google не держит все козыри в рукаве, когда речь идет о беспилотных автомобилях. Автомобильная индустрия полна альтернатив, каждая из которых предлагает свой собственный график, когда ваш автомобиль начнет выполнять основную работу. Мы наблюдаем картину, на которой несколько крупных игроков соревнуются в том, чтобы вывести полуавтономные автомобили на дороги в течение следующего десятилетия.
Это уже не только один технологический гигант. Это борьба между традиционными люксовыми брендами и технологически продвинутыми производителями. Вот те, кто действительно создает эти машины, а не просто говорит о них.
Ранние последователи и их ограничения
BMW была одной из первых на этой сцене. BMW X5 2014 года оснащалась системой Traffic Jam Assist. Это не было полной автономией. Система могла справляться с медленным движением по шоссе на скоростях до 25 миль/ч (40,2 км/ч). Но не стоит путать это со свободой. Водитель все еще должен был держать направляющую руку на руле. Это была костыль, а не замена.
Затем идет Tesla. Обещание было смелым: автомобиль, работающий в режиме автопилота 90 процентов времени. Они планировали запуск к 2016 году. Но есть нюанс: юридическое одобрение. Если законы не изменятся, технология не будет иметь значения. Это классический случай, когда инженерия опережает законодательство.
Люксовые традиционные игроки
Mercedes-Benz произвела фурор на Франкфуртском автосалоне 2013 года. Они представили прототип S500 Intelligent Drive. Утверждение было конкретным: версия для потребителей выйдет на рынок к 2020 году. Это был не просто концепт. Это была дорожная карта.
Audi выбрала другой подход на Международной выставке потребительской электроники 2013 года. Они продемонстрировали Audi A6 Avant, оснащенный системой Mobileye. Этот автомобиль мог ехать сам по себе на скоростях до 37 миль/ч (59,6 км/ч). Audi прогнозировала появление этой возможности в салонах к 2020 году, делая акцент на помощи на шоссе, а не на навигации в городе.
Nissan сделала ставку на электричество. Они разобрали полностью электрический LEAF и оснастили его лазерами и датчиками. Карлос Гон, тогдашний глава Nissan, дал конкретное прогнозирование. Он утверждал, что этот электромобиль станет первым полуавтономным автомобилем, который действительно выйдет на рынок. Его целевая дата? 2020 год.
Предостерегающая история об автоматической парковке
Прежде чем слишком увлекаться рулями, которые поворачиваются сами по себе, вспомните середину 2000-х. Вы видели рекламные ролики. Большой черный седан без участия человека вставал между двумя башнями из шампанских бокалов. Это был Lexus LS460 2007 года. Он оснащался первой серийной системой автоматической парковки.
В рекламе это выглядело как магия. В реальности это ощущалось неуклюже. Система была признана слишком громоздкой для повседневного использования. Lexus прекратил выпуск этой функции после модельного года 2012. Это доказало, что просто потому, что вы можете автоматизировать задачу, это не означает, что потребители захотят ею пользоваться.
Где мы находимся сейчас?
График сместился. Обещания 2020 года от Mercedes, Audi и Nissan были оптимистичными. Некоторые материализовались в ограниченных формах. Другие исчезли. Гонка не остановилась; она просто стала более сложной. Мы перешли от вопроса «если» к вопросу «как». Технология существует. Инфраструктура
