Идея беспилотных автомобилей или автономных транспортных средств не является новой для транспортной отрасли. В мировой автомобильной отрасли происходят структурные изменения: внедрение новых технологий, разработки автономных и подключённых автомобилей, переход многих компаний к стратегии производства электромобилей, а также создание новых форм мобильности – каршеринга и райд-шеринга.
В настоящее время системы автоматизации управления транспортным средством применяются в железнодорожном транспорте, авиации, городском метро, логистике, сельскохозяйственной отрасли, в отраслях тяжелой промышленности. Сейчас многие транспортные средства на дорогах считаются полуавтономными, имея такие встроенные функции, как система помощи при парковке и автоматизированные системы торможения. Технология автономных транспортных средств основана на возможностях GPS, а также на передовых сенсорных системах, которые могут обнаруживать границы полос движения, знаки и сигналы, а также неожиданные препятствия. Хотя работа существующих на данный момент технологических решений в области автономного вождения не является идеальной, ожидается, что по мере ее совершенствования автономные транспортные средства будут внедряться все более активно: по прогнозу некоторых экспертов, до половины автомобилей, сходящих с конвейеров по всему миру, будут автономными.
Анализируя современное состояние рынка и планы развития автономного транспорта, стоит отметить тот факт, что большинство крупных автопроизводителей намерены выпустить свои модели в сегменте беспилотных автомобилей. На сегодняшний день существуют автомобили с разным уровнем автономности. Практически все они находятся в стадиях исследований и испытаний на дорогах общего пользования. Это стало возможным благодаря постоянному успешному внедрению компаниями инноваций в создаваемые ими транспортные средства. Уже более одного десятилетия существуют разнообразные системы помощи водителю (ADAS), встраиваемые в серийный выпуск автомобилей.
Более 250 компаний, занимающихся автономными транспортными средствами, включая автопроизводителей, поставщиков технологий, поставщиков услуг, и технологические стартапы предпринимают серьезные шаги для создания самоуправляемых автомобилей или автомобилей без водителя.
Эффективное функционирование транспортных средств с различной степенью автоматизации движения возможно за счёт работы специального компьютерного ПО, а также различных систем и датчиков. Работа систем автономных автомобилей основана на датчиках, сложных алгоритмах, системах машинного обучения и мощных процессорах, контролируемых специализированным программным обеспечением. Радиолокационные датчики отслеживают положение ближайших транспортных средств. Видеокамеры обнаруживают светофор, считывают дорожные знаки, отслеживают другие транспортные средства и ищут пешеходов. Датчики Lidar (обнаружение света и измерение дальности) используют импульсный лазерный свет для измерения расстояний, обнаружения краев дороги и определения разметки полос. Ультразвуковые датчики в колесах обнаруживают бордюры и другие транспортные средства при парковке.
Сложное программное обеспечение затем обрабатывает все эти сенсорные данные, прокладывает путь и посылает сигналы исполнительным механизмам автомобиля, которые управляют ускорением, торможением и рулевым управлением.
Жестко запрограммированные правила, алгоритмы обхода препятствий, прогнозное моделирование и распознавание объектов помогают программному обеспечению соблюдать правила дорожного движения и преодолевать препятствия.
От уровня автономности транспортного средства напрямую зависит общее количество датчиков, установленных систем, вычислительная мощность, обеспечивающая обработку данных компьютером. По современным оценкам, учитывая проводимые испытания в США, можно сделать вывод, что полностью автономный автомобиль (4-ый и 5-ый уровень автономности) генерирует объем данных в размере от 11 до 152 Тб в день.
Непрерывная эволюция автомобильных технологий направлена на обеспечение еще больших преимуществ в области безопасности и на создание систем автономного вождения (ADS), которые могут обеспечить полностью безопасное и комфортное вождение и свести к минимуму риск столкновений на дороге.
В соответствии с общепринятой классификацией различают 5 уровней автономности автомобиля. Эти уровни были разработаны Обществом автомобильных инженеров (SAE) и различаются в зависимости от степени участия человека в процессе вождения. Фактически, в их классификации шесть уровней, однако нулевой уровень подразумевает отсутствие автоматизации, то есть полный контроль человека над транспортным средством .
1. SAE 0. Нулевой уровень / Отсутствие автономности. Автомобили, относящиеся к данному уровню, имеют установленные системы активной безопасности (антиблокировочная, экстренного торможения и т.д.), но управление транспортным средством полностью осуществляется под контролем человека.
2. SAE 1. Первый уровень / Помощь водителю. На данном уровне водитель несет ответственность за все задачи, связанные с управлением автомобилем, включая ускорение, рулевое управление, торможение и мониторинг окружающей среды. В автомобиле есть система автоматизации вождения, которая помогает управлять маневрами или скоростью транспортного средства (но не тем и другим одновременно).
3. SAE 2. Второй уровень / Неполная автономность. На этом уровне система автоматизации в автомобиле может помогать как с рулевым управлением, так и с управлением скоростью, в то время как водитель по- прежнему несет ответственность за большинство критически важных для безопасности функций и самостоятельно контролирует окружающую обстановку. В настоящее время беспилотные автомобили 2-го уровня являются наиболее распространенным типом транспортных средств на дорогах.
4. SAE 3. Третий уровень / Условная автономность. Начиная с уровня 3 и выше, автомобиль самостоятельно контролирует окружающую среду, используя сенсорные технологии, и выполняет другие динамические задачи вождения, такие как торможение. Водитель-человек должен быть готов вмешаться, если произойдет сбой системы или возникнут другие непредвиденные ситуации во время вождения.
5. SAE 4. Четвёртый уровень / Высокая автономность. Уровень 4 соответствует высокому уровню автономности, когда автомобиль способен совершить всю поездку без какого-либо вмешательства со стороны водителя, даже в крайних случаях. Однако есть некоторые ограничения: водитель может переключить автомобиль в этот режим только при определенных условиях, таких как низкая плотность трафика, отсутствие заторов и др.
6. SAE 5. Пятый уровень / Полная автономность. Автопроизводители стремятся достичь пятого уровня автономного вождения, когда водитель просто указывает пункт назначения, а автомобиль берет на себя полный контроль и ответственность за все режимы движения. Таким образом, в автомобилях пятого уровня фактически отсутствует возможность для управления со стороны человека.
Каждая крупная технологическая или автомобильная компания, решив осуществлять деятельность в данном направлении, либо фокусируется на собственных разработках в сфере автономных транспортных средств, либо развивает сотрудничество с участниками рынка и позиционирует себя в этом сегменте.
По мнению аналитиков, несмотря на ряд открытых вопросов технического и правового характера, ожидается массовый выпуск автомобилей уровней SAE 3 и SAE 4 в течение ближайших 5 лет. Серийное производство автомобилей 5 уровня автономности (SAE 5) ожидается значительно позже.
Практически все крупные мировые автомобильные холдинги активно налаживают выпуск автомобилей 3-его уровня автономности. К примеру, самый последний Audi A8 оснащен системой Traffic Jam Pilot (TJP). TJP использует набор датчиков (лидар / радар / камеры) для мониторинга окружающей среды, позволяя водителю снимать ногу с педалей и разгоняться до скорости 37,3 миль в час (60 км/ч). Остальные датчики контролируют бдительность водителя, предлагая ему взять на себя управление, когда этого требуют условия.
Пилотные проекты по запуску автомобилей 4 уровня автономности активно реализуются дочерними компаниями Google, GM – Waymo и Cruise и др. Французская компания NAVYA уже выпускает и продает в США шаттлы и такси 4-го уровня, которые полностью работают на электроэнергии и могут развивать максимальную скорость до 55 миль в час. В 2020-м году компания Alphabet Waymo представила сервис беспилотного такси 4-го уровня автономности в Аризоне, где они тестировали беспилотные автомобили Safety без водителя на сиденье более года и проехали более 10 миллионов миль. Канадский поставщик автомобилей Magna разработал технологию (MAX4) для обеспечения возможностей уровня 4 как в городской среде, так и на шоссе. Они работают с Lyft над поставкой высокотехнологичных комплектов, которые превращают автомобили в беспилотные. Volvo и Baidu. Они также объявили о стратегическом партнерстве для совместной разработки электромобилей 4-го уровня, которые будут обслуживать рынок роботакси в Китае.
Такие компании как Waymo, Tesla, Apple и другие тестировали автомобили с уровнем SAE 5 на дорогах общего пользования во многих штатах США, где такая деятельность разрешена юридически. Однако, как отмечают эксперты в сфере AVs, потребуется более 10 лет для формирования необходимой регуляторной и технологической среды. С точки зрения технологий речь идёт о масштабном внедрении коммуникационных технологий V2X, требующей в том числе развёртывание нового поколения связи 5G.
V2X расшифровывается как «автомобиль-подключенный-ко-всему» и использует радиотехнологии для обеспечения активной безопасности. Машина сможет взаимодействовать со всем, что находится вокруг нее. Подключенные к Wi-Fi или сотовой связи автомобили, выезжающие, например, из-за угла, могут получить достаточный объем информации о местоположении друг друга и заранее изменить маршрут, чтобы избежать столкновения. В этом преимущество данной технологии перед камерами и радарами, которые могут отслеживать ситуацию только в непосредственной близости от машины.
Данная технология позволит водителям и самоуправляемым автомобилям не только избежать столкновений, но также отправлять и получать все типы данных, чтобы помочь уравновесить городской трафик и сэкономить топливо.
Благодаря технологии V2X, подключенные автомобили в скором времени смогут сообщить водителю, что расположено впереди – вне его поля зрения. С 2017 года технология самоуправляемых автомобилей развивается настолько быстро, что трудно предсказать технические характеристики машин, которые будут сходить с конвейера к концу следующего десятилетия.
Еще одним преимуществом V2X перед другими сенсорами является ее диапазон. Сотовые и Wi-Fi-передатчики имеют гораздо больший диапазон, что позволяет им отправлять и получать данные намного быстрее и раньше. Диапазон других датчиков примерно составляет от 15 метров (~50 футов) до 75 метров (~250 футов).
Ожидается, что беспроводная связь станет играть гораздо более важную роль, чем в 2017 году. В первую очередь, пассажиры в салоне получат новые сервисы, базирующиеся на доступе в Интернет и определении местоположения, независимо от типа автомобиля – традиционного или автономного.
