Будущее без водителей: как работает автопилот

Дорогу беспилотнику!

Некоторые функции автопилота доступны водителю уже сейчас. Можно, например, вспомнить про продвинутый помощник водителя, используемый на электромобилях Tesla. Он отвечает за самостоятельное перемещение машины вдоль полосы движения, а также за перестроение на соседнюю полосу. Чтобы перестроиться, нужно просто дать системе команду, и она все сделает за водителя. Такой автопилот может регулировать скорость транспортного средства. Все это достигается за счет нескольких устройств, работающих как единое целое. Машина имеет специальные ультразвуковые сенсоры, которые ищут другие автомобили. Фронтальный радар отвечает за способность «видеть» сквозь дождь или туман, а специальная фронтальная камера фиксирует дорожные знаки. С помощью же точного GPS-трекера работа всей системы отслеживается в целом.  Автопилот Tesla Motors уже получил скандальную славу. Так, в 2016 году произошел инцидент, где электромобиль на автопилоте врезался в небольшой грузовик. В том же году кроссовер Tesla Model X врезался в стену дома, якобы начав самопроизвольно разгоняться на парковке. Впрочем, по словам представителей Tesla, в последнем инциденте все же виновен человек, так как машина находилась на ручном управлении. 

Однако это только первый шаг. Вскоре появится продвинутый автопилот, который сможет выполнять за водителя почти все действия. В наше время многие компании занимаются чем-то похожим. Пожалуй, самый известный из них – это беспилотник Google. В декабре 2016 этот проект был выделен в отдельную компанию Waymo, дочернюю компаниию Alphabet. Саму концепцию отрабатывали на базе таких авто, как Toyota Prius, а в обозримой перспективе Google планировала производить и свои собственные авто. Небольшие двухместные электромобильчики, скорость которых (во всяком случае, первых образцов) ограничена 40 км/ч. Потом, правда, от идеи делать собственные автомобили отказались. Перед тем, как представить свой собственный автомобиль, в Google испытали «беспилотные» технологии других авто, среди которых первоначально были шесть Toyota Prius, три Lexus RX450h и одна Audi TT. По данным на лето 2015, по улицам калифорнийского Маунтин-Вью ездили двадцать самоуправляемых автомобилей Google. Они отрабатывали маневрирование в потоке автомобилей.  

Над беспилотными авто кипит работа в недрах принадлежащей Илону Маску Tesla. Интересно, что примерно к 2020 году в России хотят создать беспилотный грузовик КамАЗ, который может появиться на дорогах общего пользования к 2025-му. 

Вообще, именно время начала массового использования беспилотных авто сейчас больше всего интересует специалистов. Мало кто сомневается в том, что такие авто поступят на рынок, однако по поводу их повсеместного применения ведутся жаркие дискуссии. Кто-то говорит, что беспилотники вытеснят обычные авто уже к 2020 году, другие утверждают, что это произойдет несколько позже. Здесь нужно учесть, что уровень развития инфраструктуры в разных странах отличается очень сильно, и то, что будет приемлемо для Лондона или Нью-Йорка, будет совершенно недопустимо для столицы одной из стран третьего мира. Не так давно свой прогноз на этот счет сделал представитель онлайн-сервиса заказа такси Uber Тревис Каланик. По его мнению, беспилотники будут широко внедрены по всей планете через двадцать лет. Причем в «пустынной» Африке, по его словам, это будет сделать даже легче, чем в таких загруженных мегаполисах, как Москва. Множество машин, людей и препятствий – именно это видится Каланику главной преградой на пути внедрения беспилотных авто. Более оптимистичный прогноз дал Илон Маск: «Я полагаю, что автономное вождение в основном решенная проблема. Осталась лишь одна область, где сохраняется немного щекотливая ситуация, – там, где нужно ездить со скоростью 40–60 км/час». Глава Tesla отметил, что меньше чем через несколько лет удастся создать беспилотные авто, полностью пригодные к работе. То есть, главный инноватор планеты де-факто заявил о том, что жить «обычным» автомобилям осталось от силы пару лет. Так это или нет, мы уже вскоре убедимся сами. А пока посмотрим, как устроен беспилотный автомобиль.

В 2016 году команда из бывших инженеров Google создала компанию Otto, которая специализируется на развитии беспилотных грузоперевозок. Специалисты разрабатывают специальные комплекты, которые дадут возможность уже существующим грузовикам двигаться в беспилотном режиме. В роли «испытателей» выступили машины Volvo.  

Датчики и камеры  

Лучше всего рассматривать концепцию продвинутого автопилота на примере Waymo. Система работает, используя информацию, которая собирается сервисом Google Street View. Это, напомним, специальная функция Google, которая позволяет рассматривать панорамные виды улиц городов с высоты примерно 2,5 метров. Что касается самого беспилотного автомобиля, то основные подсистемы выглядят так: 

— Видеокамера 
— LIDAR 
— Измеритель положения 
— Радары 

Датчик LIDAR для большей эффективности крепится на крыше автомобиля. Он вращается и сканирует пространство в радиусе 60 м. Авто имеет четыре радара, установленные в переднем и заднем бамперах: за счет них автомобиль может эффективно выявлять препятствия. Дальность, высота, направление движения и скорость объекта – информацию обо всем этом передают радары. Они дают возможность авто «видеть» достаточно далеко, для того чтобы реагировать на изменения на трассе. В свою очередь, специальный датчик, который подключен к одному из задних колес, определяет местоположение на карте самого гугломобиля. Фиксируются такие географические координаты, как широта, долгота и высота. Когда геостационарные спутники, которые транслируют корректировку смещения GPS, «видны» автомобилем, устройство переходит в режим дифференциального GPS (обеспечивается высокая точность GPS). В тот момент, когда сигнал коррекции недоступен, устройство использует сигнал со стандартной точностью GPS. Ну и, наконец, расположенная рядом с зеркалом заднего вида видеокамера. Она «видит» светофоры и движущиеся объекты. 

А теперь рассмотрим более детально, как взаимодействуют системы авто и что помогает беспилотному автомобилю действовать в самых разных ситуациях. В качестве «сердца» системы выступает датчик LIDAR производства компании Velodyne (о нем мы уже говорили выше). С помощью этого прибора можно сгенерировать подробную объемную карту окружающей местности. Бортовой компьютер соединяет информацию, которая была получена от сенсора, с находящейся в памяти картой местности. Затем в дело вступает особый алгоритм, оценивающий ситуацию с учетом того, как себя могут повести другие участники дорожного движения. Компьютер также высчитывает траекторию, по которой должен двигаться беспилотный автомобиль. Он оценивает не только тип объекта, но и такие детали, как, например, жест полицейского. Это очень важно для нормального движения. 

Инженеры компании Google начали с самого простого. Они смоделировали движение автомобиля по дороге, на которой относительно мало транспортных средств. В такой ситуации выбора у автопилота было немного: поворот влево или вправо, торможение или ускорение. Со всем этим справились как компьютерная модель, так и первые появившиеся на свет гугломобили. Однако все становится намного сложней, если перенести такое авто в крупный населенный пункт. Дело не только в том, что вокруг «умного» автомобиля тысячи разных объектов. Их еще нужно уметь различать. Скажем, беспилотник должен уметь реагировать на аварию, которая случилась впереди, и на полицейских, находящихся неподалеку. Если перед машиной едет школьный автобус, то это должно заставить беспилотный автомобиль ехать осторожней.

У описанной системы есть и свои недостатки. По состоянию на 2013 год, автомобили Google не могли нормально передвигаться под сильным дождем, а также в условиях заснеженной местности. Дело в том, что идентификация окружающей автомобиль местности производится путем сравнения ранее отснятых фото с визуализацией ландшафта, который окружает автомобиль сейчас. Такой подход позволяет в нормальных погодных условиях отличить один объект от другого. Однако при плохой погоде сделать различие, скажем, между человеком и столбом, системе трудно. Но даже то, что есть сейчас, – результат долгого упорного труда. 

Авто с продвинутой функцией автопилота могут появиться не только на дорогах, но и… над головой. Не так давно компания Terrafugia представила концепт TF-X – беспилотный летающий автомобиль. Новинку хотят оснастить складными крыльями с двумя винтами: они должны позволить аппарату вертикально взлетать и садиться. Рабочий образец мы увидим примерно через десять лет.  

Беспилотные авто «учатся» быстрее благодаря тому, что полученная ими информация отправляется в базу данных, из которой черпают сведения все автомобили. Считается, что беспилотный автомобиль может успешно решить любую «дорожную» задачу, которую увидит. Но встречаются и весьма неожиданные ситуации. Так, во время одного из тестов беспилотника на дороге женщина в инвалидной коляске гонялась за уткой. Конечно, такого сценария в базе данных не было. Мы не знаем, как сложилась дальнейшая судьба несчастного животного, однако в тот миг, несмотря на отсутствие похожих инцидентов, автомобиль принял правильное решение – затормозить. Вообще, с птицами у беспилотного автомобиля как-то не складывается. Скажем, перед беспилотным авто пролетает пернатый, и что должен сделать автомобиль в этот момент? Самый первый вариант – остановиться. Но ведь машина не будет впадать в ступор каждый раз при виде птиц. Поэтому разработчикам из Google пришлось изрядно потрудиться, чтобы научить автомобиль правильно реагировать на препятствия.

В целом, эксперты не раз говорили о том, что автопилот Google нужно «очеловечить». Указывалось, что он ведет себя «слишком правильно». Первые версии, завидев человека возле дороги, могли остановить авто, подумав, что он собирается переходить дорогу. Пешеход между тем совсем не обязательно решился переходить, а мог просто стоять, дожидаясь друга или подругу. Эксперты Google решили, что в такой ситуации автомобилю лучше не останавливаться полностью, а притормаживать. В конце концов, внезапная остановка без видимой причины уже сама по себе может быть причиной аварии – кто-то может врезаться сзади в гугломобиль. 

В контексте «очеловечивания» своего творения разработчики наделили авто способностью сигналить. Был создан специальный алгоритм автоматического срабатывания сигнала при повышенной опасности для кого-либо. Такой ситуацией может быть неосторожный пешеход, выбежавший на дорогу, или велосипедист, совершающий опасный маневр. Кроме того, предполагается, что машина будет сигналить, если сама приблизится к тому, чтобы стать причиной ДТП. Авто будет подавать разные сигналы. Скажем, если на парковке другой водитель медленно сдает назад и не видит гугломобиль, то система отрывисто посигналит два раза. В случае более серьезной ситуации беспилотный автомобиль использует длинный непрерывный сигнал.  В мае 2016 года эксперты из Технологического института Джорджии (США) представили модель управления, позволяющую беспилотному автомобилю совершать маневры в экстремальных ситуациях. В основе концепции лежит уникальная модель предвосхищающего пути интегрального контроля (MPPI). Она призвана решить вопрос нелинейной динамики в рамках управления машиной при движении в непосредственной близости от препятствий. Такая система, кроме всего прочего, позволит автопилоту эффективно совершать обгоны. 

Безопасность  

Конечно, больше всего экспертов волнует безопасность. Именно ради этого и затевался весь сыр-бор. Если беспилотные автомобили не докажут, что они менее опасны, чем управляемые, то и вся концепция потерпит крах. Однако вероятность этого незначительна. Аварии с участием беспилотников редки: на момент начала июля 2015 года было зафиксировано четырнадцать аварий с участием автомобилей Google. Эта цифра может показаться внушительной, но не стоит забывать, что в случае с самоуправляемыми авто фиксировались любые, даже самые незначительные происшествия. Произойди они с обычными водителямм, они бы, возможно, вообще никак не регистрировались. 

В целом, перспективы беспилотников весьма и весьма хороши. Ни одна из описанных выше трудностей не может стать серьезным препятствием на пути к господству беспилотных автомобилей.