Беспилотные автомобили

Беспилотный автомобиль (иногда называемый автономным автомобилем или автомобилем без водителя ) — это транспортное средство, которое использует комбинацию датчиков, камер, радаров и искусственного интеллекта для перемещения между пунктами назначения без участия человека-оператора. Чтобы считаться полностью автономным, транспортное средство должно иметь возможность без вмешательства человека перемещаться в заранее определенный пункт назначения по дорогам, которые не были адаптированы для его использования.

Компании, разрабатывающие и / или тестирующие автономные автомобили, включают Audi, BMW, Ford, Google, General Motors, Tesla, Volkswagen и Volvo. В испытании Google участвовал парк беспилотных автомобилей, в том числе Toyota Prii и Audi TT, которые проехали более 140000 миль по улицам и шоссе Калифорнии.

Как работают беспилотные автомобили

Технологии искусственного интеллекта приводят в действие беспилотные автомобильные системы. Разработчики беспилотных автомобилей используют огромные объемы данных из   систем распознавания изображений , а также  машинного обучения  и  нейронных сетей для создания систем, которые могут управлять автономно.

Нейронные сети выявляют закономерности в данных, которые передаются в алгоритмы машинного обучения. Эти данные включают изображения с камер на беспилотных автомобилях, с помощью которых нейронная сеть учится определять светофоры, деревья, бордюры, пешеходов, уличные знаки и другие части любой заданной среды вождения.

Например, проект Google по созданию беспилотных автомобилей под названием Waymo использует сочетание датчиков,  лидара  (технология обнаружения и определения расстояния — технология, аналогичная  радару ) и камер, и объединяет все данные, которые эти системы генерируют, для идентификации всего вокруг автомобиля. и предсказать, что эти объекты могут делать дальше. Это происходит за доли секунды. Для этих систем важна зрелость. Чем больше система управляет, тем больше данных она может включить в свои алгоритмы глубокого обучения , что позволит ей делать более тонкий выбор вождения.

Ниже показано, как работают автомобили Google Waymo:

• Водитель (или пассажир) устанавливает пункт назначения. Программное обеспечение автомобиля рассчитывает маршрут.
• Вращающийся датчик лидара, установленный на крыше, контролирует расстояние до 60 метров вокруг автомобиля и создает динамическую трехмерную ( 3D ) карту текущего окружения автомобиля.
• Датчик на левом заднем колесе отслеживает движение вбок, чтобы определить положение автомобиля относительно 3D-карты.
• Радиолокационные системы в переднем и заднем бамперах рассчитывают расстояние до препятствий.
• Программное обеспечение AI в автомобиле подключено ко всем датчикам и собирает данные с  Google Street View  и видеокамер внутри автомобиля.
• Искусственный интеллект моделирует процессы восприятия человека и принятия решений с помощью глубокого обучения и управляет действиями в системах управления водителем, такими как рулевое управление и тормоза.
• Программное обеспечение автомобиля обращается к  Google Maps  для предварительного уведомления о таких вещах, как ориентиры, дорожные знаки и огни.
• Доступна функция блокировки, позволяющая человеку взять под контроль автомобиль.

Автомобили с функцией автономного вождения

Проект Google Waymo — это пример беспилотного автомобиля, который почти полностью автономен. Он по-прежнему требует присутствия человека-водителя, но только для обхода системы при необходимости. Это не самоуправление в прямом смысле слова, но он может ездить самостоятельно в идеальных условиях. Обладает высокой степенью автономности. Многие автомобили, доступные сегодня потребителям, имеют более низкий уровень автономности, но все же имеют некоторые функции автономного вождения. Функции автономного вождения, доступные во многих серийных автомобилях с 2019 года, включают следующее:

• Громкие рулевые центры автомобиля без рук водителя на руле. Водителю все равно нужно обращать внимание.
• Адаптивный круиз-контроль ( ACC ) вплоть до остановки автоматически поддерживает выбираемое расстояние между автомобилем водителя и автомобилем впереди.
• Рулевое управление с центрированием полосы движения вмешивается, когда водитель пересекает разметку полосы движения, автоматически подталкивая автомобиль к разметке противоположной полосы.

Уровни автономности беспилотных автомобилей

Национальная администрация безопасности дорожного движения США ( NHTSA ) устанавливает шесть уровней автоматизации, начиная с уровня 0, на котором люди управляют автомобилем, с  помощью  технологий помощи водителю и заканчивая полностью автономными автомобилями. Вот пять уровней автоматизации уровня 0:

• Уровень 1 : усовершенствованная система помощи водителю (ADAS) помощи человеческого водителя с рулевым управлением, торможения или ускорения, хотя и не одновременно. ADAS включает в себя камеры заднего вида и такие функции, как предупреждение о вибрации сиденья, чтобы предупреждать водителей, когда они покидают полосу движения.
• Уровень 2 : ADAS, который может одновременно управлять рулем и тормозить или ускоряться, в то время как водитель остается полностью осведомленным за рулем и продолжает действовать как водитель.
• Уровень 3 : автоматизированная система вождения (ADS) может выполнять все задачи вождения при определенных обстоятельствах, например, при парковке автомобиля. В этих обстоятельствах водитель-человек должен быть готов вернуть себе управление и по-прежнему должен быть основным водителем транспортного средства.
• Уровень 4 : ADS может выполнять все задачи вождения и контролировать среду вождения при определенных обстоятельствах. В этих условиях ADS достаточно надежен, и водителю-человеку не нужно обращать на него внимания.
• Уровень 5 : ADS автомобиля действует как виртуальный шофер и полностью управляет автомобилем при любых обстоятельствах. Люди, находящиеся в них, являются пассажирами, и от них никогда не ожидается, что они будут водить машину.

Использует

По состоянию на 2019 год автопроизводители достигли четвертого уровня. Производители должны пройти ряд технологических этапов и решить несколько важных вопросов, прежде чем полностью автономные автомобили можно будет покупать и использовать на дорогах общего пользования в США. Несмотря на то, что автомобили с автономным уровнем 4 недоступны для общественного потребления, они используются другими способами.

Например, компания Google Waymo в партнерстве с Lyft предложила полностью автономный коммерческий сервис совместного использования пассажиров под названием Waymo One. Водители могут поймать беспилотный автомобиль, чтобы доставить их к месту назначения и сообщить свою обратную связь Waymo. В автомобилях по-прежнему есть водитель безопасности на случай, если ADS нужно будет заблокировать. С конца 2019 года услуга доступна только в районе Метро Феникс, но планируется расширить ее до городов Флориды и Калифорнии.

Автономные машины для подметания улиц также производятся в китайской провинции Хунань, отвечающие требованиям уровня 4 для самостоятельной навигации в знакомой среде с ограниченным количеством новых ситуаций.

Прогнозы производителей варьируются в зависимости от того, когда автомобили уровня 4 и 5 станут широко доступными. Ford и Volvo планируют к 2021 году выпуск автомобиля уровня 4 для общественного потребления. Генеральный директор Tesla Илон Маск, пионер как беспилотных, так и электрических автомобилей, заявил, что его компания будет иметь автомобили 5-го уровня, готовые к 2020 году. Успешный автомобиль 5-го уровня должен также уметь реагировать на новые дорожные ситуации или лучше, чем может человек.

Плюсы и минусы беспилотных автомобилей

Главное преимущество, которое пропагандируют сторонники автономных транспортных средств, — это безопасность. Согласно статистическому прогнозу ДТП на 2017 год Министерства транспорта США ( DOT ) и NHTSA, в дорожно-транспортных происшествиях в этом году погибло 37 150 человек. По оценкам 94% серьезных аварий происходят из-за человеческой ошибки или неправильного выбора, например вождения в нетрезвом виде или отвлеченного внимания. Автономные автомобили исключают эти факторы риска из уравнения, хотя беспилотные автомобили по-прежнему уязвимы для других факторов, таких как механические проблемы, которые вызывают аварии.

Если автономные автомобили могут значительно сократить количество аварий, экономические выгоды могут быть огромными. Травмы влияют на экономическую активность, в том числе 57,6 миллиарда долларов в виде потери производительности труда и 594 миллиарда долларов из-за гибели людей и снижения качества жизни из-за травм.

Теоретически, если бы дороги в основном были заняты автономными автомобилями, движение было бы плавным, и заторы были бы меньше. В полностью автоматизированных автомобилях пассажиры могли заниматься производительной деятельностью по дороге на работу. Люди, которые не могут управлять автомобилем из-за физических ограничений, могут обрести новую независимость с помощью автономных транспортных средств и будут иметь возможность работать в областях, требующих вождения.

Автономные грузовики были протестированы в США и Европе, чтобы позволить водителям использовать автопилот на больших расстояниях, позволяя водителю отдыхать или выполнять задачи и повышая безопасность водителя и топливную экономичность. Эта инициатива, называемая взводом грузовиков, основана на ACC, системах предотвращения столкновений и  связи между транспортными средствами  для совместной ACC (CACC).

Недостатками технологии автономного вождения может быть то, что езда в автомобиле без водителя за рулем может нервировать — по крайней мере, поначалу. Но по мере того, как возможности автономного вождения становятся обычным явлением, водители-люди могут чрезмерно полагаться на технологию автопилота и оставлять свою безопасность в руках автоматизации, даже если они должны действовать как резервные драйверы в случае сбоев программного обеспечения или механических проблем.

В одном примере от марта 2018 года внедорожник Tesla Model X находился на автопилоте, когда врезался в разделитель полосы движения. По словам компании, рук водителя не было на руле, несмотря на визуальные предупреждения и звуковое предупреждение о необходимости снова положить руки на руль. Еще одна авария произошла, когда ИИ Tesla принял сторону блестящего отражения грузовика за небо.

Безопасность беспилотных автомобилей и проблемы

Автономные автомобили должны научиться распознавать бесчисленное количество объектов на пути транспортного средства, от веток и мусора до животных и людей. Другие проблемы на дороге — это туннели, которые мешают работе системы глобального позиционирования (GPS), строительные проекты, которые вызывают смену полосы движения или сложные решения, например, где остановиться, чтобы пропустить машины экстренных служб.

Системы должны принимать мгновенные решения о том, когда замедлить, свернуть или продолжить ускорение в обычном режиме. Это постоянная проблема для разработчиков, и есть сообщения о том, что беспилотные автомобили колеблются и без надобности поворачивают при обнаружении объектов на проезжей части или рядом с ней.

Эта проблема проявилась в аварии со смертельным исходом в марте 2018 года, в которой участвовал автономный автомобиль, управляемый Uber. Компания сообщила, что программное обеспечение транспортного средства идентифицировало пешехода, но сочло это ложным срабатыванием и не смогло свернуть, чтобы не сбить ее. Эта авария заставила Toyota временно прекратить испытания беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования, но испытания будут продолжены в другом месте. Исследовательский институт Toyota строит испытательный центр на участке площадью 60 акров в Мичигане для дальнейшего развития технологий автоматизированных транспортных средств.

Вместе с авариями возникает вопрос об ответственности, и законодателям еще предстоит определить, кто несет ответственность, когда автономный автомобиль попадает в аварию. Также существуют серьезные опасения, что программное обеспечение, используемое для управления автономными транспортными средствами, может быть взломано, и автомобильные компании работают над устранением   рисков кибербезопасности .

Автопроизводители подчиняются Федеральным стандартам безопасности автотранспортных средств (FMVSS), но еще необходимо проделать дополнительную работу, чтобы автомобили соответствовали этим стандартам.

В Китае автопроизводители и регулирующие органы принимают другую стратегию, чтобы соответствовать стандартам и сделать беспилотные автомобили повседневной реальностью. Китайское правительство начинает перестраивать городской ландшафт, политику и инфраструктуру, чтобы сделать окружающую среду более удобной для беспилотных автомобилей. Это включает в себя написание правил о том, как люди передвигаются, и привлечение операторов мобильной связи для выполнения части обработки, необходимой для предоставления беспилотным транспортным средствам данных, необходимых для навигации. «Национальные испытательные дороги» будут реализованы. Автократический характер китайского правительства делает это возможным, минуя спорную демократию, через которую проходят испытания в Америке.

История беспилотных автомобилей

Путь к беспилотным автомобилям начался с дополнительных функций автоматизации, обеспечивающих безопасность и удобство, до 2000 года, с круиз-контролем и антиблокировочной системой тормозов. На рубеже тысячелетий в транспортных средствах стали доступны расширенные функции безопасности, в том числе электронный контроль устойчивости, обнаружение слепых зон, а также предупреждения о столкновении и смене полосы движения. По данным NHTSA, в период с 2010 по 2016 год появились расширенные возможности помощи водителю, такие как видеокамеры заднего вида, автоматические экстренные тормоза и помощь при центрировании полосы движения.

С 2016 года беспилотные автомобили перешли в сторону частичной автономии с функциями, которые помогают водителям оставаться на своей полосе движения, наряду с технологией ACC и возможностью самостоятельной парковки.

Полностью автоматизированные транспортные средства еще не общедоступны и, возможно, не появятся еще много лет. В США NHTSA предоставляет федеральное руководство по внедрению ADS на дороги общего пользования, а по мере развития технологий автономных автомобилей — руководство департамента.

Беспилотные автомобили еще не разрешены на большинстве дорог. В июне 2011 года Невада стала первой юрисдикцией в мире, разрешившей испытания беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования; Калифорния, Флорида, Огайо и Вашингтон, округ Колумбия, последовали за ними с тех пор.

История беспилотных автомобилей уходит корнями гораздо глубже. Леонардо да Винчи спроектировал первый  прототип  около 1478 года  . Автомобиль да Винчи  был спроектирован как самоходный робот, приводимый в движение пружинами, с программируемым рулевым управлением и способностью проходить заданные курсы.