Оглавление

Введение 2

Классификация 2

Основные автопроизводители беспилотных автомобилей 16

Информационная безопасность БТС и виды атак. 26

Вывод. 28

Список литературы: 30

Введение

Беспилотное транспортное средство – это транспортное средство, оборудованное системой автоматического управления, которое может передвигаться без участия человека.

Классификация

Классификация автоматизации автомобилей, разработанная международным сообществом автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers), содержит в себе 6 уровней:

0-й уровень: отсутствие контроля над машиной, но может присутствовать система уведомлений. Например, система ночного видения, парковочная система, система помощи при перестроении.

Система ночного видения.

Система ночного видения предназначена для предоставления водителю информации об условиях движения в темное время суток. Система позволяет распознавать всевозможные препятствия, участников дорожного движения, пешеходов на неосвещенной дороге, а также дальнейшую траекторию трассы. Система помогает снять нагрузку с водителя в условиях плохой видимости и тем самым обеспечивает повышение безопасности движения. В настоящее время система ночного видения устанавливается в качестве опции на легковые автомобили премиум-класса.

Принцип действия системы основан на фиксации инфракрасного (теплового) излучения объектов специальной камерой и его проецировании на дисплей в виде серого масштабного образа.

Различают два типа систем ночного видения: активные и пассивные. Активные системы используют дополнительный источник инфракрасного света, устанавливаемый на автомобиль. Они характеризуются высоким разрешением изображения и дальностью работы порядка 150-250 м.

Известными активными системами ночного видения являются:

• Night View Assist от Mercedes-Benz;

• Night View от Toyota.

Пассивные системы ночного видения не имеют собственного источника инфракрасного излучения. Тепловая камера (тепловизор) фиксирует инфракрасное излучение объектов на расстоянии до 300 м. Они имеют высокий уровень контрастности и низкое разрешение изображения.

Пассивные системы ночного видения:

• Night Vision Assistant от Audi;

• Night Vision от BMW;

• Night Vision от General Motors;

• Intelligent Night Vision System от Honda.

Наиболее технически и функционально совершенной системой ночного видения является последняя разработка Mercedes-Benz - система Night View Assist Plus. Помимо стандартных функций информирования водителя, система предупреждает пешеходов о потенциальной опасности.

Конструктивно система Night View Assist Plus объединяет инфракрасные активные камеры в фарах головного света, видеокамеру за лобовым стеклом, электронный блок управления и информационный дисплей в кабине.

Инфракрасные камеры фиксируют дорожную обстановку. Видеокамера определяет, в какое время суток движется машина, а также наличие других машин впереди или на встречной полосе. Информация от камер поступает в электронный блок управления, обрабатывается и выводится на информационный дисплей.

Система помощи при перестроении.

Перестроение автомобиля из одного ряда движения в другой часто становиться причиной аварий, т.к. водитель не замечает транспортные средства на других полосах. Система помощи при перестроении (другие названия – система мониторинга «слепых» зон, система информирования о «мертвой» зоне, система безопасного перестроения из ряда в ряд) предупреждает водителя об опасности столкновения при смене полосы движения.

Известными разработчиками таких систем являются:

• Audi, Volkswagen - система Side Assist;

• BMW - система Lane Change Warning;

• Mazda - система Rear Vehicle Monitoring, RVM;

• Mercedes-Benz - система Blind Spot Assist;

• Porshe - система Spurwechselassistent, SWA;

• Ford - система Blind Spot Infomation System, BLISTM;

• Volvo – система Blind Spot Information System, BLIS.

Система Audi Side Assist признана Европейским комитетом независимой экспертизы безопасности автомобилей (Euro NCAP) одной из лучших систем безопасности 2010 года.

Принцип работы системы Side Assist основан на контроле зон движения рядом с автомобилем и позади него с помощью радара и включении предупреждающего сигнала при намерении водителя сменить полосу движения и наличии помехи на другой полосе.

Система включает следующие конструктивные элементы:

• кнопка (клавиша) включения на рычаге переключателя указателя поворотов (на панели двери);

• радары в наружных зеркалах заднего вида с правой и левой стороны;

• электронные блоки управления;

• сигнальные лампы (предупреждающие индикаторы) на наружных зеркалах заднего вида с правой и левой стороны;

• контрольная лампа на панели приборов.

Система помощи при перестроении включается соответствующим переключателем, активируется при достижении автомобилем скорости 60 км/ч. Для определения объектов в "слепой" зоне в системе используется радар. Радарные датчики устанавливаются в наружных зеркалах заднего вида и излучают радиоволны в определенную область возле автомобиля. В ряде систем вместо радаров могут устанавливаться видеокамеры, ультразвуковые датчики.

Электронные блоки управления (по одному на каждую сторону) анализируют отраженные излучения радара, на основании которых:

• производится слежение за подвижными объектами;

• распознаются неподвижные объекты (припаркованные автомобили, дорожное ограждение, столбы и др.);

• при необходимости включается сигнальная лампа.

Парковочная система.

Парковочная система является вспомогательной системой активной безопасности автомобиля, облегчающей процесс парковки автомобиля. Наибольшая эффективность от применения парковочной системы реализуется при движении автомобиля задним ходом, в темное время суток, при сильной тонировке стекол, а также в стесненных условиях.

Парковочные системы можно условно разделить на две большие группы – пассивные и активные. Пассивные парковочные системы представляют только необходимую для парковки информацию, при этом управление автомобилем осуществляется водителем. Активные парковочные системы обеспечивают парковку автомобиля в автоматическом или автоматизированном (автоматически выполняются отдельные функции) режиме.

Известными пассивными парковочными системами являются:

• Parktronic System, PTS на автомобилях Audi;

• Parking Distance Control, PDC на автомобилях BMW;

• Acoustic Parking System, APS на автомобилях Audi;

• Park Assistant на автомобилях Opel;

• Optical Parking System, OPS на автомобилях Audi.

В основу работы пассивных парковочных систем положен контроль расстояния до препятствия и информирование водителя об этом. Конструктивно Парктроник включает датчики парковки, электронный блок управления и устройство индикации.

В качестве датчиков парковки используются ультразвуковые датчики. Обычно устанавливается 4-8 датчиков парковки, из которых 4 задних датчика и, при необходимости, 2-4 передних датчика. Датчики устанавливаются, как правило, в переднем и заднем бампере автомобиля.

Датчик посылает сигнал ультразвуковой частоты (порядка 40 кГц) и принимает его отражение от препятствия. Чем меньше время возвращения сигнала, тем ближе находится препятствие. Эффективная работа датчика парковки осуществляется на расстоянии 0,25-1,8 м от препятствия.

Электрические сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления. В зависимости от величины сигналов электронный блок формирует информацию для устройства индикации.

Устройство индикации (индикаторное устройство) служит для отображения информации о приближении к препятствию и предупреждения водителя об опасности. В устройствах применяются следующие виды индикации: звуковая; световая; цифровая; оптическая.

Работа звукового индикаторного устройства характеризуется подачей звуковых сигналов с определенной частотой в зависимости от расстояния до препятствия (от прерывистого до непрерывного сигнала). Звуковая сигнализация, например, используется в системе APS.

В устройствах, оборудованных световой индикацией, используется световая шкала, реализованная с помощью светодиодов разного цвета. В зависимости от расстояния до препятствия происходит изменение цвета от зеленого к красному.

Устройство цифровой индикации показывает фактическое расстояние до препятствия. Обычно цифровая индикация совмещена со световой индикацией. Оптическая индикация предполагает наличие жидкокристаллического дисплея, на который выносится цифровая и цветовая информация, а также схематическое изображение автомобиля. Примером оптической парковочной системы является система OPS.

С целью улучшения заднего обзора и облегчения движения и паковки задним ходом, в автомобилях может устанавливаться камера заднего вида. В настоящее время это одна из востребованных опций, предлагаемых при покупке автомобиля. Видеокамера снимает происходящее за автомобилем и передает на информационный дисплей. Помимо этого, на информационный дисплей может выводиться рекомендуемое направление движения.

Камера заднего вида является одним из элементов системы кругового обзора. Включение камеры производится при включении передачи заднего хода. По своей сути, камера заднего вида является разновидностью пассивной парковочной системы.

1-й уровень:  водитель должен быть готов в любой момент взять управление на себя. Могут присутствовать следующие автоматизированные системы: круиз-контроль(ACC, Adaptive Cruise Control), автоматическая парковочная система и система предупреждения о сходе с полосы (LKA, Lane Keeping Assistance) 2-го типа.

Адаптивный круиз-контроль.

Адаптивный круиз-контроль (Adaptive Cruise Control, ACC) предназначен для автоматического управления скоростью движения автомобиля. Адаптивный круиз-контроль является дальнейшим развитием системы круиз-контроля, которая поддерживает заданную постоянную скорость движения.

Известными системами адаптивного круиз-контроля являются:

• Preview Distance Control от Mitsubishi;

• Radar Cruise Control от Toyota;

• Distronic (Distronic Plus) от Mercedes-Benz;

• Active Cruise Control от BMW;

• Adaptive Cruise Control от Volkswagen, Audi, Honda.

Система адаптивного круиз-контроля включает датчик расстояния, блок управления и исполнительные устройства.

Датчик расстояния служит для измерения скорости и расстояния до впереди идущего автомобиля. В качестве датчика расстояния используются радары или лидары. Радар (Radar, Radio Detection and Ranging) излучает электромагнитные волны на объект и получает обратный сигнал – эхо. Скорость впереди идущего автомобиля оценивается по изменению частоты отраженной волны, а расстояние до машины - по времени возвращения сигнала. Установленные параметры преобразуются в электрические сигналы и передаются в блок управления.

Лидар (Lidar, Liht Detecting and Ranging) использует инфракрасный лазерный луч. Принцип действия лидара аналогичен радару. Лазерные датчики дешевле радаров, но подвержены влиянию погодных условий, поэтому на автомобилях премиум-класса в системе адаптивного круиз-контроля используются, в основном, радары.

Датчик расстояния устанавливается на переднем бампере или решетке радитора автомобиля. Радиус действия датчика составляет порядка 150 м. В последних разработках адаптивного-круиз-контроля используется датчики расстояния короткого и длинного диапазонов. Датчик короткого диапазона обеспечивает замедление автомобиля до полной остановки. Датчик длинного диапазона – до 30 км/ч. Это расширяет функциональные возможности системы и позволяет ее использовать при движении автомобиля с малой скоростью на небольшой дистанции (например, при движении в "пробках"). К примеру, в системе Distronic Plus используется три датчика – один дальнего и два ближнего действия.

Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков расстояния, а также входную информацию от других систем, с помощью которых определяется:

• скорость и дистанция до впереди идущего автомобиля;

• скорость управляемого автомобиля;

• угол поворота рулевого колеса;

• боковое ускорение;

• радиус кривой.

Программное обеспечение, установленное в блоке, сравнивает фактические параметры движения с заданными, на основании которого формируются управляющие воздействия по изменению скорости движения. Своих исполнительных устройств система АСС не имеет, а используют другие электронные системы автомобиля, с которыми связывается через соответствующие блоки управления (система курсовой устойчивости, дроссельная заслонка с электрическим приводом, автоматическая коробка передач).

Работа системы адаптивного круиз-контроля осуществляется в диапазоне скоростей от 30 до 180 км/ч. Современные системы АСС поддерживают скоростной режим от 0 до 200 км/ч, а также режим торможения и старта в условиях плотного движения (функция Stop and Go).

Адаптивный круиз-контроль обеспечивает движение автомобиля в режимах постоянной скорости, ускорения и замедления. При отсутствии на дороге других автомобилей, система поддерживает заданную водителем скорость. При ускорении или перестроении впереди идущего автомобиля происходит ускорение автомобиля до заданной водителем скорости.

При замедлении или перестроении из соседнего ряда впереди идущего автомобиля происходит замедление автомобиля до заданной водителем дистанции. На низкой скорости замедление достигается за счёт работы тормозной системы (увеличения давления тормозной жидкости в системе), на высокой скорости - за счет снижения мощности двигателя (уменьшения подачи воздуха через дроссельную заслонку) и, при необходимости, работы тормозной системы.

С целью повышения безопасности автомобиля отдельные конструкции адаптивного круиз-контроля могут быть дополнены системами превентивной безопасности, экстренного торможения, GPS-навигации.

Система автоматической парковки.

Система автоматической относится к активным парковочным системам, т.к. обеспечивает парковку автомобиля в автоматическом или автоматизированном (автоматически выполняются отдельные функции) режиме.

Различные системы автоматической парковки помогают при выполнении параллельной парковки, перпендикулярной парковки. Больше распространены системы с параллельной парковкой. Автоматическая парковка осуществляется за счет согласованного управления углом поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля.

Известными интеллектуальными системами помощи при парковке являются:

• Park Assist на автомобилях Volkswagen;

• Park Assist Vision на автомобилях Volkswagen;

• Intelligent Parking Assist System на автомобилях Toyota, Lexus;

• Remote Park Assist System на автомобилях BMW;

• Active Park Assist на автомобилях Mercedes-Benz, Ford;

• Advanced Park Assist на автомобилях Opel.

Конструкция системы автоматической парковки включает ультразвуковые датчики, выключатель, электронный блок управления, а также исполнительные устройства систем автомобиля.

В интеллектуальной системе помощи при парковке используются ультразвуковые датчики, аналогичные пассивной парковочной системе, но имеющие большую дальность действия (до 4,5 м). Количество датчиков в зависимости от разновидности системы различается. Например в системе Park Assist последнего поколения устанавливается 12 ультразвуковых датчиков: 4 – впереди, 4 сзади и 4 по бокам автомобиля.

Включение системы осуществляется принудительно при необходимости осуществить парковку.

Электронный блок управления принимает сигналы от ультразвуковых датчиков и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства, в качестве которых выступают другие системы автомобиля: курсовой устойчивости, управления двигателем, электроусилитель рулевого управления, автоматическая коробка передач. Взаимодействие с указанными системами осуществляется через соответствующие электронные блоки управления.

Необходимая для автоматической парковки информация выводится на информационный дисплей и используется водителем в процессе парковки.

Работу системы автоматической парковки условно можно разделить на два этапа: поиск подходящего места на парковке и собственно выполнение парковки.

Поиск подходящего места на парковке производится с помощью ультразвуковых датчиков. Например, в конструкции системы Park Assist для этой цели предусмотрено четыре боковых ультразвуковых датчика - по два с каждой стороны автомобиля. При движении автомобиля вдоль ряда припаркованных машин с определенной скоростью (до 40 км/ч при параллельной парковке и до 20 км/ч при поперечной парковке) датчики фиксируют расстояние между ними, а в системе Park Assist Vision – и их положение относительно транспортного средства (параллельно или перпендикулярно).

Сигналы датчиков обрабатываются электронным блоком управления. Если расстояние для парковки достаточное, система подает сигнал водителю - выводит на информационный дисплей автомобиля соответствующую информацию. В системе Park Assist за достаточное для парковки расстояние принимается расстояние, превышающее длину автомобиля на 0,8 м, в системе Advanced Park Assist – на 1 м.

Парковка транспортного средства может осуществляться двумя способами – непосредственно водителем с помощью предлагаемых системой инструкций или автоматически без участия водителя.

Визуальные и тестовые инструкции водителю выводятся на информационный дисплей. Они касаются рекомендаций по повороту рулевого колеса на определенный угол и направлению движения. Такой способ автоматизированной парковки используется в системе Advanced Park Assist.

Автоматическая парковка производится путем упорядоченного воздействия на исполнительные механизмы систем автомобиля:

• электродвигатель электрического усилителя рулевого управления;

• насос обратной подачи и клапаны тормозных механизмов системы курсовой устойчивости;

• электродвигатель дроссельной заслонки системы управления двигателем;

• электромагнитные клапаны автоматической коробки передач.

С целью безопасности движения работу системы всегда можно перевести из автоматического режима в ручной режим. В последних конструкциях системы автоматическая парковка может производиться при нахождении водителя как в автомобиле, так и за его пределами – с ключа.

Система помощи движению по полосе.

Система помощи движению по полосе помогает водителю придерживаться выбранной полосы движения и тем самым, предотвращать аварийные ситуации. Система эффективна при движении по автомагистралям и обустроенным федеральным дорогам, т.е. там, где имеется качественная дорожная разметка.

Различают два вида систем помощи движения по полосе: пассивные и активные. Пассивная система предупреждает водителя об отклонении от выбранной полосы движения. Активная система наряду с предупреждением производит корректировку траектории движения.

У разных автопроизводителей система удержания полосы движения имеет свои торговые названия, но предлагаемые системы имеют, в основном, схожую конструкцию:

• Lane Assist от Audi, Volkswagen, SEAT;

• Lane Departure Warning System от BMW, Citroen, Kia, Ceneral Motors, Opel, Volvo;

• Lane Departure Prevention от Infiniti;

• Lane Keep Assist System от Honda, Fiat;

• Lane Keeping Aid от Ford;

• Lane Keeping Assist от Mercedes-Benz;

• Lane Keeping Support System от Nissan;

• Lane Monitoring System от Toyota.

Система помощи движению по полосе является электронной системой и включает клавишу управления, видеокамеру, блок управления и исполнительные механизмы. С помощью клавиши управления производится включение системы. Клавиша может располагаться на рычаге переключения указателей поворота, панели приборов или центральной консоли.

Видеокамера производит запись изображения на определенном расстоянии от автомобиля и его оцифровку. В системе используется монохромная камера, которая распознает линии разметки как резкое изменение градации серого. Камера объединена с блоком управления. Объединенный блок располагается на лобовом стекле за зеркалом заднего вида.

Исполнительными устройствами системы помощи движения по полосе являются контрольная лампа, звуковой сигнал, вибромотор на рулевом колесе, нагревательный элемент лобового стекла, электродвигатель электромеханического усилителя руля.

Информация о работе системы выводится на панель приборов в виде контрольной лампы. Предупреждение водителя производится с помощью вибрации рулевого колеса, а также подачи визуальных звуковых и световых сигналов. Вибрацию создает вибромотор, встроенный в рулевое колесо.

Нагревательный элемент располагается на ветровом стекле, при необходимости автоматически включается, устраняет запотевание и обледенение окна камеры.

Корректировка траектории движения осуществляется принудительным подруливанием системы рулевого управления с помощью электромеханического усилителя руля (большинство систем) или подтормаживанием колес с одной стороны автомобиля (система Lane Departure Prevention).

Во время работы активной системы помощи движения по полосе реализуются следующие основные функции:

• распознавание траектории полосы движения;

• визуальное информирование о работе системы;

• корректировка траектории движения;

• предупреждение водителя.

Обстановка перед автомобилем проецируется на светочувствительную матрицу камеры и преобразуется в черно-белое изображение, которое анализируется электронным блоком управления.

Алгоритм работы блока управления определяет положение линий разметки полосы, оценивает качество распознавания разметки, вычисляет ширину полосы и ее кривизну, рассчитывает положение автомобиля на полосе. На основании проведенных вычислений осуществляются управляющее воздействие на рулевое управление (тормозную систему), и если требуемый эффект удержания автомобиля на полосе не достигается - предупреждается водитель (вибрация рулевого колеса, звуковой и световой сигналы).

Необходимо отметить, что величина крутящего момента, прикладываемого к рулевому механизму (тормозного усилия на двух колесах с одной стороны автомобиля) невелика и в любой момент может быть преодолена водителем.

При преднамеренном перестроении с одной полосы на другую должен быть включен сигнал поворота, иначе система будет препятствовать маневру. При неблагоприятных условиях (отсутствие одной линии или всей разметки, загрязненное или заснеженное дорожное полотно, узкая полоса движения, нестандартная разметка на ремонтируемых участках, поворот малого радиуса) система деактивируется.

Предусмотрено три режима работы системы помощи движения по полосе:

1. система включена и активирована (активный режим);

2. система включена и деактивирована (пассивный режим);

3. система выключена.

2-й уровень:  водитель должен реагировать, если система не смогла справиться самостоятельно. Система управляет ускорением, торможением и рулением. Система может быть отключена. Примерами таких систем является автопилот Tesla, система автоматического движения в пробках (Traffic Jam Assistant), временный автопилот (Temporary Auto Pilot).

Автопилот Tesla.

Автопилот, позволяющий автомобилю автономно двигаться на автомагистрали, используется на модели Tesla Model S с 2015 года. Система включает 8 камер кругового обзора, 12 ультразвуковых датчиков и головной радар.

Автопилот от Tesla пока имеет следующие ограничения: не всегда распознает дорожную разметку, не считывает сигналы поворота и стоп-сигналы, не обнаруживает пешеходов и велосипедистов. Но компания проводит постоянное улучшение программного обеспечения системы за счет обратной связи со своими автомобилями. Обновленная версия программы загружается в автомобиль по радиосигналу.

Система автоматического движения в пробках.

Система Traffic Jam Assistant от Audi - первая серийная система автопилота для движения в пробках. Система автоматически поддерживает дистанцию до впереди идущей машины, тормозит, разгоняется, поворачивает, объезжает препятствия и даже уступает дорогу машинам экстренных служб. Конструктивно автопилот для пробок построен на основе адаптивного круиз-контроля и работает на скорости от 0 до 60 км/ч.

Система объединяет ряд входных устройств: два радара, широкоугольную видеокамеру и восемь ультразвуковых датчиков. Радары сканируют определенные секторы на расстоянии 250 м. Видеокамера определяет дорожную разметку и различные препятствия. Ультразвуковые датчики контролируют пространство спереди, сзади и сбоку автомобиля. В любой момент работы системы водитель может взять управление автомобилем на себя.

Временный автопилот.

В рамках проекта HAVit (Highly Automated Vehicles for Intelligent Transport – Высокоавтоматизированные автомобили для интеллектуального транспорта) в 2011 году была представлена полуавтоматическая система Temporary Auto Pilot, TAP(Временный автопилот). Система позволяет водителю в определенных условиях отдать управление автомобилем под контроль автоматики. По своей сути система является промежуточным этапом на пути к роботизированному автомобилю.

Система TAP объединяет в единое целое уже известные разработки Volkswagen: систему адаптивного круиз-контроля, систему помощи движению по полосе, систему распознавания дорожных знаков. В своей работе система Временного автопилотирования использует стандартные входные устройства перечисленных систем активной безопасности: лидар, радар, видеокамеру, ультразвуковые датчики.

Сигналы от входных устройств передаются в электронный блок управления, который с помощью исполнительных механизмов реализует следующие автоматические функции:

• поддержание безопасного расстояния до впереди идущего автомобиля;

• остановка и трогание с места;

• движение по полосе;

• распознавание знаков ограничения скорости и приведение скорости в соответствие с требованиями знака.

Система обеспечивает оптимальную степень автоматизации в зависимости от дорожной ситуации и состояния водителя, тем самым способствует безаварийному движению. Система работает на скорости до 130 км/ч. Система TAP полностью готова для внедрения на серийные автомобили.

3-й уровень:  водитель может не контролировать машину на дорогах с «предсказуемым» движением (например автобаны), но быть готовым взять управление. Примеры систем: Super Cruise или система SARTRE.

Super Cruise.

Система автоматического управления Super Cruise от Cadillac обеспечивает движение автомобиля по автомагистрали. Она позволяет осуществлять маневрирование, торможение, движение по полосе без участия водителя.

Система построена на ряде готовых решений компании: адаптивном круиз-контроле, системах автоматического экстренного торможения, предупреждения о столкновении, помощи движению по полосе, помощи при перестроении, активного головного света и др.

Текущее положение автомобиля оценивается с помощью входных устройств – радара, ультразвуковых датчиков, камеры и системы GPS. Разработчик отмечает, что эффективность работы системы зависит от внешних факторов – погода, наличие разметки.

SARTRE.

Интересное решение автоматизации движения автомобиля предлагает компания Volvo. Система Safe Road Trains for the Environment(SARTRE) позволяет нескольким машинам двигаться по дороге в организованной колонне. Автомобили идут за головной машиной, в качестве которой выбирается грузовой автомобиль с водителем-профессионалом. Автомобили выстраиваются с дистанцией 6 м и полностью повторяют движение ведущего грузовика, что позволяет водителем отдохнуть, покушать, поговорить по телефону.

По желанию каждый из автомобилей в любой момент может покинуть группу. Для создания системы SARTRE используются наработки Volvo в области активной безопасности, в т.ч. адаптивный круиз-контроль. В настоящее время система находится в стадии испытаний.

4-й уровень: аналогичная 3-му уровню, но уже не требует внимания водителя.

Беспилотный автомобиль Google.

В настоящее время система автоматического управления от Google реализована на шести опытных автомобилях Toyota Prius, Lexus RX 450h и Audi TT, которые проехали в беспилотном режиме свыше двух с половиной миллионов километров. Для реализации функций автоматического управления система включает в себя следующие входные устройства: лидар, радары, видеокамера, датчик оценки положения, инерционный датчик движения, GPS приемник.

Лидар сканирует область вокруг автомобиля на расстоянии более 60 м и создает точную трехмерную картину его окружения. Лидар представляет собой вращающийся датчик на крыше автомобиля.

Радары помогают определить точное положение удаленных объектов. На автомобиле установлены четыре радара, три из которых расположены в передней части, а один радар – сзади.

Видеокамера определяет сигналы светофора и позволяет блоку управления распознавать движущиеся объекты, в т.ч. пешеходов и велосипедистов. Видеокамера располагается на лобовом стекле за зеркалом заднего вида.

Датчик оценки положения фиксирует движение автомобиля и помогает определить его точное местоположение на карте. Датчик оценки положения установлен на левом заднем колесе.

Инерционный датчик движения измеряет направление ускорения или замедления, продольный и поперечный крен кузова автомобиля, при его движении. Используется датчик системы курсовой устойчивости.

Сигналы от входных устройств передаются в электронный блок управления, где производится их обработка в соответствии с заложенной программой и формирование управляющих воздействий на исполнительные устройства. В качестве исполнительных устройств используются конструктивные элементы рулевого управления, тормозной системы, системы курсовой устойчивости, системы управления двигателем.

С 2016 года работа над беспилотным автомобилем Google выделена в отдельную компанию Waymo.

Система автономной парковки.

Система автономной парковки является дальнейшим развитием системы автоматической парковки. По своей сути данная система обеспечивает одно из направлений автоматического управления автомобилем. В настоящее время разработкой системы автономной парковки занимаются несколько компаний: Volkswagen с Bosch, BMW с Continental.

Дальше всех в своих изысканиях пошла BMW, предложив прототип системы автономной парковки под названием Remote Valet Parking Assistant (дословно – дистанционный помощник парковки). По заявлениям производителя система планируется к установке на серийные автомобили с 2016 года.

В системе Remote Valet Parking Assistant реализовано две основные функции:

• предупреждение столкновения автомобиля в радиусе 360°;

• автоматическая парковка автомобиля без участия водителя.

Функция предупреждения столкновения оказывает существенную помощь водителю, особенно при движении в стесненных условиях и условиях плохой видимости. Тем самым, дополнительно обеспечивается безопасность движения.

Автоматическая парковка без участия водителя (автономная парковка) позволяет экономить время, которое затрачивает водитель на парковку. Особенно эта функция актуальна при парковке в многоэтажных паркингах. Кроме того, система обеспечивает экономию парковочного пространства, позволяя поместить автомобиль в пространство, ограниченное 20 см с каждой стороны.

Конструкция системы автономной парковки включает входные устройства, электронный блок управления и исполнительные устройства.

К входным устройствам относятся лазерные радары (лидары) и дистанционный пульт управления. В системе используется четыре лидара, установленные по периметру автомобиля. Они сканируют пространство вокруг автомобиля и позволяют надежно идентифицировать различные препятствия (автомобили, людей, архитектурные формы и др.).

Активизация функции автономной парковки производится с помощью пульта дистанционного управления, в качестве которого выступает Smart Watch (интеллектуальные часы). В системе от Volkswagen в качестве пульта дистанционного управления используется смартфон. С помощью пульта дистанционного управления автомобили могут не только парковаться, но и самостоятельно выдвигаться к месту посадки водителя.

Сигналы от входных устройств поступают в электронный блок управления. Программа управления включает алгоритмы оценки препятствий, корректировки скорости и направления движения, поиска места парковки, навигации по определенному маршруту.

В зависимости от расстояния до препятствия блок управления снижает скорость вплоть до остановки или совершает маневр. В программу управления закладывается цифровой план здания конкретного паркинга, что позволяет двигаться без использования GPS сигнала. Актуально для закрытых паркингов, где сигнал спутника недоступен.

Электронный блок управления формирует управляющие сигналы, которые поступают в блоки управления различных систем автомобиля: системы управления двигателем, системы курсовой устойчивости, электроусилителя рулевого управления.

Неоспоримым преимуществом системы автономной парковки является то, что ее внедрение не требует дорогостоящих изменений в инфраструктуре паркингов. Поэтому в скором времени мы увидим ее на серийных автомобилях.

5-й уровень: со стороны человека не требуется никаких действий кроме старта системы и указания пункта назначения. Автоматизированная система может доехать до любой точки назначения, если это не запрещено законом.

В системах пятого уровня автоматизация человек вообще не нужен. Поэтому органы управления (рулевое колесо, педали) могут быть убраны из салона автомобиля. Пассажир активирует (указывает пункт назначения) и дезактивирует систему. Сегодня систем автоматизации пятого уровня нет.

По заявлениям автомобильных компаний перспективы беспилотного автомобиля весьма радужные. В 2018 году новую версию беспилотного автомобиля готова представить компания Tesla, прототип беспилотного автомобиля – наши компании АвтоВАЗ и Яндекс. В 2019 году свои системы автономного управления автомобилем планируют создать Volvo и Autoliv, Delphi и Mobileye. 2020 год будет ознаменован автопилотом для автомагистралей от Toyota, беспилотными автомобилями от Honda, General Motors, Nissan. Последний - на базе системы ProPilot.

BMW, работающая совместно с Intel и Mobileye, планирует в 2021 году представить беспилотные автомобили третьего, четвертого и пятого уровней автоматизации. В этом году выходит и беспилотный автомобиль от Ford. Mercedes-Benz и компания Bosch работают над беспилотным автомобилем 4 и 5 уровня автоматизации. О сроках готовности совместного проекта пока не сообщается.

Конструкция беспилотного автомобиля включает следующие основные элементы:

1. различные датчики (оптические, инфракрасные, радиолокационные, ультразвуковые, лазерные);

2. навигация, объединяющая GPS-систему и электронные карты;

3. сервер с установленным программным обеспечением и источниками питания;

4. автоматизированные органы управления автомобилем (рулевое управление, тормозная система, система управления двигателем);

5. автоматическая трансмиссия;

6. беспроводная сеть для связи между транспортными средствами, доступа к обновлению программного обеспечения, электронным картам, сведениям о состоянии дорог, чрезвычайных ситуациях и др.

Обычно устанавливаемые датчики:

• LIDAR — дальномер оптического распознавания

• Система стереозрения

• Система глобального позиционирования (GPS, Глонасс)

• Гиростабилизатор

Программное обеспечение беспилотного автомобиля может включать машинное зрение и нейросети.

Некоторые системы полагаются на инфраструктурные системы (например, встроенные в дорогу или около неё), но более продвинутые технологии позволяют имитировать присутствие человека на уровне принятия решений о изменении положения руля и скорости, благодаря набору камер, сенсоров, радаров и систем спутниковой навигации.

В современных беспилотных автомобилях используются алгоритмы на основе Байесовского метода одновременной локализации и построения карт (SLAM, simultaneous localization and mapping). Суть работы алгоритмов состоит в комбинировании данных с датчиков автомобиля (real-time) и данных карт (offline). SLAM и метод обнаружения и отслеживания движущихся объектов (DATMO, detection and tracking of moving objects) разработаны и применяются в автомобилях дочерней компании Google Waymo. Google судилась с Uber по поводу воровства последней технологий у Google. Тем не менее с 2017 года Google выложила библиотеку SLAM в открытый доступ для бесплатного использования любой сторонней компанией.

Потенциальными преимуществами беспилотных автомобилей являются:

• сокращение числа аварий, вызванных ошибками водителя;

• снижение трудозатрат на вождение;

• повышение мобильности отдельных категорий населения (молодежи, пожилых людей, инвалидов, малообеспеченных);

• повышение эффективности организации движения и связанное с ней увеличение пропускной способности дорог;

• сокращение потребности в автомобилях, парковочных местах.

К недостаткам автономных транспортных средств, препятствующим их быстрому и широкому внедрению, можно отнести надежность программного обеспечения, ограниченные возможности искусственного интеллекта, высокая чувствительность системы к погодным условиям (дождь, снег).

Connected Cars.

Подключенный автомобиль – это транспортное средство, которое обменивается данными с другими автомобилями и устройствами, сетями и сервисами, охватывающими обширную инфраструктуру, включая ваш дом и офис. Поэтому многие эксперты считают, что подключенный автомобиль – это элемент экосистемы интернета вещей. То есть пусть и сложное, но еще одно устройство, которое самостоятельно передает и принимает данные.

В основе автомобильного интеллекта лежит головной модуль, который собирает данные о техническом состоянии и «общается» с различными компонентами транспортного средства.

Определяющим условием работы таких машин является наличие современной высокоскоростной GSM-связи – именно через сотовую телефонную сеть автомобили и наземные устройства смогут контактировать между собой. Такая технология называется IoT (интернет вещей), и ее уже сейчас готовы предоставлять некоторые отечественные операторы связи.

Навигационные сервисы.

Возможности подключенных автомобилей позволяют, например, сообщать водителю о том, что заканчивается бензин и при этом подсказывать дорогу к ближайшей автозаправке. Или по запросу водителя искать ближайшую гостиницу или кафе. За счет доступа в интернет в автомобиле можно организовать потоковое вещание или информировать пользователя о самых различных событиях — рассказывать о погоде или дорожной ситуации.

Навигационные системы современных автомобилей – это не просто карта с позиционированием по спутникам. Они дополняются различной информацией о трафике и данными от других участников дорожного движения. Так, например, если автовладелец находится в гостях, система сможет порекомендовать ему, когда лучше выехать домой, чтобы не застрять в пробках. Навигатор также может автоматически рассылать сообщения о его прибытии коллегам и друзьям.

Безопасность.

Если автомобиль в плотном потоке будет заранее «знать» о возникновении затора впереди по ходу движения, то экипаж сможет избежать пробок. «Подключенные» автомобили, используя свои камеры, датчики скорости и GPS-позиционирования, будут «понимать», что попали в затор (или что пробка только назревает). Через соответствующий электронный модуль GSM-связи заложники данной ситуации будут рассылать другим автомобилям в определенном радиусе от себя информацию о проблемах на дороге. Приняв данные, следующие в направлении пробки машины автоматически заново составят свой маршрут в объезд затора и доложат об этом водителю. То же самое и с опасными ситуациями, которые уже возникли на пути водителя, но еще не находятся в зоне видимости. Надвигающиеся плохие погодные условия, аварии, неисправности на дорогах – водитель уже знает о них и не рискует попасть в критическую ситуацию неподготовленным.

Подключенные транспортные средства являются хорошо проработанными и согласованными, они могут реализовывать функции обеспечения безопасности дорожного движения (например, обнаружение столкновения, предупреждение об изменении полосы движения и совместное слияние), интеллектуальную транспортировку (например, управление трафиком сигнала, интеллектуальное планирование трафика и диспетчерское управление), местоположение (например, оптимизация маршрута) и доступ к Интернету в автомобиле. Рынок подключенных автомобилей находится на подъеме. Есть несколько аргументов в пользу обеспечения беспроводной связи с транспортными средствами. Первая из них - необходимость повышения эффективности и безопасности систем автомобильного транспорта. Растущие темпы урбанизации приводят к увеличению транспортных средств, которые отвечают требованиям безопасности и последствиям с точки зрения огромных экономических издержек и экологических проблем. Подключенные ТС относятся к автомобилям с поддержкой беспроводной связи, которые могут взаимодействовать со своей внутренней и внешней средой, то есть поддерживать взаимодействие между оборудованием, транспортным средств, инфраструктурой транспортного средства и сетью Интернет. Эти взаимодействия образуют несколько уровней передачи данных в информационные системы для транспортных средств. Кроме того, связанные транспортные средства рассматриваются как Интернет ТС, который обеспечивает сбор, совместное использование, обработку, вычисление и безопасную передачу информации и позволяет эволюционировать интеллектуальным транспортным системам следующего поколения. Разработка и развёртывание подключенных транспортных средств требует сочетание различных технологий.

Диагностика.

Благодаря функциям интеллектуальной удаленной диагностики автомобиль может сообщать водителю о необходимости технического обслуживания или ремонта того или иного узла. Технологии BigData потенциально позволяют вести предиктивную диагностику, по различным параметрам определяя, какие узлы могут выйти из строя в ближайшее время.

Платежи.

Среди потенциальных возможностей connected cars — автоматическая оплата парковки при заезде на нее. Для этого в большинстве случаев нужно будет лишь установить соответствующее приложение на бортовой компьютер. Концепция продолжает развиваться, и некоторые вендоры уже предлагают возможность оплачивать «через автомобиль» другие продукты и услуги — например бензин. 

Разумеется, сервисы персонифицируются. Система автоматически узнает водителя по голосу или манере езды и подстраивается под него, включая музыку с любимого канала или зачитывая соответствующую подборку новостей. Также система следит за манерой передвижения и может давать советы по безопасности и экономии топлива.

Основные сдерживающие факторы развития:

• ожидания высокоспециализированных сервисов по низким ценам;

• длительные сроки развёртывания;

• фрагментированность рынка;

• проблемы информационной безопасности;

• недостаточная осведомлённость о наличии функционала connected cars;

• неготовность нормативно-правовой базы.

Основные тенденции на рынке:

• ​Полуавтономные транспортные средства как последний шаг на пути к полной автономности.

• Автомобиль как место для отдыха, а обустройство салона – отдельное направление для вложения средств.

• «Очеловечивание» поведения беспилотных автомобилей для удобства остальных участников движения.

• Высокая конкуренция в использовании технологических новинок и стартапов. Предпочтение отдается инновациям в программной и аппаратной сферах, обеспечивающим основную долю монетизации проекта.

Все больше внимания уделяется интеллектуальным транспортным системам, картографическому ПО и универсализации компаний, что помогает привлекать дополнительные инвестиции от традиционных автопроизводителей. Например, Toyota инвестировала в Uber, General Motors приобрела долю в Lyft, а Volkswagen вложила $300 млн в Gett.

Автономные автомобили работают в таких отраслях как фермерство, управление запасами и строительство. Uber, Tesla и Mercedes-Benz экспериментируют с применением технологий автономного вождения в городских автобусах и полуприцепах.

При всей жесткости конкуренции на автомобильном рынке компании объединяются для снижения стоимости технологий для конечного потребителя. Например, первоначальное внедрение Waymo лидара обошлось в $80 тысяч за автомобиль, однако сейчас затраты снизились до $50 тысяч. Лидар рекламировался как радиолокационная обработка изображений, но на рынке уже появляются более совершенные технологии, что провоцирует компанию на снижение стоимости лидара.

Исследования показывают, что автомобили находятся на стоянках 95% времени, так что традиционная собственность постепенно превращается в устаревшую. Пользователи могут вызвать машину при необходимости, что позволит перейти от программ индивидуальной собственности к моделям совместной собственности.