Переизобретая автомобиль: когда на дорогах ждать машин без руля

Lexus LS научили останавливаться на красный свет, предотвращать съезд с дороги и распознавать пешеходов (Фото: AP)

Только без рук

Все больше мировых автопроизводителей делают ставку на технологии автоматизации вождения, включаясь в гонку по созданию полностью автономного автомобиля. Конкуренцию им составляют IT-гиганты Google и Apple. Разработчики утверждают, что беспилотные авто способны коренным образом преобразить существующую транспортную систему, превратив ее в высокоинтеллектуальную цифровую среду. Это не только сведет к нулю смертность и травматизм на дорогах, но и повысит социальную мобильность, улучшит экологическую обстановку, а также даст импульс развития новым сервисам в самых разных областях. Более того, новый вид машин может похоронить концепцию личного автомобиля.

По прогнозу Boston Consulting Group (BCG), объем рынка технологий автономного вождения к 2025 году увеличится до $42 млрд, а доля автономных машин в общей структуре мировых продаж составит к этому времени 12–13%, или 14,5 млн единиц, из которых порядка 600 тыс. будут полностью автономными. McKinsey Global Institute к этому году дает чуть большую долю беспилотных автомобилей (как полностью автономных, так и полуавтоматов): 15–20%. Суммарная экономия, которую обеспечат беспилотники, может составить более $1 трлн, а число аварий со смертельным исходом снизится на 70%.

Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) предполагает, что к 2040 году машины с автономными технологиями составят 75% от общего числа автомобилей во всем мире. «В ближайшие десятилетия, спустя 125 лет самостоятельного вождения, автоиндустрия подвергнется радикальным изменениям, с которыми отрасль не сталкивалась вот уже 100 лет», — объясняет соавтор исследования BCG аналитик Томас Даунер.

Автоматизация уже стала эффективным средством снижения аварийности. По данным Европейской и Австралийской программ оценки новых автомобилей (Euro NCAP и ANCAP), использование систем экстренного торможения снижает число случаев столкновения автомобилей при движении задним ходом на 38%. Audi ссылается на данные, согласно которым за последние пять лет благодаря использованию автоматической системы экстренного торможения число травм пассажиров снизилось на 38%.

Пентагон — двигатель прогресса

Эксперименты в области автоматизации вождения начались еще в 1920-х годах, а первые автономные прототипы появились в 1980-х, к началу 2000-х идеей заинтересовалось Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA), которому человечество обязано созданным в 1969 году прототипом интернета.

В 2003 году DARPA объявило о соревнованиях машин-роботов DARPA Grand Challenge с призовым фондом $1 млн, поставив перед их участниками задачу разработать беспилотный автомобиль, способный автономно проехать 240 км. Конкурс заинтересовал не только традиционных автопроизводителей, но и различные исследовательские институты. Созданные для DARPA прототипы стали основой долгосрочных программ мировых автогигантов по автоматизации вождения, а также по созданию полуавтономных, автономных и беспилотных авто.

В конкурсе 2003 года не выиграл никто — в состязаниях заявились 107 команд, на старт были выставлены 15 машин, но пройти они смогли лишь 5% от заданного пути. Через год конкурс повторили, увеличив призовую сумму вдвое, на этот раз победителем оказалась команда Стэнфордского университета. На состязания он выставил совместную разработку своей лаборатории искусственного интеллекта и лаборатории Volkswagen по исследованиям в области электроники VWERL — Stanley. Робот был создан на базе усовершенствованного внедорожника VW Touareg, оснащен семью процессорами Pentium M, радаром, лазерными дальномерами, инерционными сенсорами и стереовидеокамерами.

Профессор Себастиан Трун,  глава гоночной команды​ Стэнфордского университета, после победы в соревновании машин-роботов DARPA Grand Challenge.

(Фото: AP)

Stanley был способен идентифицировать неподвижные объекты и неровности рельефа, расположенные спереди. Разработанный при помощи специалистов из Стэнфорда в 2006 году на базе VW Passat Junior уже мог воспринимать объекты, окружающие его со всех сторон, в том числе высокоскоростные. Так же, как и Stanley, Junior был оснащен лазерной системой навигации, радаром и видеокамерой. В конце 2007 года Volkswagen выделил Стэнфордскому университету $2 млн на создание лаборатории автомобильных инноваций Volkswagen. Через три года модернизированный Junior — Junior 3 — успешно продемонстрировал функцию валет- и автоматической парковки. Последняя активизируется по команде смартфона по Wi-Fi, после чего автомобиль автономно находит на стоянке свободное место и паркуется.

Volkswagen и другие

Следующим «автономным» проектом Volkswagen стал Audi Pikes Peak TTS, который концерн запустил совместно со Стэнфордским университетом и IT-корпорацией Oracle. В августе 2010 года автомобиль, получивший название Shelley, во время испытаний на высохшем соленом озере Бонневилль (штат Юта) установил рекорд скорости для автономных машин, разогнавшись до 209 км/ч, а месяц спустя совершил скоростной подъем к вершине Pikes Peak в горах Колорадо-Спрингс (штат Колорадо). Дорогу к вершине длиной 20 км, со 156 поворотами, автомобиль преодолел за 27 минут. В конце 2012 года Shelley прошел калифорнийский гоночный трек Thunderhill Raceway со скоростью, близкой к скорости, достигаемой автомобилями, управляемыми гонщиками, — 193 км/ч.

Audi TTS Pikes Peak

(Фото: audi.com)

В 2013 году Audi получила разрешение — второе по счету после Google — на тестирование своей автономной модели на дорогах общего пользования штата Невада. В том году Audi презентовала автономную A7. Автомобиль оснастили системой стоп-старт и круиз-контролем, корректирующими скорость и расстояние до впереди идущих машин; двумя радарными сенсорами с углом сканирования 35 градусов, идентифицирующими объекты в зоне перед машиной протяженностью 250 м; камерой с широкоугольным объективом, распознающей полосы движения и идентифицирующей пешеходов и иные объекты; восьмью ультразвуковыми датчиками, контролирующими зоны непосредственно впереди и по углам машины, а также лазерным сканером с углом сканирования 140 градусов, предоставляющим точные данные, собираемые с зоны впереди машины протяженностью 80 м. Машину также оснастили функцией автономной парковки, активируемой с помощью смартфона.

Тогда же, в январе 2013 года, на автосалоне NAIAS в Детройте Audi представила свой самый спортивный беспилотный концепт Audi RS7, который получил название Bobby. Испытания машины мощностью 560 л.с. прошли в 2014 году на двух треках — испанском Ascari и немецком Хоккенхаймринг, где она разогналась до 205 км/ч и 240 км/ч соответственно. Навигация осуществлялась по радарам, сенсорам, GPS и 3D-камерам, отсутствовавшим в релизе A7. Audi интегрирует cистему автономного вождения в серийное производство. В конце 2016 года ожидается следующее поколение седана Audi A8, который сможет самостоятельно ездить на скорости до 60 км/ч.

Другой гигант автопрома, Mercedes-Benz, приступил к выработке алгоритмов для системы автономного вождения в начале 2010-х совместно с Институтом измерений и контроля технологий Технологического института Карлсруэ (Германия). Плодом этого сотрудничества стала система навигации Route Pilot, которая позволяет машине определять свое местоположение при помощи сенсоров, сверяясь с цифровой картой, и самостоятельно прокладывать себе маршрут. Испытания автономного концепта, в основу которого легли технологические платформы моделей E- и S-класса, начались в 2012 году. В августе 2013 года прототип S500 Intelligent Drive успешно преодолел дистанцию в 104 км. Система Intelligent Drive использует по четыре радара малого и дальнего радиуса действия, четыре видеокамеры, а также GPS-навигатор. Она распознает светофоры, разметку, пешеходов, соседние машины, сканирует пространство спереди и сзади и корректирует движение в автомобильном потоке, предотвращая возможные столкновения.

В январе 2014 года на выставке CES в Лас-Вегасе Mercedes-Benz представил очередной автономный прототип F015 Luxury in Motion, в котором акцент смещен с функции автономного режима на взаимодействие машины с водителем/пассажирами и внешним миром. Кроме того, в июле 2014 года Mercedes-Benz испытал автономный грузовик Future Truck 2025. В сентябре 2014 года автомобиль дебютировал на Ганноверской юбилейной выставке коммерческого транспорта.

Как автомобиль автомобилю

Системы обмена данными между машинами vehicle-to-vehicle (V2V) начали создавать давно, уже в 1999 году конгресс США принял решение выделить под эту программу радиочастоты 5,9 ГГц. В настоящее время V2V активно разрабатывается такими компаниями, как General Motors, Toyota, BMW, Daimler, Ford, Honda, Audi, Volvo и Car-to-Car Сommunication Сonsortium.

В 2009 году в Евросоюзе стартовал проект SARTRE (Safe Road Trains for the Environment), испытывающий возможности движения автоколонн, когда все последующие машины полностью повторяют модель движения первой (одна из функций V2V). Проект был запущен Еврокомиссией и Институтом развития транспортных средств (Германия).

Успешные испытания с участием автомобилей Volvo прошли в 2011 и в 2012 годах в Швеции (на тестовом полигоне) и Испании (на дороге общего пользования). В рамках SARTRE Volvo испытала адаптивный круиз-контроль, City Safety (считывание информации об объектах впереди автомобиля), систему предупреждения о съезде с полосы движения, о слепых зонах, а также автопарковку. Тест прошли компактный кроссовер XC60, универсал V60 и седан S60.

В мае 2010 года GM представил концепт-кар EN-V с интегрированной V2V-системой, системой GPS и сенсорами. При создании EN-V были использованы «автономные технологии», составлявшие начинку концепт-кара Chevrolet Boss Tahoe, одержавшего победу в DARPA Grand Challenge 2007 года. Boss создавался совместно со специалистами Университета Карнеги — Меллон.

В частности, заложенная в EN-V технология V2V позволяет формировать «автопоезд», когда машины учитывают скорость и маневры соседних машин для обеспечения более плотного автопотока. Кроме того, V2V в EN-V дает возможность идентифицировать приближающийся транспорт и распознавать запланированные им маневры, чтобы с учетом этого выстраивать безопасный маршрут.

EN-V 2.0 была представлена в 2011 году. Автомобиль, по данным американских СМИ, может поступить в продажу уже к 2020 году. Данные об ожидаемом годе выпуска авто на официальном сайте GM не приводятся.

По оценке Главного управления по обеспечению безопасности дорожного движения Минтранса США, внедрение V2V позволит ежегодно предотвращать порядка 592 тыс. аварий. По планам разработчиков, система V2V будет позволять обмениваться такими данными, как местоположение, скорость, направление рулевого колеса, состояние тормозной системы. Именно эти данные и позволят предотвращать проблемы на дороге.

Собственную V2V разработал и Daimler (Mercedes-Benz). Системой, получившей название Car-to-X-Communication, оснащен автономный Mercedes-Benz E-Class, который будет представлен на автосалоне в Детройте в январе 2016 года.

Аналогичную технологию взяла на вооружение и Toyota. В январе 2013 года на выставке CES в Лас-Вегасе компания представила экспериментальную модель Lexus LS, оснащенную технологией Intelligent Transport Systems (ITS), которая может лечь в основу автономного прототипа. ITS включает функцию автономного сканирования дорожных условий, оценки состояния водителя (на случай, если он уснет), а также обмена данными с другими автомобилями. Lexus LS научили останавливаться, реагируя на запрещающий сигнал светофора, предотвращать съезд с дороги, а также распознавать пешеходов.

К 2017 году власти США планируют принять технологические стандарты системы V2V и придать ей обязательный характер.

Авто без водителя: мировые концерны в гонке за рынок машин-беспилотников

Фотогалерея 

Умная дорога

Следующий этап развития интегрированной транспортной системы — обмен данными между автомобилем и объектами инфраструктуры (V2I). В 2012 году Automotive Institute Survey по результатам опроса более 100 руководителей автомобильных компаний объявил, что они считают V2I куда более перспективной технологией, чем V2V.

Среда «автомобиль — инфраструктура» в отличие от V2V, состоящей из отдельных автомобилей, имеет центральное ядро — контроллер, который собирает и транслирует данные о состоянии дорожной ситуации. В задачи машины в таком случае входит не только избежание опасных ситуаций, но и информирование включенных в сеть объектов дорожной инфраструктуры, например светофоров.

В перспективе такие системы будут способствовать снижению выбросов в атмосферу и помогут избавиться от пробок. Исследователи из Массачусетского технологического университета и из компании Honeywell так описывали перспективные системы умного дорожного движения: когда «плотность трафика низка, центральный инфраструктурный контроллер работает на улучшение топливной эффективности и сокращение выбросов отдельных автомобилей, смягчая их ускорение и торможение». В случае же попадания автомобилей в пробку контроллер «в первую очередь будет озабочен расчисткой пробок на перекрестках», придавая эффективности расхода горючего второстепенное значение.

Одной из первых в 2006 году работать в этом направлении начала Volvo. В 2012 году на своем треке во Франкфурте начала обкатку оснащенных технологией V2I машин BMW: по Wi-Fi автомобили могли связываться не только между собой, но и со светофорами и машинами экстренных служб. Единая система анализировала положение автомобилей перед включением запрещающего сигнала светофора, принимая за водителя решение, сбросить газ, чтобы плавно затормозить, или — если машина находилась в «зеленой зоне» — напротив, ускориться, чтобы успеть проехать на зеленый свет.

В 2014 году Volvo вместе со Шведским управлением транспорта и Норвежской администрацией общественных дорог запустил тестирование другого проекта: на дороги двух стран были выпущены 50 автомобилей, связанных не только между собой, но и с единым дата-центром. В ходе этих испытаний тестировались, например, возможности автоматической передачи данных о гололеде — сведения о состоянии дорожного покрытия одновременно поступали остальным участникам проекта и дорожным службам.

Первым автомобилем, который будет оснащен обеими технологиями — и V2V, и V2I, — станет в 2017 году Cadillac CTS, объявила в прошлом сентябре глава компании GM Мэри Барра. В июне этого года заявил, что будет оснащать новые модели технологией V2I, и концерн BMW. Разработанное базирующейся в Орегоне компанией Connected Signals программное обеспечение на платформе Apple iOS позволит отслеживать в реальном времени сигналы светофоров, которые будут загораться красным только при необходимости — для регуляции трафика.

Однако для того, чтобы V2I заработала полноценно, в единую систему должна быть объединена светофорная сеть. В Европейском союзе, очевидно, этот процесс пойдет быстрее, так как разработки в этой сфере активно поддерживает Еврокомиссия. В США пока что эту систему поддерживают только города Портленд и Юджин в штате Орегон и столица Юты Солт-Лейк-Сити.

Не доросли до будущего

Уже сегодня специалисты сходятся во мнении, что за V2I последуют иные системы, которые усилят интеграцию транспортной архитектуры, такие как V2P (автомобиль — пешеход) и V2X (автомобиль— комплексная информационная среда). В результате функции водителя полностью возьмет на себя автомобиль.

Основным препятствием на пути создания полностью автономного автомобиля остается законодательство, в том числе международное. Принятая в 1968 году и вступившая в силу девять лет спустя Венская конвенция о дорожном движении постулирует, что «каждый водитель в течение всего времени должен осуществлять контроль над автомобилем».

Запрет на использование беспилотных машин поддерживается и национальными законодательствами. В США в настоящее время разрешают испытывать такие автомобили на дорогах общего пользования только штаты Невада, Флорида, Мичиган, Калифорния и Виргиния. В 2013 году Audi получила разрешение на тестирование своей автономной модели на дорогах общего пользования штата Невада. Но даже здесь местное законодательство требует, чтобы во время испытаний за рулем находился пилот, готовый в любой момент взять на себя управление машиной. Однако планы по созданию транспортных систем для автономных машин есть у отдельных муниципалитетов Бельгии, Франции, Италии и Великобритании. Власти Германии, Нидерландов и Испании уже выдавали разрешения на испытания автономных машин на дорогах общего пользования.

Как рассказывал Bloomberg в октябре Марк Ройс, глава департамента развития продуктов GM, эволюцию беспилотных технологий GM можно представить следующим образом: 2010 год — «Контроль у водителя», 2016 год — «Контроль в основном у водителя», 2020 год — «Контроль в основном у автомобиля» и 2025 год — «Контроль у автомобиля».

К концу 2016 года General Motors начнет испытывать автономный Chevrolet Volt. Проект, по информации The Verge, будет представлять собой что-то наподобие сервиса Uber, только без водителя. Volt можно будет вызвать с помощью приложения, после чего самостоятельно выбрать пункт назначения. Как и концепты, которые Google тестировала на дорогах общего пользования, Volt будут оснащены рулем и педалями на случай, если у человека возникнет необходимость взять управление на себя.