Аутономна вожња: нивои, технологија и будућност

Алфа водич » Игре » Аутономна вожња: нивои, технологија и будућност

Аутономна вожња је за веома кратко време прешла пут од концепта научне фантастике до једног од главних циљева аутомобилске индустрије. Сваке године се најављују нови системи, пилот пројекти и законске промене, приближавајући нас идеји да седнемо у аутомобил, одредимо одредиште и заборавимо на остатак путовања.

Упркос томе, још увек смо далеко од тога да видимо аутомобиле без волана који масовно круже нашим градовима. Оно што већ имамо на тржишту су возила са различитим нивоима аутоматизације и добрим избором напредних система помоћи возачу (ADAS) који отварају пут ка потпуној аутономији. Хајде да јасно анализирамо како све ово функционише, које технологије ови аутомобили носе, који су SAE нивои, који је стварни напредак постигнут и који изазови остају да се превазиђу.

Шта је тачно аутономна вожња?

Пре него што почнемо са дискусијом о нивоима и брендовима, важно је разјаснити да не подразумева сваки „паметни“ аутомобилски систем аутономну вожњу . Референца коју користи скоро цела индустрија је стандард J3016 од SAE International (Друштва аутомобилских инжењера) , који прилично прецизно дефинише шта представља аутоматизовану вожњу и како се класификује.

Једноставно речено, аутономна вожња је способност возила да одрживо преузме неке или све динамичке задатке вожње (убрзавање, кочење, скретање, праћење околине, реаговање на неочекиване догађаје итд.), уз различите степене људског надзора. На највишим нивоима, аутомобил може да вози без икакве људске интервенције.

Да би се ово постигло, аутономно возило комбинује сензоре, процесоре, актуаторе и софтвер способан да опажа своју околину, тумачи шта се дешава, планира маневар и извршава га помоћу контрола аутомобила. Све се ово дешава у условима за које је пројектовано, познатим као домен оперативног дизајна (ODD) : тип пута, време, саобраћај, осветљење итд.

Главна мотивација иза ове технолошке трке није само практичност. Процењује се да је преко 90% саобраћајних незгода повезано са људском грешком . Смањење овог фактора, побољшање протока саобраћаја у градовима и олакшавање мобилности особама са потешкоћама у вожњи су неки од главних циљева аутономних аутомобила.

Како функционише аутомобил који се сам вози изнутра?

Аутоматски возач није само возило које „вози само себе“, већ сложена технолошка платформа. Да би функционисао, мора да опажа своју околину, прецизно се лоцира, одлучи шта да ради и безбедно изврши ту одлуку. Све ово се ослања на неколико технолошких компоненти.

Прво, ту су сензори за перцепцију окружења , који на неки начин замењују очи и уши возача. То укључује камере, радар, лидар, ултразвук, инфрацрвене сензоре и системе за ноћно гледање, између осталог. Сваки има своје предности и ограничења, због чега се обично комбинују.

Затим долази аспект позиционирања и навигације . Аутономно возило мора да зна своју локацију са много већом тачношћу него што то пружа конвенционални ГПС мобилни телефон. Да би се то постигло, користи сателитске навигационе системе (ГПС, ГЛОНАСС, Галилео, итд.), инерцијалну навигацију и, на најнапреднијим нивоима, мапе високе дефиниције које се континуирано упоређују са подацима које снимају сензори.

Све што ови уређаји снимају шаље се контролним јединицама са веома моћним процесорима . Ту долази до изражаја вештачка интелигенција: рачунарски вид, машинско учење и алгоритми за планирање који трансформишу сирове податке у конкретне одлуке о волану, папучици гаса или кочницама. То је оно што је у индустрији познато као аутоматизовани системи вожње (ADS).

Коначно, актуатори (електрични серво управљач, електронски контролисане кочнице, управљање мотором итд.) су одговорни за извршавање команди. Ако томе додамо комуникационе системе са другим возилима или са инфраструктуром (V2V, V2I), појављује се концепт повезаног аутомобила , кључан за потпуну аутономију у сложеним урбаним срединама.

Нивои аутономне вожње према SAE

Да би се избегла забуна, SAE успоставља шест нивоа аутоматизације, од 0 до 5 , који су постали глобални стандард. Оно што се мења од једног нивоа до другог је, у суштини, ко је одговоран за задатке вожње: човек, аутоматизовани систем или комбинација оба.

Ниво 0: без аутоматизације

На нивоу 0, све одлуке и радње су на људском возачу . Могу постојати системи за помоћ возачу као што су праћење мртвог угла или упозорење на судар напред, али ови системи не контролишу континуирано управљање или брзину. Они су само упозорења; они не преузимају контролу над возилом.

Ниво 1: Помоћ возачу

Ниво 1 обухвата прве системе који контролишу или уздужно или бочно кретање , али никада оба истовремено. На пример, адаптивни темпомат управља гасом и кочницама како би одржао безбедно растојање од аутомобила испред, или асистент за паркирање управља возилом док возач управља педалама.

Главни циљ је да вожња буде удобнија и донекле безбеднија , али одговорност је и даље у потпуности на возачу, који мора стално да надгледа возило.

Ниво 2: Делимична аутоматизација

На нивоу 2, који је већ прилично распрострањен на тржишту, возило може истовремено да управља управљањем и брзином у оквиру одређеног сценарија (обично аутопут или саобраћајне гужве). Ово омогућава аутомобилу да одржава своју траку, прилагођава растојање од возила испред и креће се у густом саобраћају готово „самостално“.

Типични примери укључују помоћ у одржавању траке која ради у комбинацији са адаптивним темпоматом , помоћ у саобраћајним гужвама и напредне системе за паркирање који контролишу и волан и педале. Упркос томе, аутомобил нивоа 2 није дизајниран да аутономно реагује на сваку неочекивану ситуацију , а возач мора стално бити опрезан и спреман да интервенише.

Ниво 3: Условна аутоматизација

Ниво 3 представља значајан корак напред, јер возило сада има аутоматизовани систем вожње способан да обавља све динамичке задатке под одређеним условима. Возач може да „препусти“ контролу аутомобилу, који затим сам вози без сталног надзора, али уз важне нијансе.

Систем има добро дефинисано оперативно окружење (на пример, загушене аутопутеве при малим брзинама) и способан је да управља вожњом док не открије да је на путу да напусти то окружење или наиђе на ситуацију коју не може да реши. У том тренутку, захтева од људског возача да поново преузме контролу, остављајући ограничено време за предају.

Ако возач не реагује на време или дође до квара на некој кључној компоненти, систем мора бити у стању да доведе возило у ситуацију минималног ризика , као што је контролисано заустављање на безбедном месту.

Ниво 4: Висока аутоматизација

На нивоу 4, аутомобил може да ради без људске интервенције унутар одређеног домена оперативног дизајна . Од возача се више не очекује да реагује на захтев за помоћ од система; у ствари, можда никога нема на возачевом седишту док возило ради у оквиру предвиђеног окружења.

Аутоматизовани систем вожње је способан да се носи са неочекиваним ситуацијама и управља ванредним ситуацијама како би самостално стигао до безбедне локације, чак и без интервенције возача. Међутим, и даље има географска и ограничења у погледу типа пута: може бити дизајниран, на пример, само за одређена урбана подручја, затворене кампусе или одређене аутопутеве.

Корисник и даље може да захтева преузимање контроле или деактивирање аутономног режима, али за разлику од нивоа 3, возило може да одложи деактивацију ако сматра да је то безбедније . А ако нико не одговори, обавезно је да се само безбедно заустави.

Ниво 5: Потпуна аутоматизација

Ниво 5 је „свети грал“: аутомобил способан да се креће у било ком окружењу и под било којим условима у којима би човек могао да вози . Не постоје ограничења у погледу типа пута, времена или одређеног подручја, барем у теорији.

У овом сценарију, возило може да функционише без елемената попут волана или педала , јер нема возача. Особа једноставно показује одредиште, а аутомобил се брине о свему, било да је у питању компликовано градско путовање или споредни планински пут усред магле.

Иако неке компаније раде на прототиповима блиским овом концепту — посебно у облику аутономних таксија — стварност је да још увек нема возила нивоа 5 доступних широј јавности , нити се очекује да ће то бити у блиској будућности.

Аутономни аутомобили и ADAS: где смо сада?

Важно је разјаснити да тренутно нема аутомобила нивоа 5 , па чак ни аутомобила нивоа 4, доступних појединачним потрошачима у салонима. Оно што имамо су аутомобили са вишеструким напредним системима помоћи возачу (ADAS) и неким специфичним системима који достижу напредни ниво 2, па чак и ниво 3 у строго контролисаним сценаријима.

Напредни системи помоћи возачу (ADAS) обухватају све оне функције помоћи возачу које су већ познате: аутоматско кочење у хитним случајевима, помоћ при одржавању траке, адаптивни темпомат, препознавање саобраћајних знакова, камере од 360 степени, аутоматско паркирање, детекцију умора возача итд. Њихова функција је да смање ризик од незгода и ублаже оптерећење возача , али у већини случајева не замењују у потпуности возача.

У Шпанији су важећи прописи веома јасни: возач не сме да пусти волан током вожње , чак и ако технологија аутомобила то може да поднесе. Ово ефикасно ограничава употребу система који се у другим земљама сматрају аутоматизацијом нивоа 3, па се овде они и даље користе као напредни системи помоћи возачу који захтевају сталну пажњу возача.

На другим местима, као што су неке државе САД или одређене европске и азијске земље, одобрени су тестови аутономне вожње у отвореном саобраћају , посебно са возним парковима роботаксија или услугама дељене мобилности. То су строго надгледана окружења са прилично контролисаним условима, али она показују да технологија сазрева.

Тренутни примери аутоматизованих система вожње

Да бисмо све горе наведено ставили у перспективу, вреди размотрити неке од најпопуларнијих система који се већ примењују на различитим тржиштима и који јасно илуструју разноликост приступа.

BYD Божје око

Божје око је BYD-ов напредни систем помоћи возачу , првобитно лансиран ван Европе, који се сада уграђује чак и у њихове најприступачније електричне моделе. Користи комбинацију LiDAR сензора, камера и радара за стално праћење околине аутомобила.

Са овим информацијама, може да контролише брзину, одржава положај траке, мења траке на аутопуту и ​​избегава сударе у одређеним ситуацијама. Такође је тестирана његова интеракција са повезаним семафорима, примајући податке у реалном времену о фази семафора како би предвидео заустављање или наставак кретања.

Иако је његово понашање у граду и при сложеним маневрима веома напредно, његова стварна класификација спада у ниво 2 аутоматизације : возач мора континуирано да прати и буде спреман да преузме контролу у сваком тренутку.

Тесла ФСД (потпуно аутономна вожња)

Теслин добро познати FSD је софтверски пакет који нуди веома напредне функције помоћи возачу . За разлику од других система, он се готово искључиво ослања на скуп камера око возила, занемарујући лидар и уместо тога користећи моделе вештачке интелигенције обучене на милионима километара података о корисницима из стварног света.

Међу његовим могућностима су навигација од врата до врата, аутоматска промена траке на аутопуту, препознавање семафора и знакова, аутоматско паркирање и чувена функција „Summon“ , која вам омогућава да померате аутомобил малом брзином помоћу мобилног телефона или кључа.

Упркос свом имену, које у неким видео записима може деловати као магија, FSD се тренутно сматра напредном аутоматизацијом нивоа 2. Тесла наглашава да возач мора остати пажљив и спреман да интервенише, јер систем још увек нема пуне могућности доношења одлука у свим могућим ситуацијама.

Форд БлуеЦруисе

Форд је представио свој систем BlueCruise у моделима попут Мустанга Mach-E , који се у Шпанији продаје уз претплату након пробног периода. Овај систем омогућава оно што сам бренд назива „вожњом без руку и са погледом на пут“ на одређеним аутопутевима и аутопутевима означеним као Плаве зоне.

Док се аутомобил креће кроз једну од ових зона, BlueCruise прати управљање, брзину, кочење и положај траке , истовремено одржавајући безбедну удаљеност од других возила. Камера у унутрашњости прати поглед и положај главе возача како би се осигурало да остане фокусиран на пут.

Возач може да склони руке са волана када систем то овласти , али мора остати спреман за реаговање. Систем се прилагођава спором саобраћају, заустављању и кретању у саобраћајним гужвама, и може да преда контролу ако корисник то захтева или ако напусти једну од плавих зона.

Мерцедес-Бенц ДРАЈВ ПИЛОТ

Мерцедес је отишао корак даље са својим DRIVE PILOT системом , који је сертификован као SAE систем нивоа 3 у неким америчким државама, постајући један од првих те врсте који је званично признат.

Под одређеним условима — одобреним деоницама аутопута и брзинама до приближно 65 км/х, посебно у густом саобраћају — DRIVE PILOT може потпуно преузети вожњу . У овом режиму, возач је законски овлашћен да обавља и друге задатке дозвољене законом, јер се систем сматра одговорним за вожњу док је активан.

Да би се ово постигло, возило укључује LiDAR, радар, редундантне камере и систем за позиционирање високе прецизности , као и архитектуру дизајнирану за безбедно управљање кваровима. Систем се нуди путем претплате, а Мерцедес ради на проширењу његове доступности на друга тржишта и путне мреже.

Роботакси и пројекти са „геооградама“ нивоа 4

Компаније попут Вејма (подружнице Алфабета, матичне компаније Гугла) и неки кинески оператери већ годинама тестирају аутономне таксије у одређеним урбаним подручјима . Ова возила раде у режиму нивоа 4 унутар одређеног географског подручја, без људског возача, иако увек под даљинским надзором и са строгим ограничењима.

У случају компаније Waymo, користе различите врсте сензора, укључујући LiDAR, радар, камере, системе за позиционирање и детекторе звука, како би препознали чак и сирене за хитне случајеве. Њихов софтвер је обучен у симулаторима, на затвореним кружним стазама, а касније и у стварном саобраћају, акумулирајући милионе километара искуства.

Кључне технологије у аутономној вожњи

Да би све горе наведено функционисало поуздано, аутоматизована возила се ослањају на скуп међусобно повезаних технологија. Сваки произвођач бира свој „рецепт“, али основни састојци су обично исти.

Сензори за перцепцију окружења

Аутономни аутомобили опремљени су различитим врстама сензора, сваки са својом специфичном улогом. Њихов комбиновани рад омогућава конструисање динамичне, тродимензионалне слике околине возила.

Ултразвучни сензори су савршени за детекцију веома блиских објеката, као што је приликом паркирања. Они раде тако што емитују нечујне звучне таласе и мере време потребно да се одбију назад. Њихова ниска цена их је годинама учинила уобичајеним у системима за помоћ при паркирању и периметарским алармима.

Сателитски системи за позиционирање — GPS, GLONASS, Galileo — омогућавају вам да знате тачну локацију аутомобила на планети захваљујући трилатерацији са више сателита. Сами по себи имају маргину грешке од неколико метара, али када се комбинују са другим техникама корекције и подацима мапа високе дефиниције, њихова тачност се побољшава до нивоа погодних за напредну аутоматизацију.

Инерцијална навигација се ослања на акцелерометре и жироскопе за процену положаја, оријентације и брзине возила без спољних референци. Често се користи као допуна сателитском позиционирању како би се ублажиле привремене грешке или губитак сигнала, иако сама по себи не постиже тачност потребну за навигацију нивоа 4 или 5.

Инфрацрвени сензори и системи за ноћно гледање пружају вредне информације у условима слабог осветљења, омогућавајући детекцију пешака, животиња или препрека које би конвенционалне камере тешко виделе. Неки врхунски модели већ годинама нуде ову технологију као опцију.

Видео камере су сада свеприсутне. Јефтине су и знатно су побољшане у квалитету, али изазов лежи у софтверу који је способан да интерпретира оно што приказују: линије трака, знакове, пешаке, бицикле, возила, радове на путу итд. На њихове перформансе може утицати јака киша, магла, прљавштина на објективу или слабо осветљење.

Радар користи електромагнетне таласе за детекцију објеката и мерење њихове удаљености, брзине и путање. Ради веома добро до неколико стотина метара и мање је осетљив на неповољне временске услове. Због тога је постао широко распрострањен у функцијама као што су адаптивни темпомат, праћење мртвог угла и аутоматско кочење у случају нужде.

ЛиДАР (ласерско снимање, детекција и одређивање даљине) емитује ласерске импулсе и мери време потребно да се они врате, креирајући 3Д мапе састављене од облака тачака са веома високим нивоом детаља. Ове информације омогућавају веома прецизну реконструкцију окружења, укључујући ивице путева, препреке, улични намештај и друга возила.

HD мапирање, напредна локализација и интерпретација података

Да би се постигао висок ниво аутономије, није довољно знати „мање-више“ где се аутомобил налази. Потребне су мапе високе дефиниције и системи локализације који комбинују сателитске податке, сензоре возила и прецизно мапирање .

Неке специјализоване компаније, као што су TomTom, HERE и Mobileye , креирају ове детаљне мапе, укључујући информације о тракама, хоризонталној и вертикалној сигнализацији, фиксним карактеристикама пута и другим детаљима који олакшавају аутоматизовану навигацију. Свака компанија користи различите сензоре (неке дају приоритет радару, друге камерама, а треће LiDAR-у) за прикупљање података.

Типичан приступ укључује поређење онога што сензори аутомобила виде у реалном времену са сачуваном мапом . Ако се „слика“ поклапа, систем може позиционирати возило са великом прецизношћу, што је кључно за сложене маневре или високо структурирана окружења као што су аутопутеви са више трака.

Занимљив пример је Кадилаков Супер Круз , доступан на неким моделима у Сједињеним Државама. Овај систем омогућава вожњу без употребе руку на унапред мапираним деловима аутопута (где је то дозвољено законом), комбинујући ХД мапе, камере, адаптивни темпомат и ГПС. Међутим, не достиже ниво 3: не мења траке аутоматски нити избегава неочекиване препреке, а возач мора стално да буде пажљив.

Комуникација између возила и инфраструктуре (V2X)

Системи за комуникацију возила омогућавају аутомобилима и самој инфраструктури (семафорима, информативним таблама, станицама поред пута) размену података у реалном времену. Ово се назива V2V (возило-возило) када комуницирају једни са другима, и V2I (возило-инфраструктура) када комуницирају са елементима пута.

Ова комуникација може да користи 5G или наменске технологије комуникације кратког домета (DSRC) које раде на одређеним опсезима, са дометом до једног километра и двосмерним могућностима. Ово омогућава слање упозорења о наглом кочењу испред, присуству заустављеног возила, клизавим површинама пута или променама фазе семафора.

Иако нису строго неопходни за функционисање аутономног аутомобила — заправо, компаније попут Вејма су показале да се напредак може постићи и без ослањања на њих — они значајно побољшавају предвиђање и безбедност и сматрају се важним делом будућег екосистема мобилности.

Редундантност и безбедност система

У аутономном возилу, квар софтвера или хардвера не може једноставно довести до потпуног губитка контроле. Стога, произвођачи раде на архитектурама са високим нивоом редундантности у свим критичним системима: управљању, кочницама, напајању, комуникацији, сензорима, позиционирању итд.

Идеја је да ако кључна компонента откаже, други паралелни систем може преузети контролу или бар довести возило у стање минималног ризика. На пример, у систему кочења, традиционална вакуум пумпа може бити замењена електромеханичком пумпом којом се може управљати и јединица за контролу стабилности и аутоматизовани систем вожње, чиме се обезбеђује више начина за активирање кочница чак и ако један део система откаже.

Од нивоа 3 надаље, ова редундантност није луксуз, већ основни безбедносни захтев , посебно зато што се на тим нивоима возач више не сматра директно одговорним за реаговање на било који технички проблем.

Тренутна ситуација, изазови и будућност аутономне вожње

Данас имамо широко распрострањена возила нивоа 1 и 2 , неке специфичне системе нивоа 3 у стварним тестирањима и веома ограничене пројекте нивоа 4 (роботски таксији, руте за камионе, затворени кампуси итд.). Ниво 5, за сада, остаје у домену напредних истраживања и технолошких демонстрација.

Напредак није само технолошки. Такође се обавља значајан рад на регулаторним оквирима и безбедносним стандардима . У Европи, нови општи прописи о безбедности возила отворили су врата системима нивоа 3, а у земљама попут Шпаније, концепт „аутоматизованог возила“ је већ први пут укључен у Закон о безбедности саобраћаја.

Упркос томе, остају главни изазови: дефинисање правних одговорности у случају несреће , обезбеђивање сајбер безбедности од потенцијалних напада, заштита приватности података које генеришу ова возила (руте, навике коришћења, стална локација) и прилагођавање полиса осигурања сценарију у којем возач можда није тај који доноси одлуке.

Такође постоје значајна етичка и друштвена питања прихватања. Многи људи су и даље опрезни према идеји да се уђу у аутомобил који сам вози , посебно након познатих инцидената који укључују злоупотребу система помоћи возачу. Стога произвођачи, владе и технолошке компаније морају да раде заједно како би изградили поверење и показали, уз помоћ података, да ови системи смањују број несрећа.

Што се тиче временских рокова, најреалније прогнозе предвиђају значајно присуство возила нивоа 4 у одређеним областима око 2030-их , првенствено у облику аутономних такси услуга или теретног превоза дуж одређених коридора. Широко распрострањен ниво 5 се генерално пројектује након 2040. године, а неки стручњаци сумњају да ће бити у потпуности постигнут под свим замисливим условима.

У међувремену, веома је вероватно да ћемо у наредних 10-15 година наставити да виђамо све више аутономних аутомобила, али са воланом и возачем који контролише , уз подршку све интелигентнијих асистената: готово без надзора вожња аутопутем, потпуно аутоматизовано паркирање, напредно управљање саобраћајем захваљујући 5G и комуникацији са семафорима и другом инфраструктуром итд.

Са свим што је већ примењено и оним што је на путу, аутономна вожња напредује стално, али корак по корак: данас технологија коегзистира са возачем као веома способним копилотом, и мало по мало ће преузимати све више одлука док, у многим случајевима, човек не постане само путник који бира одредиште док возило обавља остатак посла.