С наступлением эры 5G требования людей к безопасности, надежности, комфорту и интеллектуальности автомобилей становятся все выше и выше. Беспилотные автомобили в корне ломают традиционный режим управления движением по дороге водителем, и переходят на замкнутый режим управления непосредственно транспортным средством на дороге с помощью сенсорного компьютера управления, что не только отвечает требованиям людей к технике вождения, но и значительно повышает безопасность вождения. В данной статье анализируется история развития и технологии беспилотных транспортных средств.
Ключевые слова: автономное вождение; автоматическое управление; развивать; ключевые технологии.
Введение
Концепция беспилотных автомобилей предлагалась на протяжении десятилетий и привлекла внимание многих научно-исследовательских учреждений, но до сих пор реальное массовое производство беспилотных автомобилей не производилось. Беспилотные автомобили делятся на 6 уровней, а именно от L0 до L5, чем выше уровень, тем выше степень автоматизации, из которых L4 и L5 в основном достигли истинного уровня беспилотных автомобилей [1], что также является основной целью развития беспилотных автомобилей. В данной работе анализируется история развития и технологии автономного вождения.
1. Эволюция автомобилей без водителя
1.1 История развития беспилотных автомобилей за рубежом
Беспилотные технологии начали развиваться из идеи радиоуправляемых автомобилей. В 1925 году был разработан первый радиоуправляемый автомобиль, известный как «Американское чудо» (American Wonder). Это транспортное средство могло выполнять простые команды через радиосигнал, такие как старт, повороты, движение назад и другие. Хотя этот автомобиль не был настоящим беспилотным, его разработка открыла путь для дальнейших исследований в области беспилотных технологий и привлекла внимание к этому направлению.
В 1960–80-е годы развитие компьютерных технологий привнесло новые идеи и методы, такие как компьютерное зрение, что стало основой для создания беспилотных автомобилей [2]. В 1972 году Стэнфордский исследовательский институт в США разработал робота под названием Shakey, который стал важным шагом на пути к автоматизации и заложил фундамент для беспилотных технологий.
В 1977 году японский исследовательский центр Цукуба разработал первый в мире беспилотный автомобиль, который мог точно определять навигационные цели с использованием фототехнической системы. Это был первый случай применения технического зрения в разработке беспилотного автомобиля [3]. В 1980–90-х годах с развитием технологий управления и сенсоров беспилотные технологии сделали новый шаг вперед.
В 1986 году была успешно разработана система NavLab, которая интегрировала компьютерную обработку изображений и сенсорные системы для управления транспортным средством. Это позволило реализовать автоматическое движение автомобиля с использованием нейронных сетей для управления направлением и скоростью. Хотя на первых этапах система могла контролировать только направление и скорость, это было важным достижением для дальнейшего развития беспилотных технологий [4].
В 1996 году Университет Пармы в Италии создал прототип беспилотного автомобиля ARGO, который после нескольких улучшений стал успешным и способствовал дальнейшему прогрессу в области автономного вождения.
2. Анализ технологий беспилотных автомобилей
2.1 Ключевые технологии
2.1.1 Технология радарного мониторинга
Для беспилотных автомобилей радарные системы играют ключевую роль в мониторинге окружающей среды. К этим системам предъявляются высокие требования: они должны быть компактными, обладать высокой дальностью обнаружения и точностью, а также быстрой скоростью передачи данных. Радар должен обеспечивать эффективное обнаружение объектов на больших расстояниях и помогать автомобилю быстро реагировать на изменения ситуации [5]. Сегодня наибольшее распространение получили миллиметровые радары и LiDAR (лазерные радары), которые обеспечивают более высокую надежность по сравнению с ультразвуковыми датчиками.
2.1.2 Построение высокоточных карт
Построение карт высокой точности, несомненно, является необходимой предпосылкой для реализации автономного вождения и играет незаменимую роль в восприятии, анализе и принятии решений автомобилями. Поскольку беспилотное вождение предъявляет чрезвычайно высокие требования к высокоточным навигационным электронным картам, не так много компаний инвестировали в исследования и разработки. Судя по текущей ситуации в стране и за рубежом, построение карт высокой точности только вступило в предварительную стадию, что с трудом поддерживает дальнейшее развитие технологии беспилотного вождения, а также представляет сложность для технологии беспилотного вождения.
2.1.3 Технология чипов
Чипы для беспилотных автомобилей выполняют роль «мозга» машины, обеспечивая обработку данных и принятие решений. В отличие от обычных чипов, которые используются в традиционных автомобилях, чипы для беспилотных автомобилей обладают гораздо большей мощностью, так как они должны поддерживать функции искусственного интеллекта и обработки данных в реальном времени. Разработка таких чипов является технически сложной задачей, требующей высоких производственных стандартов.
2.2 Технология автоматического управления
2.2.1 Адаптивный круиз-контроль (ACC)
Адаптивный круиз-контроль (Adaptive Cruise Contro, ACC) — это система, которая не только поддерживает постоянную скорость, как традиционный круиз-контроль, но и автоматически регулирует расстояние до впереди идущего автомобиля, а также может замедлять или ускорять транспортное средство в зависимости от ситуации.Когда перед автомобилем нет препятствий, система будет поддерживать заданную скорость, а при возникновении препятствия (например, другого автомобиля) она замедлит движение, удерживая безопасную дистанцию [8].
Рис. 1. Два режима работы ACC — управление постоянной скоростью и управление следованием
2.2.2 Система автоматического торможения (AEB)
Система автоматического экстренное торможение (Automatic Emergency Braking, AEB), являясь одним из видов технологий защиты безопасности для автомобилей без водителя, обнаруживает препятствия перед автомобилем с помощью радара и камеры, и благодаря компьютерной арифметике может быстро и эффективно реагировать, что позволяет в значительной степени снизить количество жертв [6].В настоящее время применение AEB является относительно зрелым по сравнению с другими технологиями, и оно было установлено и введено в эксплуатацию на многих автомобилях, таких как Volvo, Volkswagen CC, Audi A6L, Mercedes-Benz E-Class и другие [7].Однако на автомагистралях, где скорость движения выше, польза от AEB ограничена, и исследования в этой области направлены на улучшение реакции системы при высоких скоростях.
2.3 Технология тросового управления
Система проводного управления используется для передачи информации о состоянии автомобиля с помощью датчиков в центральный процессор. Процессор затем управляет автомобилем, обеспечивая его автономное движение без участия водителя. Эта система также может работать в рамках дистанционного управления, заменяя традиционные механические элементы управления.
3. Проблемы беспилотных автомобилей
Законодательство, касающееся беспилотных автомобилей, пока не развито. Существующие законы о дорожном движении ориентированы на водителей, что создает правовые пробелы для беспилотных автомобилей. Кроме того, общественное восприятие беспилотных автомобилей остается скептическим, и многие люди сомневаются в их безопасности и надежности.
Технологически беспилотные автомобили сталкиваются с многочисленными трудностями. Они требуют высокого уровня безопасности и стабильности, что делает их технически сложными в реализации. Технологии, такие как датчики, принятие решений и планирование маршрутов, еще находятся на стадии разработки, что требует дополнительных исследований и испытаний.
Заключение
Развитие технологий автоматического управления оказывает глубокое влияние на автомобили без водителя. В последние годы технология беспилотных автомобилей стремительно развивается, но до сих пор остается много нерешенных проблем. В будущем, с развитием алгоритмов глубокого обучения и улучшением способности автоматического вождения к мультимодальному восприятию, это будет способствовать коммерческой эксплуатации автомобилей без водителя.
Литература:
- Zhang Huanjiong. Анализ ключевых технологий системы транспортных средств без водителя [C]// Китайская ассоциация науки и техники, Министерство транспорта, Китайская инженерная академия, Народное правительство провинции Хубэй. Труды Всемирной конференции по транспорту 2022 (WTC2022) (Транспортное планирование и междисциплинарная часть). Труды Всемирного транспортного конгресса 2022 (WTC2022) (Транспортное планирование и междисциплинарная часть).
- Zhao Liang, Gao Shifan, Zhang Shengbo, et al. Программируемый линейный мемристор на основе флэш-памяти и его память — компьютерная интегральная схема и система [J]. Chinese Science: Information Science, 2022, 52 (1):176–186.
- Gao Hailong, Li Chao, Zhou Zheng, et al. Исследование состояния и метода тестирования полноскоростной адаптивной системы круиз-контроля для легковых автомобилей [J]. Автомобильная наука и техника, 2022(4):60–68.
- ALVINN Exploration: Самоуправляемый автомобиль 1989 года.Leifeng.com (leiphone.com).
- ZHOU Xuelian, LI Anxin, JIANG Xiao, HE Yuxiang. Исследование микрокомпьютерной технологии автоматического управления автомобилем без водителя [J]. Southern Machine,2020,51(06):114.
- Li Mendeng. Перспективы беспилотных автомобилей в Китае через трудности, связанные с отсутствием ядра [J]. Robotics industry,2021(03):16–22.
- Япония запустит тест эффективности автоматического торможения для пешеходов [J]. Agricultural Equipment and Vehicle Engineering,2017,55(09):97.
- 19–3 Состав и принцип работы системы адаптивного круиз-контроля ACC_Shenzhen Jilian-CSDN Blog.
