Система автоматического управления автомобилем

Стремительное развитие автомобильных электронных систем делает реальной идею беспилотного автомобиля. Многие автопроизводители и производители автокомпонентов активно работают над созданием системы автоматического управления автомобилем. Задача решается по двум направлениям:

1. комплексная автоматизация автомобиля;
2. автоматизация отдельных режимов движения транспортного средства (парковка, движение в пробках, перемещение по автомагистрали).

Комплексный подход к созданию беспилотного автомобиля реализуют могущественный Google.

В настоящее время разрабатываются и внедряются различные системы автоматической парковки, обеспечивающие параллельную и (или) перпендикулярную парковку автомобиля в автоматическом режиме. Парковочный автопилот имеют в активе BMW, Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Opel, Toyota, Volkswagen.

Дальнейшее совершенствование системы адаптивного круиз-контроля позволяет реализовать автоматический режим движения автомобиля в пробках. В данном направлении работают Audi, Ford. Другим направлением является автоматизация движения автомобиля по автомагистрали. Разработки BMW, Cadillac основываются на существующих системах активной безопасности.

Беспилотный автомобль 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.

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.

Российский автопилот

Проект по созданию российского автопилота стартовал в начале 2012 года по инициативе компании РобоСиВи. Система включает два основных блока – навигационный комплекс ГЛОНАСС и т.н. комплекс технического зрения. Что входит в комплекс технического зрения компания пока не раскрывает, говориться только о большом количестве датчиков.

В настоящее время производится тестирование системы на малогабаритной модели, в которой реализованы функции прокладки маршрута, трогания с места, маневрирования, торможения при возникновении препятствия (транспортное средство, люди). Несмотря на то, что российская компания работы начала значительно позже Google, она имеет все шансы добиться конкурентного преимущества за счет невысокой цены (предположительно в 50 раз дешевле Google) и универсальности.

Система Temporary Auto Pilot

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.

Система Traffic Jam Assistant

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 рад 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.

Система Traffic Jam Assist

Систему автоматического движения в пробках готовит Ford и планирует ее использование на серийных автомобилях к 2017 году. Система Traffic Jam Assist включает радар и камеру, которые отслеживают движение соседних машин. Электронный блок управления выбирает нужную скорость и обеспечивает движение автомобиля в потоке.

Система ConnectedDrive Connect

Компания BMW работает над системой ConnectedDrive Connect (CDC), предназначенной для движения по автомагистрали. Система CDC включает ультразвуковой датчик, камеру, радары и лидар, сигналы от которых обрабатываются в электронном блоке управления. В результате воздействия на исполнительные механизмы различных систем автомобиля, изменяется его скорость и траектория движения. Помимо этого, система не превышает разрешенной на участке скорости, не производит обгон справа, а также возвращает автомобиль в свой ряд после обгона. В общем, в автопилоте реализован алгоритм идеального водителя. По заявлению компании система пока не готова к серийному применению.

Система 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.

Система 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.

Система автоматического управления автомобилем

Данная задача решается посредством работы по двум направлениям:

• Автоматизация всего автомобиля в комплексе;
• Автоматизация некоторых режимов передвижения автомобиля, таких как движение в пробках, парковка, движение по автомагистрали.

Первый подход, комплексная автоматизация транспортного средства в мире реализуют две фирмы – полная амбиций российская фирма РобоСиВи и повсеместно известная компания-гигант Google. На данный момент разрабатываются и реализуются разные системы, обеспечивающие автоматическую парковку, которые дают возможность осуществить перпендикулярную или параллельную парковку транспортного средства в автоматическом режиме. Автопилот для парковки уже можно обнаружить в активе таких фирм как Ford, Nissan, Toyota, Mercedes-Benz, Volkswagen.

Дальнейшее развитие систем адаптивного круиз-контроля дает возможность реализации специального автоматического режима передвижения машины в условиях пробок. Дальше всего в данном направлении продвинулись такие фирмы как Ford и Audi. Другим перспективным направлением автоматизации машин является автоматическое движение по автомагистрали. Разработки данной области, ведущиеся в Cadillac и BMV, основаны на системах активной безопасности, которые сейчас используются.

Система полного автоматического контроля автомобиля

На данный момент разработанная Google система автоматического контроля автомобиля реализована на шести опытных образцах автомобилей Lexus RX 450h, Audi TT и Toyota Prius, которые в беспилотном режиме проехали уже больше 450 тысяч километров. Система автоматического контроля, используемая в данных образцах, включает в себя такие устройства как набор радаров, лидар, датчик для оценки местоположения, видеокамера, GPS приемник, инерционный датчик движения.

Лидар представляет собой специальный вращающийся датчик, установленный на крыше автомобиля и сканирующий область вокруг автомобиля на расстоянии свыше шестидесяти метров. Он предназначен для создания трехмерной картины ситуации, складывающейся на дороге.

При помощи радаров система определяет точное расстояние до удаленных объектов. На опытных образцах установлено по четыре радара, один из которых расположен на задней части машины, а три оставшихся – на передней.

При помощи видеокамеры система автоматического контроля имеет возможность реагировать на сигналы светофоров и распознавать велосипедистов и пешеходов. Она смонтирована за зеркалом заднего вида на лобовом стекле.

Датчик оценки местоположения дает возможность определить, как движется автомобиль и где он расположен на карте. Датчик установлен в районе заднего левого колеса.

Инерционный датчик движения нужен для оценки направления замедления или ускорения, поперечного и продольного крена кузова машины и т.д. В качестве такого датчика обычно используется датчик, относящийся к системе курсовой устойчивости.

Данные от всех входных устройств проходят в компьютерный блок управления, где идет их обработка согласно заложенной в блок программе и на основании этого формируются различные управляющие воздействия на элементы управления. В качестве элементов управления используются различные компоненты тормозной системы, рулевого управления, системы контроля двигателя и курсовой устойчивости.

Российский автопилот

Российский проект по созданию системы автоматического управления был начат в 2012 году компанией РобоСиВи. Российская система состоит из двух блоков – комплекса ГЛОНАСС и компонента под названием система комплексного зрения. Что входит в состав второго компонента пока не раскрывается, утверждалось только, что в нем используется множество датчиков.

На данный момент заявлено, что система уже проходит тестирование на малогабаритной модели, в которой уже есть такие функции как трогание с места, прокладка маршрута, торможение при появлении препятствия, маневрирования. Хотя работы по созданию автопилота в российской компании были начаты заметно позже, чем в Google, существуют предположения, что у нее есть все шансы на получение конкурентного преимущества за счет заметно более низкой цены – заявлено, что российский аналог системы автоматического контроля будет почти в 50 раз дешевле системы от Google.

Temporary Auto Pilot система

В 2011 году широкой общественности была представлена система полуавтоматического контроля автомобиля ТАР, Temporary Auto Pilot, что переводится как «временный автопилот». Данная система дает водителю возможность в некоторых условиях отдать контроль над автомобилем автоматике.

Эта система объединила в себе ряд известных разработок от Volkswagen: систему помощи движению, систему распознавания дорожных знаков, систему адаптивного круиз-контроля. Для своего функционирования ТАР использует все входных устройства этих систем: радар, лидар, ультразвуковые датчики, видеокамеру.

Данная система дает оптимальный уровень автоматизации в зависимости от того, в каком состоянии находится водитель и какая ситуация складывается на дороге, способствуя безаварийному передвижению. Она работает на скорости только до 120 км/ч. На данный момент система уже готова для использования на серийных автомобилях.

Traffic Jam Assistant

Данная система, представленная Audi, является первой системой, используемой на серийных автомобилях для управления машиной в пробках. Она автоматически поддерживает заданное расстояние до впереди расположенной машины, разгоняется, тормозит, объезжает препятствия, поворачивает и даже может уступать дорогу автомобилям экстренных служб. По своей конструкции система сделана на основе системы адаптивного круиз-контроля и может функционировать на скорости до 60 км/ч.

ConnectedDrive Connect система

BMW на сегодняшний день работает над разработкой системы CDC (ConnectedDrive Connect), целью которой является обеспечение автоматического управления при движении по автомагистрали. Система состоит из камеры, ультразвукового датчика, лидара и радара, сигналы которых обрабатывает компьютерный блок управления. В результате сигналов от системы при помощи исполнительных компонентов различных систем машины меняется его траектория и скорость движения. Также система не превышает допустимой скорости, не делает обгон справа и способна возвращать автомобиль на свою полосу движения после обгона. К сожалению, согласно заявлению компании, система все еще не готова для внедрения в серийное производство.

Super Cruise система

Данная система от Cadillac дает возможность автопилоту управлять машиной при движении по автомагистрали. Она способна маневрировать, тормозить и продолжать движение по полосе без действий со стороны водителя.