Беспилотники или машины с автопилотом? Ликбез по технологиям автономности транспорта

Какими только терминами сейчас ни пестрят новости и пресс-релизы в автомобильной индустрии — машины вроде как становятся все более самостоятельными. Но на дорогах почему-то мало что меняется. А может быть, «автопилот» есть уже в вашей машине? Отделим маркетинговые сказки от беспощадной реальности

Как все начиналось

Помните сцену из «Терминатор 3: Восстание машин», где злобная роботесса тыкает пальцем в машины спецслужб, запускает в них неких нанороботов и превращает транспортные средства в своих подручных? После этого автомобили начинают слушаться ее команд и ездить безо всякого водителя за рулем. Несмотря на то что это лишь сравнительно старый фантастический боевик сомнительной художественной ценности, в 2003 году такой трюк не казался уж слишком нереалистичным.

И вправду: даже многие обыватели знали, что машины тех лет уже содержат огромное количество электроники и подключенных к ней исполнительных механизмов. Всякие усилители руля, системы активной безопасности и прочие почти незаметные удобства действительно позволяли автомобилям выполнять многие действия самостоятельно. Да что там говорить, именно в 2003 году Toyota начала продавать свой гибридный Prius, который в максимальной комплектации мог самостоятельно выполнять параллельную парковку. Сцена с машиной, по нажатию кнопки крутящей рулем и заезжающей в карман без участия водителя, производило неизгладимое впечатление.

Тем не менее, с тех пор прошло более полутора десятилетий, но автомобили так и не стали автономными, хотя и обзавелись просто невероятным множеством продвинутых «помощников» и умных систем. При этом новости о неких автопилотах, автономных машинах и беспилотниках с завидным постоянством появляются в информационном поле. А купить их по-прежнему нельзя, да и редкие встречи с прототипами или максимально приближенными к этим сказкам серийными моделями только усиливают фрустрацию. Разбираемся, почему обещанное будущее так и не наступило.

Дисклеймер

Этот текст — попытка дать краткое общее представление о довольно сложной теме. Продвинутые автолюбители, эксперты и инженеры, скорее всего, найдут некоторые моменты излишне упрощенными и непрофессиональными. Изучение углубленных подробностей мы оставляем в качестве опционального домашнего задания для самых любопытствующих.

Терминологическая путаница с автопилотом

Перво-наперво уничтожим на корню излюбленный спор, связанный с вопросом самостоятельной езды машин — «этот автопилот вообще не автопилот, вот настоящий автопилот!» В реальности нет четкого определения термина «автопилот» применительно к автомобилям. Само по себе это понятие пришло из авиации, где означает программно-аппаратный комплекс, ответственный за помощь экипажу в выполнении ряда рутинных задач управления. На железнодорожном транспорте тоже есть свои «автопилоты» — система автоведения, а у моряков — авторулевой.

Все эти группы технологий объединяет одно важное свойство: они не выполняют комплексной задачи управления транспортным средством, а лишь снимают часть нагрузки с человека. Автопилот может поддерживать курс, компенсировать возникающие из-за нестабильности среды отклонения в движении, контролировать заданные безопасные параметры маршрута и рамки эксплуатации. Но главным всегда остается пилот (машинист, капитан или рулевой). Именно он или она отвечает за безопасность всех транспортных мероприятий, принимает решения во всех ситуациях и обязан контролировать каждый момент движения.

Даже если автоматика способна выполнить полет (плавание или поездку) полностью самостоятельно от старта до финиша, транспортное средство не становится автономным. «Рулит» всем процессом все равно человек, не имеющий права стопроцентно полагаться на компьютерных помощников. Он же несет ответственность и всегда считается главным.

Держите рулевое колесо

Таким образом понятие «автопилот» имеет лишь опосредованное значение в контексте автономного транспорта. Де-факто автопроизводители имеют полное право называть так какого-нибудь интеллектуального помощника водителя, выполняющего функции адаптивного круиз-контроля и удержания в заданной полосе дороги. Чем и пользуется, например, Tesla.

Более того, в отношении современных и перспективных автомобилей слово «автопилот» используется либо в формате жаргона, либо в качестве маркетингового наименования, либо только в русском языке. И, как мы выше выяснили, оно лишь усугубляет путаницу. На деле существует сразу несколько понятий, с трудом передаваемых нашей родной речью.

Например, полноценный автономный автомобиль называется self-driving, то есть самоуправляемый. Русскоязычным эквивалентом этого термина будет «беспилотный», но проблема тут в том, что «самоуправляемая» машина может быть и пилотируемой, то есть перевод далеко не полноценный.

Итак, вопрос автономности автомобиля затрагивает непосредственно процесс управления транспортным средством. И касается двух важных понятий: принятия решений и ответственности за безопасность движения. Для выполнения пары этих комплексных задач необходимы не только исполнительные механизмы и датчики, коих в современных машинах полно, а еще и некий разум. Во всех текущих разработках и тех, что планируются к выводу на рынок в ближайшие годы, полноценного самоуправления автомобиля нет и не будет. Но определенная самостоятельность все же есть, что позволяет уже называть их в некоторой степени автономными.

Уровни автономности

Чтобы понимать, как «автопилоты» соотносятся друг с другом по уровню самостоятельности, необходимо некое мерило. Оно было создано американской организацией SAE International (Society of Automotive Engineers — «Ассоциация автомобильных инженеров») и разработанная система оценки принята в качестве индустриального стандарта. Она включает в себя шесть уровней, с нулевого до пятого, описывающих степень автономности электронных комплексов управления машин. Если вкратце, то уровни автономности можно понимать следующим образом:

• 0 — никакой автоматизации;
• первый — руки на руле, совместное управление человеком и электроникой;
• второй — руки можно убирать;
• третий — человек может не следить за дорогой постоянно;
• четвертый — человек может отвлекаться от контроля движения на продолжительные периоды времени;
• пятый — рулевое колесо опционально.

Но есть множество нюансов. Во-первых, на втором уровне хоть и предполагается, что руки человека на руле могут находиться не постоянно, де-факто все существующие и грядущие машины с такой автономностью требуют от водителя не отпускать «баранку». Делается это с целью нивелировать задержку между пониманием необходимости вмешаться в управление и непосредственными действиями человека. Да и ответственности на электронике никакой нет, так что во избежание юридических проблем производитель должен быть уверен, что водитель точно бдит во время работы «автопилота».

Иначе компанию могут обвинить в создании транспортного средства, не имеющего права ездить по дорогам, ведь эксплуатация беспилотников за редкими особыми исключениями везде пока запрещена. Некоторые системы отслеживают направление взгляда водителя или используют иные продвинутые технологии для этих целей. Но удержание руля руками – все еще самый простой способ, хотя далеко не блещущий надежностью (обмануть проще простого).

А во-вторых, несмотря на статус отраслевого стандарта, уровни автономности, обозначенные SAE International, не устанавливаются независимым регулятором. Каждый производитель сам определяет, в какую категорию попадает его детище, и тут спорить трудно — создателям виднее. Или маркетологам, но это уже другая история. В общем, ясности классификация не прибавляет. Однако иной общепринятой системы у нас нет, так что рассмотрим ее чуть подробнее.

Уровни 0-2

Первые три столбца в каноничной таблице SAE Imternational относятся к транспортным средствам, в которых даже при наличии продвинутых электронных систем управление всегда и безусловно осуществляет человек. Нулевой уровень описывает вообще любые машины: от древних Ford Model T до самых новых моделей в простых комплектациях. Потому что даже при наличии антиблокировочной (ABS), противобуксовочной (ASR), распределителя тормозных усилий (EBD) и системы помощи при торможении (BAS), а также множества прочих функций активной безопасности такие автомобили лишь оказывают поддержку водителю. Они упрощают управление в некоторых ситуациях, делают машину надежнее, а ее поведение более предсказуемым, но никаких решений принимать не могут.

Первый и второй уровни уже относятся к комплексам систем или даже комплексным системам помощи водителю, объединяемых расплывчатой аббревиатурой ADAS (Advanced driver-assistance systems). В эту категорию попадают самые разные функции современных машин. От сравнительно простого автоматического экстренного торможения и адаптивного круиз-контроля до более продвинутых систем самостоятельной парковки, удержания в полосе движения и тому подобное.

Если автомобиль оказывает поддержку водителю в сложных режимах движения (все системы активной безопасности), выдает индикацию об угрожающих либо настораживающих ситуациях (контроль слепых зон, предупреждение о покидании полосы или опасном сближении) — это нулевой уровень автономности. То есть машина может воспринимать некие раздражители и даже «рефлекторно» на них реагировать (останавливаться, корректировать тормозное усилие), но анализировать их в комплексе и принимать решения она не умеет.

Когда в машине реализованы функции самостоятельного поддержания какого-либо из параметров движения с учетом обратной связи — это уже первый уровень автономности. Обычный круиз-контроль по-прежнему в эту категорию не попадает, оставаясь «на нуле», а вот адаптивный — уже да. Или автоматическое удержание в полосе.

Отличие же второго уровня автономности в том, что его статус заслуживают автомобили, которые могут сами выполнять сразу несколько задач поддержания движения. То есть одновременно и удерживать себя в полосе дороги, и ехать на заданной дистанции от впереди едущего транспортного средства, корректируя свою скорость. Такие машины уже проявляют некие «зачатки разума», анализируют окружающую обстановку и принимают некие решения в рамках конкретной задачи.

Уровни 3-5

Вторая половина классификации SAE International уже относится к полноценным автономным автомобилям, или же беспилотникам, как их величают в отечественной прессе и литературе. Пока недостижимый пятый уровень мы даже рассматривать подробно не будем, он относится к «настоящему автопилоту». Такой программно-аппаратный комплекс умеет без участия человека управлять машиной вообще в любых дорожных условиях — от американского города до российской глубинки и от полярного бездорожья до грунтовки в джунглях. Утопия, короче говоря, и когда это получится реализовать, совершенно не ясно.

Беспилотники КамАЗа в суровых условиях

А вот третий и четвертый уровень представляют практический интерес, поскольку служат своеобразным Священным Граалем большинства автопроизводителей. Причем, что самое интересное, на деле по дорогам уже давно колесят автомобили с такими возможностями, но в этом никто не признается. Почему — чуть ниже, а сейчас просто отметим следующие незначительные различия между «троечкой» и «четверочкой».

Водитель машины с «автопилотом» третьего уровня автономности должен вмешаться в управление за фиксированное время (до нескольких секунд), если компьютер его об этом попросит. В случае следующего этапа эволюции умных автомобилей от человека при включении «автопилота» вмешательства не требуется никогда. Короче говоря, электроника способна полноценно управлять транспортным средством, принимать решения и, что важно, несет ответственность за его безопасность.

Чем же это отличается от полного беспилотника с пятым уровнем автономности? Разгадка проста — областью применения. Системы автономного вождения третьего и четвертого уровня могут включаться только при выполнении строго определенных условий движения. Например, исключительно на шоссе, а в городе — нельзя. Или вплоть до разрешенной законом скорости, либо в пределах заранее обозначенной территории (геозонирование).

Геозонирование автопилота Super Cruise от General Motors

Да-да, некоторые читатели уже догадались: помощник при движении в пробке можно классифицировать как настоящий «автопилот» третьего уровня. Но ни сейчас, ни в ближайшем будущем никто так делать не будет.

Проблема ответственности

Если смотреть на классификацию SAE International формально, то некоторые современные модели машин на рынке запросто попадают в стан беспилотников. Но для этого класса транспортных средств нет и не предвидится внятных юридических рамок эксплуатации. По крайней мере таких, при существовании которых подобные автомобили можно продавать рядовым гражданам для эксплуатации на любых дорогах общего пользования.

Вот и получается, что даже производители самых продвинутых транспортных средств на рынке скромно заявляют о втором уровне автономности. При этом правила сертификации не спешат включать в себя оценку самостоятельности «автопилота», потому что тогда придется выкинуть с дорог сразу кучу успешных машин. Или заставить их создателей отключить все функции, которые зачастую служат ключевыми конкурентными преимуществами.

Складывается патовая ситуация, не имеющая решения в обозримом будущем. Автопилоты вроде как есть, но их при этом нет, лишь продвинутые ассистенты. Иначе пользоваться ими никто не сможет. Хотя обстановка нестабильная и современные технологии постоянно вызывают пристальное внимание регулирующих органов, что хорошо видно по ряду расследований соответствующих американских ведомств в отношении той же Tesla.

Одновременно с этим почти ничего не слышно о транспортных средствах с третьим уровнем автономности, и это еще один курьез. Несмотря на теоретическую возможность записать в гордое число беспилотников или машин с «настоящим автопилотом», производители не станут этого делать, даже если их продукты умеют самостоятельно ездить в определенных условиях. Речь, конечно же о Tesla на хайвеях и всяческих помощниках при движении в пробке.

Итогом становится игнорирование третьего столбца классификации SAE International, поскольку он «вводит клиентов в заблуждение». Зато на будущее почти все стартапы и крупные компании заявляют о создании машин с «автопилотом» четвертого уровня. Потому что обещать автономность можно, даже когда ее еще не разрешили. А уж как это выйдет реализовать — вопрос десятый. Получится, что хотели — запишем во второй уровень и продадим, маркетинг поможет. Не выйдет — ну и не беда, все равно регуляторы это не выпустят на дороги.

В сухом остатке

Да, большинство современных машин обладают и различными датчиками для получения сведений об окружающей обстановке (парктроники, радары, лидары и камеры), а также множеством исполнительных механизмов для самостоятельного управления (электронное управление впрыском топлива и положением дроссельной заслонки, распределение тормозных усилий и электрический усилитель руля). Но «мозга» для обработки сигналов от первых и исполнения решений с помощью вторых им никто не может дать или не хочет. За редкими исключениями.

Причин тому несколько, и помимо сложностей с разработкой необходимых алгоритмов вмешивается недоработанность правовой системы. Но с точки зрения терминологии автомобилей с автопилотом на дорогах полно. Есть даже де-факто настоящие беспилотники, продающиеся простым смертным. Что наиболее интересно, одни во вторые сравнительно легко могут превратиться. Однако только если создатели такой машины пошли определенным путем.

Можете не держать руки на рулевом колесе

Речь о разнице в подходах к проектированию автомобилей с интеллектуальными помощниками водителя. Такие компании, как Tesla, например, изначально «целились» в автономность, поэтому их продукция имеет унифицированные очень мощные бортовые компьютеры с развитой сетью самых разных сенсоров. И все функции ADAS в таких машинах реализованы лишь программами на потенциально очень могучем «железе».

В свою очередь «традиционные» автопроизводители воплощали функционал систем помощи водителю постепенно, так сказать эволюционно. Поэтому они появлялись в автомобилях, как правило, отдельными блоками или программно-аппаратными комплексами. Объединить их единым электронным «мозгом» архитектурно почти невозможно. На деле именно этим и обусловлено фундаментальное различие между «умностью» какого-нибудь продвинутого Volkswagen Passat c «автопилотом» второго уровня и современным электромобилем в ценовом сегменте выше среднего.