«Столкновение интеллекта». Как создают беспилотные автомобили
На презентации концепта Nissan IDS в Токио глава альянса Renault-Nissan Карлос Гон заявил о том, что к 2020 году компания изготовит автомобиль, который сможет ездить самостоятельно в любых дорожных условиях. К этому же сроку сделать серийные беспилотники обещают Toyota, Volvo и другие компании. Посмотреть на то, как рождаются технологии автономной мобильности, мы отправились в технический центр NATC (Nissan Advanced Technology Center) в Ацуги – место, где два года назад родился первый экспериментальный Nissan Leaf с технологией Piloted Drive 1.0, который с 2013 года проходит испытания на дорогах общего пользования.
Здание NATC, построенное в 2007 году, – пример современной архитектуры из стекла и бетона, причем стекла в нем заметно больше. Главный холл NATC построен в виде стеклянного амфитеатра с этажами-ярусами и скошенной крышей из солнечных батарей, и именно на них японцы проводят свои презентации и выставки. На одном из этих ярусов два года назад ниссановцы презентовали опытный Leaf с работающими функциями автопилота, который умел автоматически парковаться и самостоятельно ездить в пробках. Сегодня обе эти функции кажутся вполне обыденными и совсем скоро они появятся на серийных Nissan следующего модельного года. Через два года серийные автомобили научатся самостоятельно менять полосу движения и совершать обгоны при движении по шоссе. Ну а полную автономию эти машины получат как раз в 2020 году.
В кулуарах Токийского автосалона Карлос Гон отмечал, что технология будет полностью готова к серийному производству, как только законодатели примут документы, легализующие беспилотные автомобили. Однако технические специалисты Nissan считают главным моментом вовсе не юридические проблемы. «Разговоры о том, что технически к внедрению автопилотов все давно готово, имеют отношение только к идеальному миру, где вся техника управляется компьютером по одинаковым алгоритмам, – говорит доктор Мартин Сиерхиус, который ведет проекты автономных автомобилей. –Первое время, когда автопилоты только начнут появляться на дорогах, будет самым сложным – фактически нас ждет столкновение искусственного интеллекта и человеческого».
Именно поэтому проблемами адаптации компьютерных алгоритмов к реальным дорожным условиям в техноцентре занимаются не только программисты, но и антропологи – специалисты, изучающие особенности развития человека и его поведение в естественной и искусственной среде. «Мы строим модели поведения пешеходов и водителей для того, чтобы научить компьютер предсказывать действия других участников движения, – объясняет ученый-антрополог Мелисса Цефкин. – Это огромная матрица принятия решений для компьютера, суть которой в том, чтобы привить ему человеческие, то есть ожидаемые и социально приемлемые повадки. Представьте себе пешеходный переход с постоянным потоком людей. Автопилот не должен нагло проезжать его, но и бесконечно стоять ему тоже нельзя, иначе это вызовет недовольство тех, кто сзади».
Здание NATC, построенное в 2007 году, – пример современной архитектуры из стекла и бетона, причем стекла в нем заметно больше. Главный холл NATC построен в виде стеклянного амфитеатра с этажами-ярусами и скошенной крышей из солнечных батарей, и именно на них японцы проводят свои презентации и выставки. На одном из этих ярусов два года назад ниссановцы презентовали опытный Leaf с работающими функциями автопилота, который умел автоматически парковаться и самостоятельно ездить в пробках. Сегодня обе эти функции кажутся вполне обыденными и совсем скоро они появятся на серийных Nissan следующего модельного года. Через два года серийные автомобили научатся самостоятельно менять полосу движения и совершать обгоны при движении по шоссе. Ну а полную автономию эти машины получат как раз в 2020 году.
В кулуарах Токийского автосалона Карлос Гон отмечал, что технология будет полностью готова к серийному производству, как только законодатели примут документы, легализующие беспилотные автомобили. Однако технические специалисты Nissan считают главным моментом вовсе не юридические проблемы. «Разговоры о том, что технически к внедрению автопилотов все давно готово, имеют отношение только к идеальному миру, где вся техника управляется компьютером по одинаковым алгоритмам, – говорит доктор Мартин Сиерхиус, который ведет проекты автономных автомобилей. –Первое время, когда автопилоты только начнут появляться на дорогах, будет самым сложным – фактически нас ждет столкновение искусственного интеллекта и человеческого».
Именно поэтому проблемами адаптации компьютерных алгоритмов к реальным дорожным условиям в техноцентре занимаются не только программисты, но и антропологи – специалисты, изучающие особенности развития человека и его поведение в естественной и искусственной среде. «Мы строим модели поведения пешеходов и водителей для того, чтобы научить компьютер предсказывать действия других участников движения, – объясняет ученый-антрополог Мелисса Цефкин. – Это огромная матрица принятия решений для компьютера, суть которой в том, чтобы привить ему человеческие, то есть ожидаемые и социально приемлемые повадки. Представьте себе пешеходный переход с постоянным потоком людей. Автопилот не должен нагло проезжать его, но и бесконечно стоять ему тоже нельзя, иначе это вызовет недовольство тех, кто сзади».
Технически ехать в трафике, следить за знаками, придерживаться разметки и адекватно реагировать на действия пешеходов автомобили способны уже сейчас. Тем не менее, сегодня возможности техники все-таки не позволяют полностью отпустить автомобиль в свободное плавание. Нынешние прототипы не умеют выполнять левые (а на японских дорогах – правые) повороты, когда нужно оценивать расстояние и скорость приближающихся с двух сторон автомобилей – на длинных дистанциях боковые камеры не могут адекватно распознать удаленные объекты. Электроника хуже работает в темное время суток и при плохих погодных условиях. Автоматике пока еще сложно отличить красный сигнал светофора от высоких стоп-сигналов, сфокусироваться на автомобиле через полупрозрачную преграду или забор и точно повернуть на перекрестке без обозначенных разметкой поворотных полос. Наконец, компьютер может растеряться при виде пешеходов, идущих вдоль обочины, которые, в соответствии с заложенным в него алгоритмом, способны внезапно изменить направление своего движения.
Рекуперация для предприятия
На парковке технического центра NTC есть десяток мест для электромобилей, оснащенных мощными зарядными устройствами, но все они не просто закачивают электричество в батареи машин. Интеллектуальная система управления зарядкой позволяет регулировать нагрузку на электросеть и даже снижать ее в период пиковых нагрузок, когда предприятие имеет ограничения на потребление тока и оплачивает излишки по более высокому тарифу. Чтобы избежать лишних расходов, предприятие динамически перераспределяет потоки энергии, а электромобили делает частью внутренней электросистемы. При пиковых нагрузках они не заряжаются, а, наоборот, отдают накопленную энергию в сеть предприятия. Как только общая нагрузка снижается или тариф становится ниже, электромобили вновь начинают заряжаться, причем каждый из них может работать с зарядками по своей программе – блок управления заранее знает, какой автомобиль когда именно должен уехать.
На парковке технического центра NTC есть десяток мест для электромобилей, оснащенных мощными зарядными устройствами, но все они не просто закачивают электричество в батареи машин. Интеллектуальная система управления зарядкой позволяет регулировать нагрузку на электросеть и даже снижать ее в период пиковых нагрузок, когда предприятие имеет ограничения на потребление тока и оплачивает излишки по более высокому тарифу. Чтобы избежать лишних расходов, предприятие динамически перераспределяет потоки энергии, а электромобили делает частью внутренней электросистемы. При пиковых нагрузках они не заряжаются, а, наоборот, отдают накопленную энергию в сеть предприятия. Как только общая нагрузка снижается или тариф становится ниже, электромобили вновь начинают заряжаться, причем каждый из них может работать с зарядками по своей программе – блок управления заранее знает, какой автомобиль когда именно должен уехать.
Все эти проблемы ниссановцы обещают решить в ближайшее время как с помощью более совершенной техники (например, камер более высокого разрешения), так и путем доработки программного обеспечения. Именно для этого и строятся матрицы принятия решений, а прототипы накатывают тысячи километров по японским городам с их спокойным и предсказуемым трафиком, формируя необходимую базу знаний.
Основой для выбора алгоритма действий является информация, поэтому прототипы беспилотных автомобилей получают все больше и больше камер и датчиков. Если первый прототип автономной машины обходился парой фронтальных, парой боковых и одной задней камерой, да пятью лазерными сканерами, то нынешний имеет 12 видеокамер, пять радаров, четыре лазерных сканера и несколько ультразвуковых сенсоров, которые гарантируют машине обзор во все стороны. Лазерные сканеры обслуживают ближайшее окружение машины, камеры смотрят по бокам, назад и вперед, радары контролируют обстановку вокруг машины на дальних расстояниях. Уже сейчас прототип нового поколения может ехать по шоссе с использованием системы навигации и проходить несложные маршруты по городу с проездом перекрестков и движением в пробках.
Задача иного порядка – сделать передвижение в беспилотном автомобиле не просто безопасным, но и комфортным для владельца. «Простой пример: некоторые водителя объезжают препятствие или встречный автомобиль почти впритирку, а другие описывают большую дугу, потому что так им комфортнее. Поэтому наш автомобиль запоминает манеру езды водителя, когда тот сам управляет машиной, чтобы движение в автоматическом режиме казалось человеку столь же привычным», - говорит Мартин Сиерхиус.
Концепция прототипа Nissan IDS, который дебютировал на автосалоне в Токио, подразумевает выбор: ехать за рулем самому или доверить управление электронике. В автономном режиме кокпит преображается: руль-штурвал прячется в панель, а на его месте появляется планшет. Но у человека по-прежнему остается возможность управлять автомобилем – например, с помощью жестов.
Еще одно отличие автопилота от человека – отсутствие коммуникативных навыков в ситуациях, когда с другими участниками движения можно было бы объясниться при помощи слов или жестов. Эту проблему ниссановцы предлагают решить с помощью световых табло снаружи автомобиля, на которые выводятся информационные фразы или пиктограммы для пешеходов и водителей других машин. «Чтобы автономное управление стало реальностью, мы должны наладить связь не только между автомобилем и водителем, но и между автомобилями и людьми», – утверждает директор по дизайну проекта Nissan IDS Митсунори Морита, который придумал светодиодные подсказки, зажигающиеся на корпусе Nissan IDS.
Нынешний набор технологий под общим названием Nissan Intelligent Driving японцы пока примеряют на серийном Nissan Leaf, держа в уме машину следующего поколения, на которую и намекает концептуальный Nissan IDS. Он изначально подается как автономный электрокар, и это часть глобальной стратегии Zero Emisson – Zero Fatality, в которой за безопасность отвечает автопилот, а за экологию – электромотор. Японцы понимают, что в нынешнем варианте массовым электрокар станет едва ли, поэтому параллельно с созданием технологий автопилота работают над совершенствованием технологий электромобиля. Ими инженеры занимаются в соседнем техцентре NTC (Nissan Technical Center), построенном еще в 1980-х, куда из представительного NATC ведет элегантная воздушная галерея. Здесь, за коридорами со строгой пропускной системой и гермодверями скрываются хорошо оснащенные лаборатории, в которых трудятся фанаты своего дела, работающие не с концепциями, а с настоящими железками.
Куда уходят батареи
Отслужившие батареи электрокаров Nissan Leaf попадают на стенды техцентра, где проверяются и при необходимости ремонтируются. Срок эксплуатации машины и аккумуляторов составляет не менее 10 лет, но уже сейчас на стендах лаборатории NTC стоят десятки батарей с машин, которые несколько лет отработали в качестве такси и подлежат утилизации. Другое дело, что даже отслужившие батареи все еще содержат 70% первоначальной емкости – для использования в автомобилях они уже непригодны, но вполне годятся для работы в составе систем автономного энергоснабжения. Блоки таких батарей способны обеспечивать энергией дома или небольшие предприятия, накапливая электричество во время низкого тарифа и небольшой нагрузки на электросеть и отдавая его в пиковые часы. Серийная реализация проекта по использованию бывших в употреблении батарей начнется в ближайшие два года.
Отслужившие батареи электрокаров Nissan Leaf попадают на стенды техцентра, где проверяются и при необходимости ремонтируются. Срок эксплуатации машины и аккумуляторов составляет не менее 10 лет, но уже сейчас на стендах лаборатории NTC стоят десятки батарей с машин, которые несколько лет отработали в качестве такси и подлежат утилизации. Другое дело, что даже отслужившие батареи все еще содержат 70% первоначальной емкости – для использования в автомобилях они уже непригодны, но вполне годятся для работы в составе систем автономного энергоснабжения. Блоки таких батарей способны обеспечивать энергией дома или небольшие предприятия, накапливая электричество во время низкого тарифа и небольшой нагрузки на электросеть и отдавая его в пиковые часы. Серийная реализация проекта по использованию бывших в употреблении батарей начнется в ближайшие два года.
Нынешний Nissan Leaf имеет запас хода в 280 км, что удовлетворяет потребности три четверти владельцев элекрокаров, но для действительно массового пользователя этого мало. Наследник будет способен проехать не менее 500 км на одной «заправке», а процесс зарядки не станет обременительным для клиента. Для этого емкость батарей нужно повысить с нынешних 24 до 60 кВт*часов, а скорость зарядки увеличить в несколько раз. Местные инженеры уверяют, что нынешние технологии позволяют выжать из батарей в разы больше без каких-либо революционных решений.
Во-первых, меняется химический состав батарей: анод ячейки остается графитовым, а при изготовлении катода помимо марганца и никеля использует еще и кобальт. Во-вторых, снижается, внутреннее сопротивление батареи, что позволяет ей быстрее принимать заряд и меньше греться. Одновременно решается проблема охлаждения, что позволяет упаковывать ячейки более плотно в модули. Сами модули тоже укладываются более плотно, и в итоге корпус стандартной батареи Nissan Leaf вмещает более, чем вдвое больше энергии. Понятно, что более емкие батареи будут стоить дороже, но цена одного условного киловатт-часа упадет довольно заметно.
Более низкое внутреннее сопротивление позволит ускорить зарядку – при подключении к зарядному устройству высокой силы тока батарею можно будет заполнить всего за 10 минут. Впрочем, подключаться вскоре, возможно, не придется – японцы делают ставку на беспроводные зарядные устройства и демонстрируют рабочие прототипы таких приборов для домашнего использования. Нужно припарковать машину над специальной индукционной плитой, и зарядка начнется автоматически. Пока в NTC тестируются бытовые устройства мощностью 7 кВт, а инженеры экспериментируют с зарядками большей мощности и подбирают оптимальный зазор между зарядной платформой и «приемником» на днище машины, чтобы избежать лишних потерь.
В будущем нас ждут сверхбыстрые зарядки, интегрированные прямо в дорожное полотно. Выглядеть это будет так: машина съезжает с дороги на специальную выделенную полосу и, проезжая по ней на невысокой скорости, пополняет заряд батарей. Плата за зарядку при этом автоматически списывается с карты клиента. Таким же образом автомобили будут самостоятельно ездить на сервисные станции для ремонта и выполнения планового ТО. Идеальная картина личного транспорта будущего вообще не предполагает участия человека в процессе управления и обслуживания машины, а автопроизводители постоянно намекают на то, что ездить в автоматическом режиме будет и экономичнее, и безопаснее. Но совсем убрать руль и педали из автомобиля, к счастью, пока все-таки не планируют.
Иван Ананьев, Токио
Фото и видео: Nissan