Наряду с развитием механических систем автомобиля инженеры постоянно стремились добавить что-то в электронную начинку, сделать машину безопаснее, управляемее и умнее. Сегодня для этого есть все предпосылки: ИТ-отрасль развивается огромными темпами, автопроизводители готовы сотрудничать и вести перспективные разработки, корпорации вкладываются в развитие автотранспорта. Между тем, «ум» автомобилей развивался поступательно, на протяжении более полувека. Всё это время он принимал разные формы и уходил в разные концепции: от безопасности до развлечений. Современный виток эволюции зашёл так далеко, что уже непонятно, софт определяет железо или железо — софт. А значит, пора написать об автомобилях на Гиктаймс.
Вспомним, как всё начиналось
Первой технологической революцией в автомобилестроении стал интерес автомобильных компаний к электрическим стартерам — их впервые установили в 1911 году. Затем нововведения стали касаться удобства водителя и даже его развлечений за рулём: в 1925 году появился прикуриватель, в 1930 — радио, в 1956 — усилитель руля, в 1970 — кассетная дека, в 1984 — надувные подушки безопасности. Годом позже — проигрыватели компакт-дисков, в 1994 году — панель приборов компьютерной диагностики автомобиля, в 1995 — GPS, в 2000 — USB и Bluetooth, первые ласточки «подключённого» ко всему автомобиля.
Первый опыт создания умной машины произошел в середине ХХ века. General Motors Firebird II — четырёхместный автомобиль 1956 года с независимой подвеской. Под титановым корпусом скрывался газотурбинный двигатель Whirlfire GT-304 на 200 л.с., электропакет и интегрированная система кондиционирования воздуха уровня не хуже, чем в начале XXI века. Firebird II в плане дизайна и эргономики продолжил версию автомобиля 1953 года, который был назван «реактивным самолётом на колёсах» (разработчики и инженеры, действительно, вдохновлялись концептами истребителей того времени). Однако в Firebird II впервые была применена структура для поездок по шоссе будущего — сложная система управления, которая должна была взаимодействовать с электрическим проводом, встроенным в проезжую часть, чтобы посылать сигналы и служить ориентиром для новейших автомобилей. Предполагалось, что электромагнитное поле минимизирует опасные ситуации на дороге, сократив человеческий фактор. По тем временам это была слишком смелая модель, которая произвела фурор на выставках, но так и не попала в серийное производство.
Шоссе будущего строились в Европе и США. Первым серийным автомобилем, который стал реально с ними взаимодействовать, был Citroen DS — легендарная легковушка, занявшая третье место в рейтинге автомобилей века. Маломощный двигатель 75 л.с. ничем не выделялся в те времена, но зато автомобиль отличала передовая трансмиссия, объединённая с рулевым управлением, тормозами и гидропневматической подвеской. Такая конструкция опередила развитие автомобилестроения на много лет вперёд. Citroen DS умел взаимодействовать с шоссе с помощью электрического сигнала, однако ни о каком самостоятельном автопилоте не шло и речи — это была больше забава. Кстати, именно невероятная популярность, передовые технологии и пусть и относительно иллюзорный, но автопилот сделали этот Citroen летающим автомобилем Фантомаса.
Эксперименты с бортовыми компьютерами в 60-70 гг. проводились, но так и не вошли в серию. Стоит вспомнить экспериментальный Chrysler Plymouth, который оснастили бортовым компьютером (ну, насколько можно назвать бортовым компьютер, который занимал половину заднего сидения) и генератором для питания системы, выведенным на крышу автомобиля. Лабораторные испытания проводились в течение 10 лет, но ни о какой серийности производства не могло быть и речи.
Тем не менее, ни инженерная мысль, ни фантазия футуристов не останавливались ни на минуту — человечество искало в автомобилях не только роскошь или средство передвижения, но и умного помощника, способного облегчить жизнь, сделать безопасными дороги, работать за человека. Такое стремление получило отражение и в кинофильмах — после нескольких фильмов с «говорящими» машинами настоящими хитами стали серия фильмов о Джеймсе Бонде с его навороченными автомобилями и, конечно же, легендарный «Рыцарь дорог». Умный, обладающий чувством юмора автомобиль КИТТ на базе Pontiac Firebird Trans AM не только развивал скорость под 500 км/ч и был практически неуязвим, но и умел разговаривать, ездить на полном автопилоте и контролировать все электронные устройства на расстоянии.
КИТТ внутри
Наверняка утилитарная реальность не совпала с мечтаниями инженеров прошлого — на формирование облика современных умных автомобилей оказала влияние коммерция и пресловутая бизнес-целесообразность.
- Автоконцерны стали стремиться удовлетворять требования массового потребителя, который избалован ИТ-индустрией. Умом автомобилей стал круиз-контроль, медиа-устройства для проигрывания контента, встроенные телефоны в 80-90-е и проч.
- Производители планшетов и смартфонов стали лоббировать свои интересы, чтобы встроиться в автомобили (например, в некоторые автомобили BMW встроены планшеты Samsung).
- Пользователи стали предъявлять повышенные требования к электронной начинке: от развлекательного контента до систем безопасности и возможности работать с оповещениями по состоянию автомобиля.
Современные умные автомобили
Один из первых прототипов предложила компания Google — Google Car. Это мини-автомобиль с беспрецедентным уровнем автономности. Машина рассчитана на двух человек, имеет два двигателя, нестандартные материалы кузова, полностью электрическая, развивает скорость до 25 миль/час (чуть больше 40 км/ч), управляется с кнопки пуска и не требует присутствия человека кроме как в роли пассажира. Естественно, она интегрирована с сервисами Google — на центральной консоли можно посмотреть ролики и фильмы на Youtube, поработать с почтой, посерфить в Chrome. Кстати, автомобиль построен также Google, поскольку предыдущие партнёры Lexux и Toyota ожидаемо накладывали множество ограничений на рискованные эксперименты. Выйти на массовый рынок личного автотранспорта крайне сложно, и в декабре 2016 года Google (точнее, холдинг Alphabet) свернул проект по созданию своего беспилотного автомобиля. Компания продолжает разрабатывать автопилоты, но уже для обычных автоконцернов.
Операционные системы автомобилей
Наверняка у большинства читателей первым в голову придёт OS Android. Действительно, эта операционная система присутствует в автомобилях, причём не только на встроенных планшетах. Распространение системы началось с создания альянса Open Automotive Alliance, в который вошли собственно Google, NVIDIA, Audi, General Motors GM, Honda и Hyundai. Нельзя забывать и о Tesla, на борту которой стоят крупные 17-дюймовые дисплеи на базе Android. Однако пока что использование этой операционной системы нацелено в основном на создание информационной и развлекательной начинки автомобиля, включая навигационные функции. В скором будущем новая платформа должна будет обеспечить увеличение комфорта и рост уровня безопасности автомобилей.
iOS не отстаёт от конкурента и, пока весь мир ждёт к 2020 году первый i-мобиль или i-Car (поговаривают, это будет что-то беспилотное на базе BMW i3), Apple реализовала систему Apple Carplay, которая позволяет соединить систему управления автомобилем с iPhone от 5-го и выше. Пока не все автомобили поддерживают систему, но большинство топовых производителей уже в списке. Конечно, и здесь об операционной системе не идёт речи — просто интеграция устройств на iOS в инфраструктуру бортового компьютера. Опять развлекательный аспект выходит на первое место — здесь и разговоры hands-free, и голосовое управление iTunes. Кстати, разработка беспилотника Apple строго засекречена — попробуйте найти что-то, кроме общих фраз, про проект Project Titan.
Microsoft революцию тоже не совершил, но выбрал другой вектор развития и нацелился на голосовое управление функциями автомобиля, чтобы не отвлекать водителя от дороги. То, что происходит с ПО Microsoft для автомобилей можно описать как полностью встроенный в машину смартфон. Ну то есть можно ждать шуток из разряда «подожди, я телефон припаркую».
Уже в этом году пройдёт тестирование автономной системы вождения Drive Me от компании Volvo. Опять же, назначение автономки — пока удобство водителя и безопасность движения в том случае, если хозяин автомобиля захочет, к примеру, пообедать за рулём или набрать пару сообщений в мессенджере. Мониторить окружающую обстановку, включая передвижение пешеходов, можно будет с помощью хитрой комбинации радаров, камер и лазеров. Volvo акцентирует внимание на том, что они делают реальные системы для реальных дорог и потребителей.
К испытаниям Volvo планирует привлечь самых обычных людей разных полов, возрастов, с разным водительским стажем. В ходе тестирования компания планирует собрать «терабайты данных» о безопасности, юзабилити, потребительском опыте, транспортных потоках, эффективности использования энергии. На основе этих данных система будет дорабатываться. Базовый автомобиль для тестирования — XC90s.
В 2015 году на Женевском автосалоне итальянское ателье Italdesign Giugiaro представило автомобиль GEA (есть версия, что это был отчасти прототип Audi A9, кто-то ссылается на ближайшее будущее Audi) с полностью автономным управлением. В связи с тем, что водителю за рулём (штурвалом-джойстиком) делать особенно нечего, в GEA предусмотрено три режима: рабочий кабинет, тренажёрный зал и комната отдыха. В режиме Business салон предоставляет два 19-дюймовых монитора и разворот сидений для удобной беседы. Wellness-режим даёт инструкцию по выполнению упражнений на ручках, встроенных в заднее сиденье. Наконец, режим Dream обеспечивает водителя обширной кроватью для сна. Ко всем вариантам работы подбирается атмосфера и освещение. Автомобилем можно управлять со смартфона через специальное приложение. Технические характеристики концепта тоже выдающиеся: 4 двигателя общей мощностью 775 л.с., длина 5370 мм, максимальная скорость 250 км/ч.
Черты Audi явно считываются
Нельзя оставить обзор умных автомобилей без внимания к легендарной и, пожалуй, самой немецкой марке — BMW. Баварский автопроизводитель редко оглядывается на других и идёт в арьергарде рынка за счёт дизайна и технологий. Согласно отчёту KPMG, концерн лидирует в технологиях умных и беспилотных автомобилей.
В случае с умными автомобилями история такая: кроме беспилотных версий, о которых скажем чуть ниже, есть серийные автомобили, которые используют всё, что было создано для смарткаров нашего времени. На начало 2017 года среди лидеров — BMW i8, гибридный BMW X5 PHEV и BMW 7 (который, кроме всего прочего, проецирует данные приборной панели на лобовое стекло, имеет сильно обновлённый iDrive и воспринимает управление сенсором жестами). Эти модели BMW (как и другие) оснащены большим количеством датчиков и умны именно с точки зрения безопасности — они анализируют ситуацию на дороге и, имея в памяти огромное количество информации, буквально прогнозируют неблагоприятные события, тем самым предотвращая их. Также в BMW встроена SIM-карта оператора Vodafon, которая работает в роуминге в сетях практически любого сотового оператора мира (в России — всех) и передаёт важную информацию: водителю — о необходимости очередного ТО, уровне заряда аккумулятора, ближайших автосервисах, пунктах помощи и даже гостиницах, ресторанах и проч., а от водителя — о критических ситуациях на дороге. Так, можно вызвать помощь одной кнопкой SOS и оператор получит данные владельца и точные координаты происшествия. Если до кнопки дотянуться невозможно — автомобиль сам передаст сигнал бедствия специальным службам.
Х5 с гибридным двигателем
Совместно с Mobileye и Intel компания BMW разрабатывает беспилотную программно-сетевую платформу iNEXT, которая будет предназначена как для установки на автомобилях концерна, так и для продажи другим автопроизводителям. В 2021 году BMW планирует выпустить робомобиль третьего уровня, который по-прежнему будет требовать присутствия человека (четвёртый уровень — возможно заниматься чем угодно, кроме вождения, пятый уровень — автомобиль сам поедет, куда вам (ему?) надо).
От колёс просто невозможно оторвать взгляд
Программное обеспечение автомобилей
AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) — организация, которая своей целью имеет создание стандартизированной открытой структуры программного обеспечения для электроники автомобиля, кроме информационно-развлекательных систем. Такой софт должен быть масштабируемым (распространяться на разные автотранспортные средства и платформы), локализируемым, соответствующим требованиям к безопасности и ремонтопригодным на всём сроке жизни автомобиля. Стандарт AUTOSAR распространяется на электронику кузова, силового агрегата, шасси и системы безопасности, а также на мультимедийные системы, телематику и интерфейс взаимодействия водителя с автомобилем.
Стандартный протокол бортовой электроники FlexRay — высокоскоростной сетевой протокол для автомобилей, разработанный мировым консорциумом FlexRay, основоположником которого является компания NXP совместно с BMW, DaimlerChrysler, Bosch, GM и Volkswagen. Скорость передачи данных по нему достигает 10 Мбит/с. Он в десятки раз быстрее современной шины CAN (Controller-Area Network) и тем более — уже устаревшего и совсем медленного диагностического OBD (On Board Diagnostic). Контроллеры FlexRay будут работать для целей контроля тех частей автомобиля, в которых вопрос современной диагностики равен вопросу жизни и смерти: двигателя, трансмиссии, подвески, тормозов, рулевого управления. Также протокол в принципе должен расширить возможности бортового управления.
Automotive Safety Restraints Bus specification (ASRB 2.0) — стандарт электронных систем автомобиля, отвечающих в том числе за физическую безопасность водителя и пассажиров.
Автопилоты, автопарковки и системы навигации — программное и аппаратное обеспечение, без которого вождение скоро будет сложно представить. К тому же, на эти системы уже сейчас возложена функция безопасности и защиты (например, вызова спецслужб в случае серьёзного ДТП), а в будущем эта функциональность только увеличится.
Своё применение находят в автомобилях и типичные для IoT (интернета вещей) решения: так, например, GM сотрудничает с IBM в целях применения Watson для умных автомобилей.
Нельзя не упомянуть главную проблему ПО для автомобилей — оно должно учитывать особенности железа, которое может использоваться даже более десяти лет, а значит, должны быть передовые возможности обновлений. А ещё лучше — софт, опережающий время.Подробно о ПО умных автомобилей можно почитать в материале Compress.
О Tesla написано настолько много и подробно, что даже скучно рассказывать. Но не упомянуть этот проект просто невозможно. Прежде всего, из-за уникальной для серийного автомобиля автономности: набор сенсоров защищает автомобиль от столкновений, а 360-градусная камера распознаёт дорожную разметку, перекрёстки, другие автомобили и транспортные средства, пешеходов. Таким образом, автомобиль самостоятельно регулирует управления и скорость движения. В процессе использования автомобиля автопилот самообучается и заодно передаёт данные на серверы компании Tesla Motors, сотрудники которой проводят анализ и совершенствуют систему.
В основе электронной начинки Tesla Model S лежит информационно-управляющая система на двух процессорах Tegra3, первый из которых отвечает за приборы и датчики, а второй — за развлечение и информирование водителя посредством 17-дюймового дисплея. Программное обеспечение основано на ядре Linux и специальной оболочке, разработанной в компании Tesla Motors. Обновления ПО выпускаются достаточно часто и загружаются «по воздуху».
Tesla Model X
Faraday Future — калифорнийский стартап, финансируемый китайской компанией LeEco, которая пытается создать свою экосистему и производить буквально всё. Уже из названия проекта ясно, что речь идёт об интеллектуальном электромобиле и из него же очевидно, что главным конкурентом создатели стартапа считают Tesla. После череды слухов о банкротстве и провале проекта компания презентовала серийный полностью электрический кроссовер Faraday Future FF 91 в довольно необычном обтекаемом дизайне кузова. Автомобиль получился габаритным (5250 мм в длину, 3200 мм колёсная база) и эргономичным, с низким (0,25) коэффициентом лобового сопротивления. Нативная платформа Variable Platform Architecture (VPA) включает 4 электромотора и блок аккумуляторов. Мощность электромоторов в совокупности — 1050 л.с., разгон до сотни за 2,4 секунды.
Технологии Faraday также впечатляют: 10 камер кругового обзора, 13 радиолокационных датчиков, 12 ультразвуковых датчиков и один сканер 3D LIDAR (лазерная версия радара, та самая пипка на капоте). В автомобиле можно настраивать учётные записи FFID, которые «узнают» водителя в лицо и тут же настраивают опции автомобиля именно под него.
К слову, этот кроссовер — ещё мягкий вариант китайского электроавтомобиля, первый концепт имел сверх дерзкий дизайн. Дела у компании идут с переменным успехом: в ноябре 2016 LeEco заявил о нехватке средств и жесткой экономии, а буквально несколько дней назад на CES в Лас-Вегасе кроссовер был представлен публике, но не без технических сбоев. Запуск серийного производства запланирован на 2018 год — скоро увидим, чем закончится история китайского конкурента Tesla.
Одна из самых перспективных сфер применения платформ для беспилотных автомобилей — грузовой транспорт, который применяется в строительстве, промышленности, сельском хозяйстве. Mercedes создал беспилотник Future Truck 2025, предназначенный для передвижения по крупным трассам. Автопилотные функции реализованы на основе двойных камер, датчиков, радиолокации и технологии «мёртвой точки». Специальные радары прослушивают и просматривают дорогу, оценивая рельеф или, например, улавливая спецсигналы автомобилей экстренных служб. Во время автопилотирования водитель должен находиться внутри но может комфортно расслабиться с планшетом в руках. Для управления машиной в городских условиях такой фурой нужен водитель.
Примерно так мы и представляем дальнобойщика будущего
К тестам беспилотной версии приступил и российский КамАЗ. «КамАЗ» совместно с Cognitive Technologies и «ВИСТ Групп» реализует проект беспилотного автомобиля, который будет сам управлять педалями газа и тормоза, приводом руля и автоматической коробкой передач. Базой для прототипа стал серийный КамАЗ-5350, на котором установлены четыре видеокамеры, три радара и лидар — активный оптический сенсор, выполняющий роль лазерного дальномера. В кабине размещены приводы органов управления и два компьютера, соединенных локальной сетью Ethernet. Беспилотный КамАЗ использует технологию пассивного компьютерного зрения: грузовик менее, чем за 0,3 секунды обнаруживает препятствия на своём пути, распознаёт дорожные знаки и сигналы светофора. В отличие от зарубежных беспилотных автомобилей, КамАЗ проникся российской реальностью и не работает на основе распознавания дорожной разметки, нанесённой на идеально ровное шоссе.
Можно уверенно сказать, что мы живём в эру умных автомобилей, которые будут относиться к одной из трёх групп: напичканные электроникой привычные машины, беспилотные автомобили и электронные помощники. Лишний пример тому — не упомянутые выше, но присутствующие на рынке смарткаров VW iBeetle с экосистемой Apple — все бортовые электросистемы интегрированы с iPhone, и даже громоздкий и неуклюжий с виду пикап Ford F-150 с голосовым управлением. Это серийные автомобили, доступные к покупке и готовые работать на своего хозяина. В любом случае, очевидно, что развитие электронной и программной составляющей автомобилей будет развиваться, ища компромисс между потребностями в безопасности, информационной составляющей и развлечением.
Но больше всего хочется, чтобы несмотря на огромные возможности электроники осталось субъективное, но такое главное — удовольствие за рулём.
Автор: Cerium
