Беспилотные технологии для коммерческого транспорта

По оценкам организаторов, приблизительно 182 000 человек из 160 стран мира посетили выставку, которую президент и генеральный директор корпорации Daimler Trucks North America (DTNA) Роджер Нильсен назвал «глобальной сценой инноваций». Кроме компьютеров, смартфонов и разных летающих дронов, на стендах CES можно было увидеть довольно много новинок, связанных с автотранспортом. Автоматизированная технология управления грузовиками, ещё недавно казавшейся футуристичной экзотикой, набирает обороты и набирает, надо сказать, довольно активно. Сразу несколько компаний показывали свои наработки в этом направлении.

Daimler Trucks

Новый седельный тягач Freightliner Cascadia, оборудованный технологией полуавтоматизированного вождения 2-го уровня, удостоился награды «Лучшая транспортная технология» от редакторов ведущего американского научного издания Engadget.

На пресс-конференции представители корпорации Daimler Trucks сообщили, что прекращают свои исследования в «караванном направлении» (платунинг), и полностью сосредоточиваются на автоматизированных транспортных средствах. В 2015 году на выставке CES Daimler впервые показал свой первый автономный прототип. С тех пор автопроизводитель не прекращал усердно работать с автономными технологиями, и в итоге смог монетизировать автономию второго уровня.

В данный момент заканчивается предсерийная подготовка новой Cascadia SAE Level 2 и в июле она поступит на конвейер. Автомобиль получит модернизированный пакет Detroit Assurance 5.0, который обеспечивает высокий уровень безопасности на дороге. В систему входят радары дальнего действия и ближнего действия с большим углом обзора, камера, отслеживающая другие машины, пешеходов и дорожные знаки, система Lane Keeping Assist (соблюдение рядности движения по заданной полосе), а также система торможения Active Brake Assist, активирующаяся при угрозе столкновения.

Новый тягач Cascadia обеспечивает 35%-ное повышение топливной экономичности по сравнению с первой моделью флагмана, впервые появившейся в 2007 году. Значительная часть этого улучшения образуется от новой функции «аэродинамического управления высотой» подвески. Эта система с электронным управлением активируется на скорости грузовика 88 км/ч. Она снижает высоту автомобиля, чтобы оптимизировать воздушный поток под передней частью шасси и над всем автопоездом, тем самым уменьшая динамическое сопротивление всего автопоезда.

Главным преимуществом роботизированного автомобиля можно назвать его неутомимость. Такое транспортное средство сможет работать без перерывов на отдых в течение семи дней в неделю. Особенно будет полезна и удобна его ночная смена, когда на дорогах совсем немного машин. Интеллектуальная начинка поможет составить правильный маршрут в обход дорожных пробок.

Главным вопросом для автономных машин остается безопасность. Мартин Даум считает: «94% аварийных случаев с участием грузовиков происходят из-за ошибок водителей. Поэтому задачи, которые предстоит решить в ближайшее время – это повышение надёжности работы всех электронных компонентов автономного автомобиля. Они включают такие вопросы, как работоспособность технологии в дождь, снег, сильную жару, на горных трассах и строительных площадках, чтобы все датчики и измерительные системы смогли работать непрерывно более 5 лет или 800 000 км, и в конечном итоге нам надо удвоить эти цифры». Он также сообщил, что корпорация Daimler будет активно работать с американским конгрессом над обновлением законодательной базы. В ближайшие несколько лет автогигант собирается потратить порядка $600 млн на совершенствование технологии автоматизированных грузоперевозок. В этом году инженеры Freightliner начнут тестировать полностью автономный грузовик (уровень Level 4), то есть технология третьего уровня (промежуточная) будет полностью пропущена.

PlusAI

Американская компания PlusAI, Inc. демонстрировала на CES грузовик с технологией автономного вождения Level 4. Фирма была основана лишь в 2016 году в Калифорнии и по некоторым оценкам уже стала ведущей в сфере разработки автономных коммерческих автомобилей. В начале 2017 года PlusAI стала первой компанией, которая получила лицензию калифорнийского департамента транспортных средств (DMV) на автоматизированное вождение грузовика. В течение последних двух лет PlusAI постоянно укрепляла своё лидерство на рынке роботизированных технологий.

В Лас-Вегасе инженеры PlusAI показали седельный тягач International LT, оборудованный автопилотной технологией L4. Этот самоход уже показал на испытаниях своё умение самостоятельно покинуть начальный пункт маршрута и успешно добраться до конечной точки. Автономная технология L4 PlusAI демонстрирует отличную точность позиционирования автомобиля на дорогах. А её автоматизированная система управления основана на глубоком понимании визуальных алгоритмов, передовой системы контроля полосы движения, технологии LIDAR (обнаружения и лазерного измерения), SLAM (мгновенное позиционирование и построение дорожной карты), а также других технологических решений.

TuSimple

Ещё один специалист по самоходам – компания TuSimple. Она была основана в Китае в 2015 году и сегодня имеет научно-исследовательские центры в Пекине и Сан-Диего (США). В прошлом году TuSimple предоставляла седельный тягач Peterbilt Model 579 класса 8 грузоподъёмности, оборудованный системой автономного движения Level 4. Бесшофёрный автомобиль участвовал в 200-мильном тест-драйве от Сан-Диего до Юмы, штат Аризона. Испытания прошли успешно и TuSimple доказала, что грузовик 4-го уровня автономии способен выполнять поездку без участия человека. Затруднения пока что вызывают пробки на дорогах.

В этом году компания TuSimple показала новый автономный (Level 4) автопоезд в составе седельного тягача Navistar International LT и 53-футового полуприцепа. «Прошёл ровно год после дебюта нашего беспилотного прототипа на CES 2018. За это время мы запустили автономный транспорт, который в тестовом режиме в штате Аризона совершает пять рейсов в день. Флот наших дорожных роботов расширяется, и мы активно продвигаемся к нашей основной цели – серийное производство самоходных грузовиков», – сказал д-р Ксяоди Хоу, основатель и технический директор компании TuSimple. Кстати, компания скромно называет себя «крупнейшим в мире разработчиком решений для автоматизации транспортных средств».

Основа автономной технологии TuSimple заключается в использовании собственной электронной платформы Nvidia Drive. Эта технология обслуживается чувствительными камерами с дальностью действия до 1000 м и небольшими радарами. По словам специалистов компании TuSimple, рабочий диапазон Nvidia намного превышает дальность действия автономных технологий конкурентов.

Основное различие между TuSimple и другими первопроходцами автономного вождения заключается в том, что первая концентрирует свои усилия на фиксации и обработке изображений, получаемых от центральной камеры и других сенсорных источников. Остальные компании фокусируются на использовании различных лидаров. Эти устройства неплохо работают при любых погодных условиях и даже при плохой освещённости, но они сегодня стоят чрезвычайно дорого и имеют ограничение по применению в магистральных грузовиках, двигающихся на скоростях 90 км/ч и выше.

Современный лидар может обнаруживать такие объекты, как легковые автомобили, на расстоянии примерно в 250 м, хотя оптимальное качество силуэтов электронный контроллер начнёт формировать только на дистанции около 150 м. Технология Nvidia позволяет самоходам TuSimple видеть всё вокруг себя в диапазоне 360º, иметь дальность обзора до 1000 м и формировать качественные цифровые изображения объектов во всем радиусе действия этого оборудования.

В настоящее время парк фирмы в США насчитывает 11 беспилотных автопоездов, и руководство рассчитывает к лету этого года запустить в эксплуатацию еще 40 большегрузов.

Waymo

Генеральный директор компании Waymo Джон Крафчик давал бесчисленные интервью о преимуществах беспилотной автомобильной технологии, рассуждал про их безопасность, независимость от погоды, экономическую эффективность и грядущие социальные изменения. (До высокого поста в Waymo Джон был президентом компании Hyundai Motor America, а также главным инженером Ford Expedition.)

С того момента, как компания Waymo провела свой тест-драйв автономного грузовика, общий пробег автопилотных автомобилей фирмы на дорогах общего пользования достиг уже отметки в 10 миллионов миль. Waymo испытала свои самоходы в 25 американских городах. Автопарк фирмы сегодня имеет постоянные контракты на перевозку грузов в штате Аризона. Waymo заключила партнёрские отношения с такими известными компаниями, как Jaguar Land Rover, Fiat Chrysler Automobiles, Lyft, Avis, AutoNation и другими.

Luminar Technologies

По сравнению с предыдущим популяризатором беспилотного будущего, успехи небольшой фирмы Luminar Technologies, Inc., пока ещё не столь заметны. Но её инженеры из Орландо занимаются разработкой собственной автоматизированной технологии, которую предлагают всем владельцам из Кремниевой долины. В Лас-Вегасе основатель Остин Рассел показал свои достижения установленные, на автономном седельном тягаче Kenworth T680. Сегодня усилия компании фокусируются в основном на использовании LiDAR-технологии и собственной многофункциональной платформы.

Embark

Скороспелые канадские роботисты, хотя и уступают в размерах и финансовых потенциях крупным автопилотникам, но в желании конкурировать с этими гигантами им никак не откажешь. Embark с момента своего основания сразу сосредоточил своё внимание на магистральных автопоездах. Благодаря этому они начали продвигаться к коммерциализации проекта очень быстрыми шагами. Только за прошлый год специалисты Embark накатали 124 062 миль в автономном режиме. Руководство компании уверяет, что водители-испытатели во время тестов редко отключали автопилотную систему. Если усреднить, то получится один раз на каждые 2200 км пробега. К достижениям 2018 года относится самый длинный 2400-мильный автопилотный пробег от тихоокеанского до атлантического побережья. Маршрут пролегал по автомагистрали Interstate-10 из Лос-Анджелеса в Джексонвилл (штат Флорида).

Embark хотя и маленький игрок автономного бизнеса, но уже полностью освоил процесс оснащения стандартного грузовика датчиками Velodyne lidar, камерами, радаром и вычислительной системой с собственным программным обеспечением. В отличие от других производителей Embark не использует электронные карты дорог. Вместо этого перед поездкой происходит программирование маршрута при помощи встроенных датчиков. Это позволяет автоматизированному транспортному средству совершать безошибочную поездку по меняющейся местности в реальном времени.

В будущем, возможно, компания переключит свое внимание на лицензирование и продажу своего ПО, а также услуги по установке интеллектуальных систем в автомобили. Но пока началась программа по созданию собственного автопилотного автопарка. В ближайшее время автоматизированный автопарк Embark будет расширен до 100 автопоездов. Компания сегодня продолжает перевозить клиентские грузы и зарабатывает на этом реальные деньги. Сегодня освоен маршрут между канадской провинцией Онтарио и американским штатом Феникс, а в будущем география расширится до Техаса и Флориды.

Einride

Шведский стартап Einride привёз в Лас-Вегас беспилотный фургон T-pod. В нём отсутствует кабина водителя, а вместо неё предусмотрен лишь блок управления на базе электронной платформы Nvidia Drive. Она уже упоминалась как часть самоходной технологии компании TuSimple.

Шведский беспилотник с полным электроприводом комплектуют двумя синхронными электромоторами с общей мощностью 260 кВт и блоком LiFePO4 аккумуляторных батарей с общей ёмкостью 200 кВт.ч. С одной полной зарядки АКБ автомобиль покрывает расстояние до 200 км, но это в конечном счёте зависит от загрузки, ландшафта и скорости движения. Для зарядки АКБ предусмотрено бортовое зарядное устройство. Полная зарядка аккумуляторов может продолжаться около шести часов. При этом в инновационной машине шведские конструкторы реализовали оригинальное сменное устройство, позволяющее заменить разряженный блок АКБ на заряженный в течение 5 минут. Установленный на автомобиле электронный контроллер проверяет и управляет всей электротрансмиссией транспортного средства. Он постоянно мониторит заряд батарей, давление пневмосистемы, скорость движения, работу электродвигателя и температуру АКБ. Масса только электротрансмиссии составляет приблизительно 2 т, при этом полная масса транспортного робота не превышает 20 т. Длина грузовика составляет 7 м. Внутри грузового отсека можно разместить 15 стандартных паллет. Сегодня шведские автороботы уже задействованы в тестовой эксплуатации в Европе. Они участвуют в доставке продовольственных товаров для торговой сети Lidl.

Udelv

Компания Udelv представила обновлённую версию развозного электрофургона Newton, оборудованного автономной системой движения. Новинка построена на шасси фургона Ford Transit Connect. Автопилотная технология была разработана в сотрудничестве с компанией Baidu. Таким образом, новый Newton стал первым коммерческим автомобилем, со встроенной автономной платформой Apollo 3.5 Baidu. Кроме беспилотной технологии инженеры Udelv инсталлировали в электронный контроллер фургона оригинальное ПО, которое сможет быстренько подсчитать объёмы и вес всех перевозимых коробок, а потом укажет на мониторе, как заполнить грузовой отсек автомобиля самым оптимальным образом.

Udelv объясняет, что его автоматизированные автомобили способны совершать поездки на короткие и средние расстояния без участия водителя по маршруту: склад – магазин и обратно. Максимальная скорость движения самохода может достигать 100 км/ч. Территория, на которой автопилотный транспорт может действовать в автономном режиме достигает 1000 км2.

В компании Udelv сообщили, что их беспилотный фургон уже совершил в тестовом режиме более 1200 доставок в пределах Сан-Франциско. Кроме этого было объявлено, что крупнейший ретейлер в мире – Walmart в феврале этого года начнёт пробную эксплуатацию автономных фургонов для доставки своим клиентам свежих продуктов. При этом в каждом самоходе будет присутствовать водитель-экспедитор.

До конца 2019 года Udelv планирует продать более 100 своих автоматизированных фургонов покупателям из нескольких американских городов. Примером этому может служить контракт с техасской фирмой XL Parts. Она будет использовать беспилотники для доставки запчастей автомастерским, расположенным вокруг Хьюстона.

Honda

Ещё одним примером использования робота стало беспилотное японское транспортное средство Honda AWH (Autonomous Work Vehicle). Новинка построена на основе существующего вездехода Honda ATV. Для движения по пересечённой местности аппарат оборудован множеством камер, радаров, GPS-навигатором и другими датчиками. Всё это навесное оборудование помогает ему правильно маневрировать в самых сложных условиях. Автономный рабочий автомобиль AWV Honda 3E-D18 можно использовать в трёх программируемых режимах: «движение от пункта А до пункта Б», «следуй за мной» и «шаблон».

Первые тесты были проведены в разных ипостасях: на сельхозработах в калифорнийском колледже помогал студентам таскать мешки с картошкой, перевозил инструменты работников солнечной электростанции в Северной Каролине и активно помогал спасателям в Колорадо.

Тесты прошли успешно. Пользователи отметили компактный размер автономного транспортного средства, его вездеходную способность и неплохую грузоподъёмность в 454 кг. Габаритные размеры 1940х1110х900 мм. Снаряжённая масса не превышает 350 кг, а масса буксируемого прицепа может доходить до 590 кг.

На выставке CES 2019 представители Honda активно искали новых партнёров для роботизированной рабочей лошадки, которые готовы адаптировать её к ещё более широкому спектру задач.

Проблемы с безопасностью

Безопасность использования самоходов – ключевая задача новых беспилотников. Ей уделяется очень много внимания, особенно после смертельного ДТП, произошедшего в марте прошлого года. Тогда самоуправляемый внедорожник Volvo XC90 сбил человека на пешеходном переходе в Темпе (шт. Аризона). После этого были приостановлены испытания до выяснения всех обстоятельств происшествия.

Активное появление самоходов сразу поставило вопросы о том, как некоторые пункты федеральных правил безопасности автомобильных перевозок или FMCSR, регламентирующие работу водителей, будут применяться к грузовикам, в кабине которых не будет человека. Ведь автономные машины требуют специальных оговорок в существующих стандартах. И вот в конце прошлого года федеральное правительство утвердило изменения в дорожных стандартах относительно вопроса о самостоятельном вождении автоматизированных транспортных средств – Automated Vehicles (AV) 3.0. Это обновление оказалось очень важным документом, ведь впервые правилами регламентированы все аспекты выпуска самоуправляемых грузовиков на дороги общего пользования.

Положение AV 3.0 устраняет существующие нормативные барьеры и разрешает в соответствии с Федеральными правилами безопасности автомобильных перевозок (FMCSR), самоходным грузовикам работать на межштатных маршрутах, как только их владельцы смогут доказать, что они безопасны и соблюдают существующие правила работы коммерческого транспорта. Таким образом, в результате внедрения AV 3.0 владельцы коммерческих автомобилей теперь смогут работать на 90% территории США.

Не важно о чём речь. речь всегда о деньгах!

«Если мы сосредоточим наши усилия на работе автономных транспортных средств в ночное время, то мы сможем резко увеличить коэффициент использования дорогостоящей автотехники. Даже если нам придётся прилично доплатить за все датчики, приводы и контроллеры, которые потребует от нас автономия», – говорит аналитик издания Fleet Owner Equipment News.

Сегодня усреднённая цена типичного седельного тягача с полуприцепом составляет примерно $180 000 США. При этом автопоезд работает менее половины суток, по опыту что-то около 11 часов в день. Делать экипаж из двух водителей? Да, такой вариант используется, но встречается редко. И основная причина этому – нехватка водителей-дальнобойщиков по всей Северной Америке. По прошлому году дефицит в отрасли достиг 50 000 вакансий.

А вот достичь большего коэффициента использования автопоезда за счёт автоматизации выглядит очень заманчивым, особенно в ночное время, поскольку перед автономными грузовиками меньше сложных задач и они достигают более высокого темпа движения, чем в плотном дневном потоке. В ночное время при небольшом количестве транспортных средств и людей на дорогах безопасность от использования самоходных грузовиков будет очень высокой. При определённых обстоятельствах можно будет программировать движение роботизированных автопоездов таким образом, чтобы на особо загруженных магистралях в дневное время они вообще не работали и не замедляли движение другого автотранспорта.

Суммарно стоимость услуг по грузоперевозкам в США в долларовом выражении сегодня составляет приблизительно 350 млрд. Они могут работать круглосуточно в течение всей недели. Так, обычный автопоезд с водителем за год проезжает 160 000 км, а робот делает по 480 000 км за тот период. При такой эксплуатации грузоперевозчик дополнительно зарабатывает $800 000 с одного автопоезда.

Ноги вместо колёс

Подумали об этом в корпорации Continental и в партнёрстве с компанией ANYbotics разработали четвероногого робота. Демонстрационный макет ANYmal, привлёк значительное внимание посетителей выставки CES. Тема «последней мили» сейчас очень актуальна, и ей посвящено множество разработок. Речь идёт о заключительном этапе логистики – доставке небольшой посылки по конкретному адресу. Доставка товаров и посылок в жилые районы является растущим и динамично развивающимся рынком благодаря интернет-торговле. Электронная коммерция требует эффективности, точности и последовательности маршрутов при планировании.

Служба курьерской доставки ещё не избавилась от человеческого фактора, но с ростом объёмов доставки всё большее значение начинает приобретать стоимость услуг. Нанимать дополнительных курьеров и докупать развозные автомобили нерентабельно.

ANYmal разрабатывался для эксплуатации в различных погодных условиях с акцентом на высокую мобильность и динамические возможности. Металлическая «собачка» с электронными мозгами имеет высоту с полметра. На её спине закреплён багажник, в который можно положить посылку весом до 30 кг. Робот был построен на модульной основе с использованием электропривода, аккумулятора, камер, лидаров, датчиков и электроники, позволяющей ориентироваться в городе. Кроме этого «собака» может хранить необходимые маршруты, а также принимать команды от смартфона. Безопасность новинки протестирована по стандарту IP67. Механизм в целом надёжен: робот может приседать, удерживать равновесие при ходьбе, прыгать и оставаться работоспособным даже после падения. В ногах ANYmal применены компактные силовые датчики, которые обеспечивают точное измерение нагрузок при контакте с поверхностью.

В серии проведённых экспериментов ANYmal выполнял различные виды движения: ходьба, бег, подъём по ступенькам лестницы и прыжок. Измерения привода показали его низкое потребление электроэнергии во время работы, порядка 280 Вт. Это означает, что робот будет активным порядка двух часов, после чего необходима зарядка АКБ.

В качестве носителя использовано электрифицированное транспортное средство Continental Urban Mobility Experience (CUbE), которое сможет перевозить несколько роботов ANYmal с грузом. Автопилотный электрофургон сам выбирает оптимальное место и останавливается для выгрузки «собачьего» десанта. Далее четвероногие курьеры покидают CUbE и разносят посылки получателям. Таким образом, формируется сквозная логистическая цепь, участие человека в которой минимально. По прогнозам потребность в подобных автоматизированных технологиях доставки будет возрастать в связи с глобальным ростом электронной торговли и урбанизации.