Какими станут автомобили в будущем?

Начнем с того, что с ноября этого года базовая система Car 2 Car будет обязательна для коммерческих автомобилей в Европе. Грузовик или фургон, совершающий экстренное торможение, обязан отправить сигнал тревоги в радиоэфир, чтобы следующий за ним автомобиль затормозил в автоматическом режиме.

Члены международного консорциума Car 2 Car Communications работают над тем, чтобы автомобили разных марок могли предупреждать друг друга об экстренной остановке за поворотом, проезде на красный свет, скользкой дороге и прочих опасностях. В Европе и США объявлены открытые конкурсы на разработку коммуникационных систем, удовлетворяющих требованиям технологии по скорости и надежности.

По всей вероятности, машины будут общаться друг с другом по проверенному временем протоколу Wi-Fi, а с крупными участками дорожной сети — по сотовой связи. Главная проблема, которую предстоит решить, — скорость установки связи с новыми узлами сети. Если обычно подключение к ближайшей точке Wi-Fi (проверка пароля, шифрования, протоколов) может занимать несколько секунд, то автомобилям необходимо знакомиться друг с другом за сотые доли секунды.

Тем не менее некоторыми функциями Car 2 Car Communications уже в этом году начнет оснащать свои модели Mercedes-Benz. Интересно, что пока технология будет реализована в виде приложения для операционной системы автомобиля или даже смартфона, поэтому воспользоваться ею смогут даже владельцы ранее выпущенных «Мерседесов».

Адаптивный круиз-контроль, автоматически поддерживающий дистанцию до впередиидущего автомобиля, давно прописался в авто люксового класса. Система Lane Assist, которая помогает машине двигаться в пределах полосы, ориентируясь на дорожную разметку, менее популярна в России (в силу недостаточного распространения самой разметки), но пользуется успехом в мире. Очевидно, что если сложить эти две системы вместе, то получится автопилот.

Конечно же, на деле все несколько сложнее. Формально автопилот предписывает водителю не отвлекаться от дороги, на практике же всем понятно, что именно этой возможности ждут от электронного помощника автолюбители. А значит, от системы требуется намного большая надежность и точность, чем от обычного круиз-контроля или Lane Assist.

Тем не менее за последний год мы стали свидетелями увлекательной гонки автопроизводителей за право первым выпустить на рынок автопилот. Выиграл ее, похоже, Mercedes-Benz. Новый S-Klasse уже оснащается системой Steering Assist, благодаря которой водитель может доверить руль компьютеру при движении в пробках и по шоссе. Кстати, Steering Assist не только первый, но еще и самый быстрый автопилот — он работает в диапазоне скоростей от 0 до 120 км/ч. Системы автопилота используют радар для измерения дистанции до впередиидущего и ближайших к нему автомобилей. Для точного измерения на малых скоростях используется лазерный дальномер. Стереокамера также фиксирует расстояние до объектов по параллаксу, но главное — определяет направление их движения, а также контролирует дорожную разметку и край дорожного полотна.

Audi обещает представить автопилот на модели A8 2016 года, однако его скоростной порог будет ниже и составит 50 км/ч. К концу 2014 года свет увидит кроссовер Volvo XC90 с автопилотом, скоростные параметры которого пока не определены.

Аэродинамические рули пассажирских самолетов давно управляются компьютером: отклоняя ручку управления, пилот лишь задает нужную угловую скорость, а электроприводы исполняют его команду с оглядкой на ветер, перегрузки, опасность сваливания или штопора. При этом летчики никогда не жалуются на нехватку обратной связи и недостаточное удовольствие от управления.

Вскоре и автомобилистам предстоит испытать нечто подобное. Компания Infinity обещает уже к концу года представить публике серийный автомобиль с управлением steer-by-wire, в котором не будет прямой механической связи между рулем и колесами. Система включает датчик угла поворота баранки, сервопривод поворота колес, скомпонованный с электроусилителем рулевого управления, и целых три одинаковых электронных блока управления, дублирующих друг друга в случае неисправности.

Парадокс заключается в том, что управление автомобилем по проводам должно показаться более отзывчивым, острым и натуральным, чем обычное. Электронный блок управления возьмет на себя часть функций водителя и поможет управлять автомобилем в некоторых ситуациях. К примеру, колеса будут сами подруливать при боковом ветре, поперечном уклоне дороги, рысканье в колее. При этом информация о неровностях на руль не передастся, поэтому водитель будет воспринимать работу системы как естественную курсовую устойчивость автомобиля.

Мало того, автомобиль станет послушнее при резких маневрах, потому что компьютер поможет ему входить в поворот. Дело в том, что пятно контакта шины с дорогой поворачивается с некоторым запаздыванием относительно колесного диска из-за гибкости шин. Скомпенсировать этот эффект можно, на мгновение повернув колеса чуть сильнее, чем того требует траектория. Этот трюк, сложный даже для профессионального гонщика, вполне по силам компьютеру.

Специалисты Nissan прекрасно понимают, что подавляющее большинство водителей сегодня не готовы полностью довериться электронному управлению. Поэтому в первых моделях со steer-by-wire останется старый добрый рулевой вал, но оснащенный сцеплением, включающимся только в случае отказа электроники.

Сегодня многие автомобили оснащаются системой автоторможения (яркий пример — Volvo City Safety). Нередко водители и не подозревают об их существовании, даже после ДТП. Дело в том, что нынешние системы активируются только в том случае, когда столкновение неизбежно, и ставят перед собой цель свести к минимуму последствия аварии. Причина понятна: система не может вмешиваться в управление до тех пор, пока у водителя еще есть шанс совершить маневр уклонения. А когда такого шанса не остается, тормозить уже поздно.

Система экстренного маневрирования Nissan Autonomous Emergency Steering может предотвратить ДТП, самостоятельно изменив траекторию автомобиля. Во время движения компьютер изучает пространство вокруг машины с помощью лазерных сканеров, радаров и видеокамер и вычисляет так называемую зону уклонения — свободное пространство по сторонам от нескольких впередиидущих авто.

Если возникает опасность столкновения (машина впереди экстренно тормозит, за поворотом оказывается сломанный автомобиль, на дорогу выскакивает пешеход), компьютер предупреждает водителя звуковым и световым сигналом. Если водитель не реагирует, компьютер сам направляет автомобиль в зону уклонения, и столкновения не происходит. Если зоны уклонения нет, включается автоторможение, чтобы столкновение произошло на наименьшей возможной скорости. Искусственный интеллект автомобиля Nissan достаточно сообразителен, чтобы учитывать правила дорожного движения, не позволять машине выскакивать на встречную полосу и съезжать с дороги в канаву.

К сожалению, на серийных автомобилях подобная система появится не раньше, чем через пять лет. Причина тому — юридические тонкости: непонятно, кто будет нести ответственность, если в процессе маневра уклонения автомобиль все же спровоцирует ДТП.

Гораздо раньше можно ожидать появления системы, которая поможет водителям, путающим педали. Речь идет о маневрировании на парковках и в ограниченном пространстве на малых скоростях. Система опирается на показания камер и парковочных радаров. Если препятствие близко, а водитель слишком рьяно жмет на газ, компьютер заботливо ограничивает подачу топлива в двигатель.

Основная идея гибридов — запасать энергию торможения, чтобы затем пустить ее на разгон или поддержание движения — одинаково хорошо применима и для дорог общего пользования, и для гоночной трассы. Но если на привычных нам дорожных гибридах энергия запасается в электрических аккумуляторах, то в «Формуле-1» для этого давно используется маховик.

Распределение ролей вполне понятно. Вращающийся с бешеной скоростью металлический диск, пусть даже заключенный в герметичную безвоздушную камеру, не способен долго хранить энергию. Для гоночной трассы, где разгоны регулярно сменяются торможениями, это не помеха. Зато маховик намного легче электрической батареи. В городе же, где ритм движения непредсказуем, необходимо хранить энергию и во время долгих перегонов по ровным шоссе, и на светофорах, и даже на парковке. Здесь не обойтись без аккумулятора.

И все же появление маховиков KERS (Kinetic Energy Recovery System) на обычных легковушках вполне вероятно. Это доказал экспериментальный Volvo S60, продемонстрировавший на полигонных испытаниях 25%-ную экономию топлива. Емкость маховика Volvo — всего 0,15 кВт•ч — вчетверо меньше, чем у батареи самого скромного гибрида. Тем не менее, раскручиваясь до 60 000 об/мин, он способен удерживать запас энергии в течение 30 минут и добавлять силовой установке лишние 80 л.с. Маховик приводит заднюю ось автомобиля и отбирает энергию от нее же с помощью специальной трансмиссии. Передача энергии происходит исключительно механическими средствами.

На шоссе маховик способен в одиночку поддерживать скорость автомобиля с полностью отключенным двигателем. В спортивном режиме его энергия используется для усиления разгона, позволяя сбросить в спурте до сотни целых полторы секунды. О производственных планах относительно машин с KERS шведский производитель пока молчит. И все же рискнем предположить, что при стоимости всего «ускорителя» всего в $200 (ничтожно мало по сравнению с литий-ионными батареями, инверторами и электромоторами обычных гибридов) его шансы попасть на конвейер весьма велики.

Современные приборы ночного видения представляют собой громоздкие вакуумные трубки, которые транслируют изображение на крохотный экран. К тому же они настолько дороги, что позволить их себе могут пока лишь владельцы редких люксовых машин.

Специалисты DARPA обещают вывести ночное видение на новый уровень с помощью тончайшей пленки из органических светодиодов OLED, каждый из которых способен трансформировать инфракрасное (тепловое) излучение в видимый свет. Пленка потребляет минимум электроэнергии и настолько тонка, что изначально задумывалась военными как покрытие для очков. Возможно, в будущем ею вполне можно будет покрыть лобовое стекло целиком, позволив водителю видеть в темноте в привычном масштабе и обстановке. Правда, пока что DARPA удалось изготовить лишь несколько квадратных сантиметров драгоценного материала.

Компания Intel работает над фарами, которые сделают дождь невидимым. Сегодня, попадая в ливень ночью, водитель не видит практически ничего, кроме светящейся водяной стены прямо перед лобовым стеклом, так как капли воды хорошо отражают свет фар. Головная оптика от Intel представляет собой высокоскоростной проектор, который может светить между каплями, но сами капли оставлять в тени. О положении капель проектору сообщает видеокамера, расположенная под лобовым стеклом.

В это с трудом верится, но лабораторные образцы фар от Intel точно простреливают лучами света в промежутки между каплями, делая дождь невидимым. Однако на то, чтобы довести технологию до производства, компании потребуется не менее десяти лет.

Системой автоматической парковки сегодня никого не удивишь: водители многих современных авто могут поставить машину параллельно или перпендикулярно проезжей части, доверив руль компьютеру и контролируя лишь педаль тормоза.

Однако впередсмотрящие автомобильного мира давно подразумевают под автоматической парковкой несколько иной сценарий: остановившись у въезда на паркинг, водитель выходит из машины и отправляется по своим делам. Автомобиль сам объедет все ряды в поисках свободного места и припаркуется, причем плотнее и компактнее, чем обычно, — ведь открывать двери уже не нужно. Обратный процесс выглядит аналогично: водитель вызывает машину со смартфона, и она подбирает его на месте встречи.

Подобные концепты уже продемонстрировали многие автопроизводители из Японии, Германии, Швеции. Журналисты даже имели честь воочию лицезреть, как хетчбэк Volvo курсирует по паркингу в поисках теплого местечка. Однако это был всего лишь спектакль, разыгранный по заранее разработанному сценарию. Технологическая сторона данной концепции пока не проработана. Вопросы очевидны. Должен ли автомобиль полагаться лишь на свои датчики и вычислительные мощности или им должна управлять интеллектуальная инфраструктура паркинга? Можно ли допускать людей на территорию, где машины ездят без водителей? Как скоро паркинги станут умными, и как много совместимых с ними машин удастся продать?

Разные производители подходят к проблеме с разных сторон. Volvo обучает машину полностью контролировать обстановку, опасаться незадачливых пешеходов, искать подходящие места с помощью камер. Audi заключила контракт с сервисом INTRIX — электронной базой данных, в реальном времени обрабатывающей данные о свободных местах на 42 000 парковок в Европе и 18000 в США. Информация о близлежащих парковках и свободных местах на них уже выводится на экран информационной системы новых Audi. Чем не первый шаг к интеллектуальной инфраструктуре паркингов?

В любом случае автомобили научатся парковаться самостоятельно раньше, чем подвозить спящего водителя домой, — ведь движение на паркингах куда более упорядоченное и предсказуемое, чем на городских улицах.