Как работает беспилотный автомобиль и что он «видит» на дороге

Современный подход начал формироваться в нулевые годы. Разработчики текущего поколения делают ставку на электронику: благодаря появлению мощных компьютерных чипов и средств машинного зрения с высоким разрешением стало возможным создать работоспособные беспилотники.

Лишь в самые последние годы начали появляться модели автомобилей, которые разрабатываются как беспилотные «с чистого листа». До этого, разработчики автономных машин поступали проще: брали серийный автомобиль с конвейера и оборудовали его системами автономного вождения.

В центре системы находится серверный блок, отвечающий за обработку информации о внешнем мире и управление автомобилем — мощный компьютер, способный в текущем времени обрабатывать потоковое видео высокого разрешения, причем приходящее одновременно со многих камер. Он распознает в картинке отдельные объекты — пешеходов, края дороги, дорожные знаки, соседние машины, — и принимает водительские решения.

Чтобы сервер мог управлять машиной, в него также встраивают органы управления — приводы управления тягой двигателя, трансмиссией, тормозами, рулевой системой, фарами и сигналами поворота и другими.

«Научить» ездить самостоятельно можно практически любой автомобиль, хоть старую дедушкину «Победу». На соревновании студенческих беспилотных команд «Робокросс», который проводит «Группа ГАЗ», многие команды использовали обычные грузовички «Газель».

На практике, настроить взаимодействие компьютера с коробкой передач, педалями и рулем довольно сложно. Вот почему разработчики беспилотников любят современные электромобили. В них нет трансмиссии — это сразу делает управление проще.

Вдобавок, электромобили часто имеют электронно-дистанционную систему управления — то есть, руль и педали не связаны механически с рулевой системой, тормозами и двигателем. Все управление происходит по проводам, а каждым узлом в машине управляет отдельный блок управления — значит, эту задачу не нужно решать беспилотному серверу.

Третья часть — органы машинного зрения, которыми автомобиль воспринимает информацию об окружающем мире. От них зависит то, что «видит» система беспилотного вождения.

Большинство разработчиков, включая лидера отрасли Waymo, оснащают беспилотники набором датчиков разного типа, среди которых главные — это лидары (лазерные дальномеры), видеокамеры и радары. Каждый из них воспринимает разную информацию.

Лидар посылает световые импульсы во все стороны, измеряя расстояние до окружающих объектов, и создает трехмерную карту из точек.

Видеокамера «видит» мир примерно так же, как человеческий глаз. Если речь идет о стереокамере, то она работает как наше бинокулярное зрение, позволяя отличать объекты близкие и далекие.

Каждый тип датчика имеет свои слабые стороны. Лидары не умеют читать изображения на плоской поверхности — например, цифры на знаках ограничения скорости. Видеокамеры умеют, но они «слепнут» от бликов в солнечный день и хуже видят ночью. И тем, и другим создает помехи дождь или снег, но по-разному.

Именно поэтому нужны датчики разных типов — один подкачает, другой подстрахует. Это снижает риск ошибок. Такой подход называется «фьюжн» (англ. fusion — «смешение»).

В отрасли беспилотного вождения существует своего рода «оппозиция». Меньшинство инженеров считают, что правильнее использовать один тип датчиков — видеокамеры. Их главный аргумент — лидары стоят дорого, а разнотипные данные повышают нагрузку на компьютер. Если оснастить автомобиль ворохом стереокамер, система беспилотного вождения будет работать не хуже, при этом заметно подешевеет.

На практике, сторонники фьюжн-подхода показывают лучшие результаты: создаваемые ими автомобили реже ошибаются и раньше доказали свою способность безопасно работать в роботакси и перевозках грузов.