Магистерская работа по ремонту автомобилей и двигателей на тему Методика оценки эффективности функционирования тормозной системы беспилотного транспортного средства.

1.1 Общая характеристика объекта исследования.
Беспилотные автомобили – это автомобили, которые могут двигаться по дороге без участия водителя. Они оснащены различными датчиками, камерами, радарами, лидарами и другими технологиями, которые позволяют им определять местоположение, расстояние до других объектов и принимать решения на основе полученной информации.
Создание беспилотных автомобилей требует использования различных технологий и компонентов. Например, для определения местоположения и навигации по дороге используются ГНСС, карты и спутники. Для обнаружения других объектов на дороге используются камеры, радары и лидары, которые могут обнаруживать объекты вокруг автомобиля и определять их расстояние и скорость.

Рисунок 1 – Состав оборудования автономного ТС

Для управления автомобилем используется специальное программное обеспечение, которое обрабатывает данные, полученные от датчиков и принимает решения на основе алгоритмов и правил движения. Это позволяет автомобилю-роботу двигаться по дороге, избегая препятствий и соблюдая правила дорожного движения.
Создание беспилотных автомобилей также требует проведения многих испытаний и тестирования, чтобы убедиться в их безопасности и эффективности. Многие компании, такие как Tesla, Google, Uber и General Motors, уже имеют свои собственные беспилотные автомобили и транспортные средства, которые проходят тестирование и различные испытания.
Кроме того, создание беспилотных автомобилей также требует разработки правовых и регуляторных рамок, которые позволят им законно двигаться по дороге. Это включает в себя разработку правил и нормативов, которые определяют, как беспилотные автомобили могут использоваться на дорогах и как обеспечивается безопасность для пассажиров и других участников дорожного движения.
Помимо преимуществ у автономных автомобилей есть и немало серьезнейших проблем.
Водить даже обычный автомобиль бывает очень непросто, но ситуация дополнительно осложняется, если нужна автоматическая отказоустойчивая система, способная работать в любых условиях вождения с крайне низкими показателями допустимых ошибок. Автономные автомобили образуют и потребляют огромные объемы данных. При этом в новом отчете прогнозируется рост глобального рынка автомобилей с сетевыми возможностями на 270% к 2022 году. Предполагается, что к 2022 году будет продано свыше 125 миллионов пассажирских автомобилей с возможностями сетевого подключения [5].
Суммарные расходы на разработку автономных систем вождения могут достигать миллиардов долларов, при этом стоимость оборудования одного автомобиля всем необходимым для полностью автономного вождения также будет весьма велика и может достигать 100 тысяч долларов [12].
Потребуется модернизация инфраструктуры. Может потребоваться переделать дороги, чтобы обеспечить безопасность и согласованность условий для новых типов автомобилей. Достижение такого уровня согласованности на международном уровне или хотя бы в пределах городов будет непростой задачей.
Также необходимо учитывать нормативно-правовые аспекты и вопросы ответственности. Например, если из-за автономного автомобиля возникнет авария, чья будет вина: водителя, производителя автомобиля или компании, разработавшей программное обеспечение для автономной езды?
Наконец, необходимо обучение и информирование потребителей, чтобы дать им возможность принимать решения и не реагировать на слухи, мифы и ошибочные представления об отрасли и технологии автономных автомобилей.
В целом, создание беспилотных автомобилей является сложным и длительным процессом, который требует больших инвестиций и затрат на исследования и разработки. Однако, благодаря продвижению технологий и растущему интересу со стороны потребителей и производителей, мы можем ожидать еще большего развития и распространения беспилотных автомобилей в будущем.
Почти век изобретатели пытаются создать самоуправляемые транспортные средства, которым не нужны водители для передвижения. Первые такие автомобили появились в 70-х и 80-х годах в качестве прототипов. Теперь, похоже, в ближайшие годы мы можем наконец оказаться в ситуации, когда автономные транспортные средства готовы стать реальностью.
В 2016 году SAE International (Общество автомобильных инженеров) [1] разделило системы управления автомобилями без водителя на шесть разных уровней автономности [2]. Эта система классификации заменила аналогичную, опубликованную в 2013 году Национальным управлением по безопасности движения на автодорогах (NHTSA) департамента транспорта США [3], и теперь обе агентства используют исключительно версию SAE.
Это несколько противоречивая и запутанная система, как для производителей, так и для потребителей, но, тем не менее, она вносит свой вклад в классификацию автоматических системы управления транспортными средствами по формальным признакам.
В узком смысле самоуправляемые транспортные средства – это просто те, которые могут осуществлять движение по дорожным средам без участия человека. Они могут использовать камеры, датчики, радары и лидары для обнаружения препятствий на дороге, а также могут использовать ГНСС и другие координирующие системы для достижения своего пункта назначения. На 2019 год большинство автомобилей все еще не имеют автоматизированных систем вождения, хотя многие имеют продвинутые системы помощи водителю, такие как автоматическое экстренное торможение и круиз-контроль.
Однако полная автономия не кажется слишком далекой, и некоторые компании, такие как Tesla и Waymo, уже продают автомобили со значительными функциями «без рук». Технологические, культурные и правовые барьеры делают переход к автомобилям без водителя труднопредсказуемым, поэтому прогнозы автоматизации не являются однозначными.
Поэтому, шесть уровней вождения SAE служат полезной схемой для размышлений о том, куда движется эта технология, а автопроизводители и эксперты по вопросам политики могут использовать ее для классификации, когда это необходимо. SAE рассматривает каждый уровень как эталон диапазона задач, которые может решать система автономного вождения, от слияния полос до высокоскоростного движения.
Каждый уровень имеет номера от 0 до 5, причем более высокие номера означают более высокий уровень автономности автомобиля. Эти цифры могут появиться на маркетинговых материалах компании, в популярной новостной статье или в пресс-релизе о новом предложении автомобильной компании.
На рисунке 1 приведена диаграмма с обзором текущих уровней самоуправляемости автомобилей SAE и с двумя уровнями упрощенной классификации (Уровень 2 и Уровень 4).

Рисунок 2 – Уровни самоуправляемости автомобилей SAE

В самом простом случае, можно обойтись двумя уровнями классификации SAE:
 Управляет водитель – автомобиль имеет сложные полуавтоматические функции для помощи водителю, но водитель полностью несет ответственность за управление и транспортное средство находится под его контролем (Уровень 2).
 Управляет автомобиль – автомобиль полностью автономный и не требует водителя. Такой автомобиль, скорее всего, будет ограничен определенными местами и условиями (Уровень 4).

Рассмотрим, что означает каждый уровень самоуправляемых автомобилей.
Уровень самоуправляемого автомобиля 0 – нет автоматизации.
Водитель с правом управления, полностью сконцентрированный и имеющий полный контроль.
Автомобиль без автоматизации.
Почти все когда-либо построенные автомобили, от Benz Patent-Motorwagen, построенного в 1885 году, до Toyota Prius 2010 года, не имели никаких возможностей самоуправления. Такие автомобили «Уровня 0», как их классифицирует SAE, могут иметь простые системы предупреждения или вмешательства, но все они требуют от водителя ручного торможения, управления рулевым колесом, парковки, маневрирования и разгона.
На уровне 0 водитель полностью контролирует свой автомобиль. Автомобиль может выдавать предупреждения, такие как звуковой сигнал при движении задним ходом и слишком близком приближении к другому автомобилю, но водитель должен нажать на тормоз, чтобы избежать столкновения с другим транспортным средством.
Уровень 1 самоуправляемых автомобилей: помощь водителю («руки на руле»)
Водителю требуется полное внимание.
Транспортное средство: полуавтоматические системы, такие как круиз-контроль.
Автомобили уровня 1 имеют механизмы, которые помогают с управлением направлением или скоростью, но не одновременно. Водитель должен переключаться с одной функции на другую. Иногда этот уровень автоматизации называют «руки на руле», потому что от водителя ожидается, что он будет держать руки на руле, а управление автомобилем будет разделено между водителем и программным обеспечением. Адаптивный круиз-контроль является общей функцией самоуправляемых автомобилей уровня 1. Когда адаптивный круиз-контроль активирован, автомобиль ускоряется и замедляется самостоятельно, в то время как водитель управляет направлением движения автомобиля. Технологии вождения для автоматических транспортных средств уровня 1 также могут включать помощь в удержании полосы, которая предупреждает автомобиль о движении водителей внутри и между полосами; автоматическое экстренное торможение, которое предупреждает водителя о возможном столкновении и позволяет полностью затормозить; и помощь при парковке, которая управляет автомобилем, пока водитель ускоряется или замедляется.
Автомобили с адаптивным круиз-контролем включают Chevrolet Impala 2014 года выпуска, Ford F150 и BMW 5 Series Sedan, который включает функцию Stop&Go для автоматической настройки расстояния автомобиля до транспортных средств спереди и сзади. В BMW 5 Series Sedan также есть система BMW Personal CoPilot и система предупреждения о столкновениях и пешеходных опасностях с активацией тормозов в городе для дополнительного удобства. Обе эти функции значительно снижают риск столкновений. У многих автомобилей уровня 1 есть детектирование краев дороги, которое сообщает водителю, если он слишком близко к краю дороги. В Европе все недавно выпущенные транспортные средства должны иметь помощь в удержании полосы, автоматическое экстренное торможение и детектирование краев дороги, чтобы получить четырехзвездочный рейтинг безопасности или выше.
Самоуправляемый автомобиль уровня 2: частичная автоматизация («будьте внимательны»)
Водитель с правами на вождение, требуется полное внимание.
Транспортное средство: полуавтоматические системы, такие как управление направлением, скоростью и торможением.
Это наиболее распространенный уровень в автомобилях для потребителей с автопилотом сегодня и описывает транспортные средства, которые могут управлять направлением и скоростью. Однако водитель все еще несет ответственность за транспортное средство и должен постоянно быть внимательным, даже если система мониторинга водителя (DMS) позволяет водителю «отпустить» руль.
Например, автопилот Tesla для модели S может маневрировать в трафике и ускорять или замедлять автомобиль самостоятельно. Однако человеческое вмешательство все еще играет большую роль в автомобилях уровня 2, поскольку водитель должен держать руки на руле в случае, если система не сможет ответить на проблему.

С другой стороны, функция Super Cruise от General Motors позволяет отпустить руль, хотя камеры в транспортном средстве следят за глазами водителя и отключают круиз-контроль, если он не следит за дорогой.
Другие примеры функций уровня 2 включают Audi Traffic Jam Assist, который направляет транспортное средство через медленное движение трафика, и Mercedes-Benz Driver Assistance, который может поддерживать расстояние между автомобилями при скоростях до 210 км / ч. Volvo Pilot Assist – это еще одна такая функция, обеспечивающая одновременную помощь в управлении направлением и поддержании расстояния от других автомобилей.
Уровень 3: условная автоматизация («без глаз на дороге»)
Водитель с правами и возможностью взять управление, если это потребуется.
Транспортное средство: основные функции управления автоматизированы в некоторых условиях.
Условная автоматизация, уровень 3 классификационной системы SAE, является наиболее спорным и обсуждаемым уровнем, поскольку позволяет водителю сосредоточиться на чем-то, кроме задач управления автомобилем, находясь в машине, сохраняя при этом ответственность за нее.
С технологией уровня 3 машина не нуждается в том, чтобы руки оставались на руле или глаза смотрели на дорогу. Водитель может читать книгу, смотреть фильм или играть на телефоне. Единственное требование – оставаться в машине, поскольку автономные транспортные средства уровня 3 все еще могут требовать от водителя реакции на проблемы, с которыми они не могут справиться самостоятельно, например, при прохождении через зону дорожных работ.
Этот уровень несколько спорен, потому что водитель должен присутствовать и нести ответственность за автомобиль, даже если он находится под контролем транспортного средства, и водитель не всегда может быть в курсе ситуации. Если возникает проблема, она может стать сложной для водителя, которому нужно внезапно вернуться к осознанию ситуации и контекста событий, когда часто требуются мгновенные решения.
Поэтому большинство производителей, вероятно, пропустят этот уровень 3 и сделают самоуправляемые автомобили более четкими, где либо человеческий водитель несет ответственность и находится под контролем (уровни 0,1,2), либо нет (уровни 4 и 5). Другие, такие как Mobileye, пытаются улучшить уровень 2, называя свою технологию «уровнем 2+», что может вызвать еще больше путаницы.
Тем не менее, некоторые производители автомобилей продвигаются вперед с маркетингом этого уровня. Например, Audi A8 имеет «функции уровня 3», хотя его система Traffic Jam Pilot, которая позволяет автомобилю автономно проходить через заторы, была отменена из-за юридических проблем в США. Автомобили уровня 3 могут применять экстренное торможение самостоятельно, и они особенно компетентны на автострадах, где пешеходы и перекрестки менее проблематичны. У транспортных средств уровня 3 обычно есть звуковые предупреждения, чтобы предупредить водителя о необходимости взять управление автомобилем. Если водитель не реагирует, транспортное средство может остановиться на обочине до тех пор, пока водитель не возобновит управление.
Автомобили с этим уровнем автоматизации все еще редки, потому что они требуют гораздо более обширных систем безопасности, чем автомобили уровня 2, чтобы соответствовать нормам регулирования. Если это станет обычным делом, система уровня 3 будет являться важным этапом в развитии самоуправляемых автомобилей, поскольку это позволит людям работать во время своих коммутаций, потенциально сокращая их рабочие дни. Mobileye, дочерняя компания Intel, работает над системой резервирования, объединяющей лидар, радар и программное обеспечение для поиска пути, чтобы сделать уровень 3 более жизнеспособным. Система Personal CoPilot от BMW позволит водителям отказаться от управления направлением движения, ускорением и торможением автомобиля без необходимости полного внимания. Ford, напротив, надеется перейти с уровня 2 на уровень 4, чтобы избежать создания системы, которая требует вмешательства водителя.
Самоуправляемый автомобиль уровня 4: высокая автоматизация («отключение внимания»)
Водительских прав не требуется (пассажиры допустимы).
Транспортное средство: основные функции управления автомобилем автоматизированы в большинстве условий.
Уровень 4 классификационной системы SAE охватывает транспортные средства, которые не требуют никакого взаимодействия с человеком, даже с точки зрения безопасности. Они могут выполнять все функции управления автомобилем самостоятельно, позволяя водителю расслабиться или поспать. В США нет коммерчески доступных автомобилей уровня 4, но многие компании работают над их разработкой, такие как Google, Uber, Lyft и Waymo. Программа Early Access от Waymo позволяет людям ездить на автомобилях уровня 4 в специальных местах страны, таких как Аризона, или в условиях низкой интенсивности, таких как пробки.
Поскольку технология уровня 4 часто все еще испытывает трудности при навигации в дождь и снег, автоматизация в текущих автомобилях уровня 4 может деактивироваться, если погода становится плохой, заставляя водителя повторно активировать управление автомобилем или автоматически припарковаться где-то, если он отказывается. В транспортных средствах уровня 4 водитель может вернуть контроль над автомобилем в любое время. Кроме того, автомобили уровня 4 могут справляться с строительными участками дорог и другими сложными обстоятельствами, пока они соответствуют рабочим параметрам программного обеспечения автомобиля.
Honda планирует выпустить автомобиль уровня 4 на дороги к 2026 году, а Google создал прототипы уровня 4, такие как его Firefly pod-car, хотя его транспортные средства все еще находятся между уровнями 2 и 3. Автоматизация уровня 4 может радикально расширить поддержку общественности для самоуправляемых автомобилей в городах, поскольку это означает, что флоты автомобилей с автономным управлением могут рекламировать технологию для миллионов людей.
Самоуправляемый автомобиль уровня 5: полная автоматизация («шофер»)
Водительских прав не требуется (пассажиры допустимы).
Транспортное средство: основные функции управления автомобилем автоматизированы в любых условиях.
Полная автоматизация – это конечная цель большинства компаний, занимающихся самоуправляемыми автомобилями. На этом уровне вмешательство человека никогда не требуется, даже в самых сложных условиях, таких как грунтовые дороги. Короче говоря, в автомобилях уровня 5 нет водителей, только пассажиры. Однако водители все еще могут вернуть контроль над автомобилем в любое время. В более продвинутых формах такие автомобили могут напоминать мобильные гостиные, с удобными сидениями, которые полностью используют интерьер, и они могут включать удобства, такие как персональные компьютеры и холодильники. В конечном итоге такие автомобили могут иметь дополнительные раскладные кровати, которые позволят пассажирам спать во время поездок на дальние расстояния или вздремнуть на пути домой с работы. Поскольку для автомобилей уровня 5 не требуются права, их может управлять любой.
Люди с ограниченными возможностями, которые затрудняют или делают невозможным вождение, такие как слепота или паралич, могут получить наибольшую пользу от полной автоматизации. Кроме того, флоты автомобилей с автономным управлением могут перевозить пассажиров гораздо дешевле, поскольку им не нужно платить водителям. Хотя коммерческие пассажирские автомобили на этом уровне еще не находятся на дорогах, грузовик доставки продуктов Nuro уровня 5 уже есть. Этот грузовик доставляет еду к вашему дому и возвращается на свою парковку, как только закончит работу. Кроме того, Waymo в настоящее время разрабатывает флот из 600 гибридных автомобилей Chrysler Pacific уровня 5, а BMW работает с Mobileye, чтобы запустить первый полностью самоуправляемый автомобиль в серийное производство.
Ранние автомобили уровня 5 могут оставаться ограниченными медленными городскими зонами, пока компании не решат окончательные проблемы технологии и не накопят свою библиотеку данных о реальной производительности.