Компьютерные системы на франкфуртском автосалоне
Зима. Горное шоссе занесено снегом. На одном из поворотов автомобиль выходит из-под контроля …
И в этот момент на помощь водителю приходит электронный ассистент. Специальные датчики считывают скорость прокручивания и угол поворота колес, а также следят за движениями, которые машина совершает по вертикальной оси. Из сравнительного анализа полученных данных центральный компьютер делает необходимые выводы о том, насколько опасна сложившаяся на дороге ситуация. Он тут же перенимает управление, если сочтет скользкий горный подъем опасным. В частности, он сбавляет обороты двигателя, притормаживает, а также корректирует угол вхождения в поворот. В результате, несмотря на ошибку водителя, аварии не происходит. Причем в ситуации, с которой мог бы справиться лишь опытный гонщик. В качестве глаз и ушей "компьютерный мозг" автомобиля использует камеру наблюдения и радар, установленный за решеткой радиатора, а о неожиданных препятствиях, возникающих на дорожном полотне, водителя предупреждает акустический сигнал. Это одна из многочисленных электронных систем, представленных на закрывшейся накануне 61-й автомобильной выставке IAA-2005 во Франкфурте-на-Майне.
"Зона повышенной опасности – перекресток. Наиболее частая причина аварий: водитель отвлечен и не замечает светофор или знак "стоп".
И на этот раз электроника в последний момент предотвратила трагедию: внезапно на дорогу вылетает ребенок на велосипеде. Автомобиль, которому велосипедист по правилам должен был уступить дорогу, останавливается за считанные доли секунды. Вся эта история – не более чем зарисовка из будущего, ведь так называемый "ассистент для перекрестков", представленный на IAA концерном Даймлер-Крайслер, ещё далек от серийного производства. Ассистент состоит из радарных сенсоров и двух установленных параллельно мини-видеокамер. Они следят за всеми движущимися объектами вокруг автомобиля, причем могут анализировать перемещения в трехмерной системе координат. Говорит Габи Бройль, сотрдуница исследовательского отдела концерна Daimler-Crysler:
"Во-первых, мы нуждаемся в точных сведениях об удалении того или иного объекта. Установить его мы можем только путем сравнительного анализа стерео-снимков, то есть по тому же принципу, как человеческий мозг работает с перспективой. Во-вторых, нам необходим как можно больший угол охвата. Поэтому камеры утснавливаются как можно дальше друг от друга. В качестве альтернативы можно использовать и камеру кругового обзора. Одним словом, нужно как можно раньше получить в поле зрения как можно больше информации".
Стерео-камеры и радары отсылают полученные данные в автомобильный электронно-вычислительный центр. Там-то, собственно, и производится основная работа: всё, что связано с данными о наружных передвижениях, компьютер выделяет из общего потока оптической информации, анализирует, а затем вычисляет наиболее вероятную траекторию зарегистрированных объектов. К примеру, где окажется велосипедист через несколько мгновений, а также, в каком направлении и с какой скоростью движется сам автомобиль, на котором установлены камеры. Для сокращения объемов поступающей информации из зафиксированной общей «картинки» выделяются лишь её движущиеся части:
«Это просто определенные сегменты, а то и точки, на которые опирается разработанная нами система распознавания. Если бы речь шла о целых объектах, как то пешеходы или велосипедисты, задача стала бы слишком сложной. Система может распознавать лишь специальным образом помеченные участки и по их расположению определять, в каком направлении и с какой скоростью они движутся».
- поясняет Габи Бройль. Таким образом, компьютер способен предсказать определенный сценарий развития событий на ближайшие несколько секунд. А ведь зачастую для того, чтобы избежать трагедии, тому, кто за рулем, не хватает именно этих нескольких мгновений:
«Водитель получает вполне ощутимый предупредительный сигнал. Сейчас мы как раз работаем над вариантом притормаживания, которое как бы обращается к тому, кто за рулем: «Проснись! Внимание!» И более того, если компьютер оценивает ситуацию однозначно аварийной, автоматически срабатывает экстренное торможение».
Самостоятельно ударить по тормозам в опасной ситуации может и система под названием «Асtive Integration Approach». Её производитель – компания-поставщик автомобильных деталей и покрышек Continental. Функционирует это устройство примерно по той же схеме, что и "перекресточный ассистент ". Автомобиль оснащен многочисленными датчиками и трехмерными видеокамерами. Все они сообщают необходимую информацию центральному компьютеру. Он, в свою очередь, сравнивает скорость движения автомобиля, на котором он установлен, со скоростью машин, движущихся как впереди, так и по сторонам. И ещё одни немаловажный фактор, влияющий самым непосредственным образом на эффективность подобных систем:
«Это сам водитель. Ведь мы реагируем на различные ситуации по-разному. Поэтому крайне важно понять, каким образом и насколько система должна вмешиваться в происходящее. Как наиболее эффективно помочь водителю: при помощи торможения, объездного маневра или просто предупредительного сигнала? Так что водитель остается той самой последней инстанцией, которая решает, оставлять ли включенными те или иные функции электронного ассистента».
- рассказывает Юрген Дибольд, один из инженеров фирмы Continental. Ещё до того, как водитель получает предупреждение, или срабатывает автоматическое торможение, компьютер уже готовит автомобиль к экстренной ситуации. Юрген Дибольд:
«Сидения принимают наиболее безопасное для пассажиров положение, ремни безопасности подтягиваются. Кроме того, сокращается свободный ход педали тормоза. Тормозные колодки сами приводятся в состояние готовности. Так мы выигрываем время, отведенное водителю на то, чтобы среагировать на возникшее на дороге препятствие».
Действительно, водителю достаточно лишь прикоснуться к педали, как срабатывает аварийное торможение. Сообщается, что в Японии подобные системы уже дозрели до серийного производства.
Автомобильные ассистенты могут пригодиться не только в каменных лабиринтах больших городов или на гладком полотне скоростных магистралей. Их услуги могут понадобиться неопытным водителям в условиях бездорожья и на пересеченной местности. Специальные системы ощупывают радарами окружающее пространство и регулируют дорожный просвет, приспосабливают ходовую часть и распределяют крутящий момент между мостами. Таким образом, водителю нужно только рулить, когда внедорожник съезжает по почти отвесным спускам. Ранее для этого требовался определенный опыт вождения, балансировка газа и тормоза. Сегодня эту задачу перенимает компьютер, соединенный, с одной стороны, с различными датчиками, с другой, со всеми автомобильными узлами. По мнению Ханса Велферса из Форд`а, ключевую роль при этом играет скорость передачи и обработки данных:
«Зачастую в одном автомобиле работает не одна, а до четырех-пяти различных электронных сетей. В начале необходимо уяснить, какие требования ставятся перед ними в каждом конкретном случае. Вы можете себе представить, что такие устройства как антиблокировочная система должны работать, так сказать, в режиме реального времени. А это значит, что информационные потоки становятся крайне насыщенными. Данные должны быть актуальными и доступными в любое время».
Что касается электроники, заботящейся о комфорте водителя и пассажиров, то здесь столь высокие скорости обмена и переработки данных не нужны. Поэтому конструкторы используют для этих целей более медленные сети. Это относится к управлению электрическим приводом зеркал заднего вида, DVD-плеером или навигационной системой и т.д. Вся же информация, предназначенная для систем безопасности, переправляется по другим отдельным каналам. Ведь нет ничего опаснее «зависшего» центрального компьютера:
«Сигнал «Открыть подушки безопасности!» самый приоритетный. Он должен отсылаться и приниматься с абсолютной точностью. Поэтому по той же сети не может курсировать взад-вперед команда, относящаяся, например, к зеркалам. К тому же, что может произойти, если во время аварии зеркало будет повреждено или вовсе оторвано? Вполне возможно, что в цепи возникнет короткое замыкание. Тогда информационная шина будет заблокирована, и подушки безопасности не сработают».
Сказанное отностся ко всем системам безопасности. В современных автомобилях почти все электрические детали подключены к своим собственным сетям. С одной стороны это сокращает количество проводов и всевозможных соединений, что, в свою очередь, снижает вес автомобиля. С другой стороны, это дает возможность снабдить сети дополнительными функциями, не загружая ими центральный компьютер. Например, задний дворник начинает работать автоматически, если идет дождь и водитель включает заднюю скорость.
И, тем не менее, обеспечение цифрового комфорта – задача далеко не простая. Ведь отдельные узлы автомобиля поставляют различные производители, что приводит порой к совершенно неожиданным проблемам. Известны случаи, когда сенсор распознавания осадков на электрическом люке не срабатывал, если одновременно были включены электростеклоподъемники и DVD-player. Нередко вот такие проблемы коммуникативного характера приводят к тому, что автомобильную электронику вообще разбивает паралич. К сожалению, в последнее время явно наметилась одна неутешительная тенденция: чем сложнее и дороже системы, тем больше они могут принести неприятных сюрпризов. Что же собираются противопоставить такому развитию событий разработчики программного обеспечения? – спросили мы главного редактора немецкой специализированной газеты Computerzeitung Петера Вельхеринга:
«На нынешнем автосалоне во Франкфурте-на-Майне специалисты обсуждают две основные стратегии. Производители автомобилей, наконец, осознали, что тестирование программного обеспечения это отдельный и очень ответственный этап, которому необходимо уделять гораздо больше внимания, чем до сих пор. Стало ясно и то, что проверять безупречность программ должны специалисты, которые не занимаются ничем иным, кроме как тестированием. К тому же это должны быть эксперты со стороны (то есть ни в коем случае не от фирмы, которая занималась разработкой софта). Вторая стратегия – это перенос проверенных в автомобилестроении производственных процессов на разработку программного обеспечения. В последнее время автоиндустрия заимствует всё больше технологий из авиастроения. Так на смену привычной автомобильной «баранке» скоро придет джойстик или что-то наподобие авиаштурвала. Управление будет осуществляться с помощью уже широко применяющейся в самолетостроении технологии «Steer by Wire», когда управление лайнером или автомоблием становится исключительно электрическим. Например, в отличие от современных механических и гидравлических систем, колеса поворачивает электроника на основании сигналов, поступающих от рулевого колеса. Концерн Airbus уже давно оснащает свои самолеты «Steer by Wire», и никто не сомневается в их надежности. Просто такие технологии должны быть тщательно выверены, а именно, столько, сколько нужно для того, чтобы окончательно удостовериться в их надежности. Автопромышленность должна пройти этот путь, ведь, в противном случае, у этих новшеств не будет шансов попасть в серийное производство».
В чем преимущество электронного штурвала перед обычным рулем?
«У электронного штурвала есть ряд неоспоримых преимуществ. Сидя за ним водитель устает гораздо меньше, чем за рулем; кроме того, он снижает расход топлива. Но возникает вопрос: что может произойти, если из-за ошибки в софте новомодный джойстик откажет и автомобиль закрутит на скорости более ста километров в час. Пока возможность такого сценария (пусть самая минимальная) сохраняется, покупатели будут обходить подобные новшества стороной. И, к сожалению, пока статистика в этом смысле не утешительна: треть всех аварий приходится на ошибки электроники, причем 80 процентов из них – из-за недочетов в программном обеспечении».
- рассказал Петер Вельхеринг, главный редактор немецкой газеты Computerzeitung. К ненадежному софту добавляются и проблемы с энергоснабжением. Чем больше в машине всяческих электрических помощников, тем больше они потребляют электроэнергии. Правда, на IAA-2005 уже были показаны системы, призванные следить за расходом электричества. Если аккумулятор начинает испускать дух, компьютер отключает стеклоподъемники или телеэкраны на задних сидениях. Но, несмотря на все трудности с внедрением электронных технологий, специалисты уверены, что будущее автомобиля неразрывно связано с компьютером.