Добраться до цели — безопасно, эффективно и комфортно

Подключенные автомобили — уже реальность. Пока большей частью в мегаполисах Китая. Параллельно с внедрением мобильной связи 5G в Европе и США скоро также будет внедрен стандарт C-V2X для автомобильной связи, созданный на базе 5G. Для безопасного и эффективного вывода автономных транспортных средств на дороги крупные игроки используют контрольно-измерительные решения Rohde & Schwarz.

Подключенные автомобили — уже реальность. Пока большей частью в мегаполисах Китая. Параллельно с внедрением мобильной связи 5G в Европе и США скоро также будет внедрен стандарт C-V2X для автомобильной связи, созданный на базе 5G. Для безопасного и эффективного вывода автономных транспортных средств на дороги крупные игроки используют контрольно-измерительные решения Rohde & Schwarz.

Шанхай в час пик. Впереди сужение дороги? Местный девиз: сигналь и дави на газ! И если кому-то пришлось затормозить, он просто посигналит в ответ. А как насчет движения задним ходом посреди перекрестка? Бывает и такое. При этом не врезаться в одного из бесчисленных водителей электроскутеров, которые бесшумно протискиваются в любые лазейки, можно только по счастливой случайности. Водители электроскутеров, даже грузовых фургонов, бессовестно пользуются тротуарами. «Просто дороги для них слишком опасны», — говорит консультант по вопросам управления из Мюнхена Юлиан Шнайдер (Julian Schneider), окончивший Шанхайский финансово-экономический университет. По его словам, особенно коварной является ситуация, когда пешеходы переходят дорогу на перекрестке. Машины сигналят постоянно, и люди не в безопасности, даже если им горит зеленый свет светофора. Дело в том, что поворачивающим направо автомобилям разрешено движение даже на красный свет (как, кстати, в Канаде, Австралии и США). Последствия? Больше ДТП с летальным исходом, чем где-либо еще в мире. Это видно из последних доступных данных за 2018 год, опубликованных Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Китайские мегаполисы — бурлящие жизнью лаборатории автомобильной революции

Китайское правительство объявило войну сложившемуся положению дел. Оно особенно поддерживает меры, которые укрепляют технологическую мощь страны. Например, здесь уже растут умные города, которые в западных странах существуют только на бумаге. Концепция «умного города» была упомянута еще в 2011 году в программе 12-й китайской пятилетки. В последующий период планирования она была существенно расширена под названием «Новый умный город». С 2015 года реализуется программа «Сделано в Китае 2025», с помощью которой страна стремится к мировому лидерству в таких инновационных областях, как робототехника, искусственный интеллект и электромобильность.

И подключенные автомобили отлично вписываются в эти планы. Китайские стартапы стали пионерами автомобильного движения будущего. И им даже на руку хаос, наблюдаемый на магистралях крупных городов Китая. Джеймс Пэн (James Peng), генеральный директор компании по производству роботакси Pony.ai, которая была основана в 2016 году, но уже является крупным игроком в отрасли, считает, что ситуация в Китае особенно сложная. По его словам, опыт работы в непредсказуемых местных условиях более ценен, а данные более значимы, чем полученные в США — стране, которая является первопроходцем в области автономного вождения. Pony.ai уже проводит крупномасштабные полевые испытания беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования юга Китая. То же самое делают и другие местные игроки, такие как Baidu, AutoX и DiDi Xungking. Инсайдеры ожидают начала массового производства в период с 2023 по 2025 год. А к 2030 году на дорогах крупнейшего в мире рынка уже должна работать миллионная армия роботакси. Быстрому развитию способствует и тот факт, что только каждый четвертый китаец имеет водительские права, и в обозримом будущем большинство не сможет позволить себе собственную машину.

США — первопроходец

Да, автомобильная революция началась в США. В 2014 году милые автономные «яйца» Google продемонстрировали достижения в этой области. В 2015 году состоялась первая поездка без водителя по дорогам общего пользования. Компания Google, а точнее ее сестринская компания Waymo, основанная в 2017 году, по-прежнему считается эталоном подхода к разработке автономного вождения. Ее автомобили преодолели больше всего тестовых миль и имеют самое совершенное программное обеспечение. Более десятка других компаний из США, а также несколько китайских компаний пользуются благоприятными положениями законодательства, особенно в Калифорнии, для проведения собственных полевых испытаний. Там не только уже разрешено коммерческое использование роботакси, но и выданы разрешения некоторым операторам на работу без страхующих водителей. Проблемы на дорогах разрешаются дистанционно из центра управления.

Европа — это совсем другая история

В Европе отсутствуют стартапы, сравнимые со стартапами в США и Китае. Здесь полагаются на отделы разработки самих автопроизводителей, на совместные предприятия с крупными ИТ-игроками или даже, как, например, в Германии, на местные проекты по использованию автоматизированных шаттлов или систем перевозки людей на первой или последней миле общественного транспорта. Именно Германия в июле 2021 года стала первой страной, принявшей общегосударственный закон об автономном вождении до уровня 4. Так что автоматизированные таксомоторные парки смогут работать и на дорогах Германии. Компания по прокату автомобилей Sixt незамедлительно объявила о своем намерении запустить роботакси в Мюнхене уже в 2022 году. Для управления будут использоваться технологии компании Mobileye, которая является дочерней компанией Intel. Однако в автомобиле должен находиться страхующий водитель.

Полная автономность не оптимальна

В заявлениях об автомобильном движении будущего постоянно используются модные слова «электромобильность» и «автономное вождение». И хотя эти основные технологические аспекты находятся на повестке дня одновременно, на самом деле они совершенно не зависят друг от друга. Перед автомобильной промышленностью стоит невероятно сложная задача одновременного развития обоих направлений, и это является серьезной проблемой для крупнейших производителей.

Новички, такие как Waymo, Argo AI или Baidu, и их навигационные системы оказывают давление на классических OEM-производителей, так что тем приходится принимать меры, чтобы не попасть в зависимость, и все это происходит одновременно с переходом на электрические платформы. Быстро растущую долю в разработке автомобилей занимает электроника. Все более сложные системы помощи водителю повышают безопасность и уровень автономности. При этом полная автономность (уровень 5) хотя и достижима в какой-то момент, вовсе не является фактической целью. Более интересной является концепция C-ITS: кооперативные интеллектуальные транспортные системы.

Эта концепция рассматривает трафик с более высоких позиций, стремясь с помощью технических средств обеспечить как максимальную безопасность дорожного движения (Vision Zero: в 2050 году практически не должно быть ДТП с летальным исходом), так и его максимальную эффективность. Но это будет возможно только в том случае, если транспортные средства смогут связываться друг с другом, а также с окружающей инфраструктурой и центром управления дорожным движением. Мобильная связь 5G делает это возможным.

Автомобиль как ячейка мобильной экосистемы

Как это обычно бывает с технологическими темами, обсуждение обмена данными между автомобилями изобилует броскими фразами. V2X, то есть «обмен данными между автомобилем и другими объектами», образует концептуальную систему, к которой относятся и V2V (... и автомобилем), и V2I (... и инфраструктурой), и V2N (... и сетью), и V2P (... и пешеходом). Автомобиль будущего будет активно общаться со всеми элементами, чтобы добраться из пункта А в пункт Б можно было максимально безопасно, быстро и комфортно. Перед запуском системы предстоит проделать определенную работу по проектированию, координированию и инвестированию. Но благодаря 5G самое важное предварительное условие — наличие подходящей беспроводной системы — уже выполнено. Теперь технологию необходимо интегрировать в автомобиль.

Лучший водитель

Люди водят автомобили довольно хорошо, учитывая сложность и непредсказуемость дорожного движения. Но современные технологии делают некоторые вещи лучше. Автомобиль будущего смотрит во все стороны через камеры, радары и лидары, знает маршрут, быстрее реагирует на ситуацию, всегда начеку и никогда не устает. А если автомобиль подключен к беспроводной сети, в его систему управления может быть включена информация об общей ситуации на дороге, которая недоступна водителю без внешней помощи.

Все работает как надо: смоделированная поездка

Ночью программное обеспечение нашего автомобиля было обновлено до последней версии через сеть мобильной связи, и автомобиль с новыми функциями готов к следующей поездке. Смоделированная беспилотная поездка начинается с ввода пункта назначения в бортовой компьютер, который сначала загружает из сети новейшую карту и актуальную информацию о дорожном движении. Одна из улиц недавно заблокирована аварией, о которой автоматически сообщили попавшие в нее автомобили, и маршрут прокладывается в объезд. Движение через центр города проходит без серьезных заторов, поскольку центр управления обладает всей информацией о дорожной обстановке и оптимизирует фазы светофора. Когда красный свет сменяется зеленым, автомобили организованно начинают движение по дистанционной команде. Светофор («придорожное устройство») по беспроводной сети сообщает о переключении на зеленый свет.

Первый автомобиль («главный автомобиль») берет на себя управление и инициирует цепную беспроводную связь V2V между стоящими автомобилями, после чего ряд автомобилей начинает контролируемый набор скорости. Через две улицы происходит серьезное происшествие: на дорогу неожиданно выходит пешеход, вынуждая автомобиль совершить автоматическую экстренную остановку. Автомобиль немедленно посылает сигнал V2V движущимся сзади автомобилям, включая и наш. Все автомобили реагируют одинаково в течение нескольких миллисекунд, так что происшествие никак не сказывается на графике движения. Мы выезжаем на загруженную городскую автомагистраль. Наш бортовой компьютер информирует следующие автомобили, что мы хотим влиться в поток, и использует созданный ими разрыв. Вскоре как по волшебству образуется свободная полоса для приближающейся машины скорой помощи. Дело в том, что центр управления дорожным движением предупредил все автомобили на маршруте по сети мобильной связи.

В пункте назначения мы оставляем автомобиль в паркинге. Всю работу берет на себя система управления паркингом, которая направляет наш автомобиль к ближайшему свободному месту, где он самостоятельно паркуется. А когда нам снова потребуется наш автомобиль, он по сигналу прибудет к выходу.

Взгляд на технологии изнутри

Смоделированная поездка ясно иллюстрирует, что система мобильности на основе беспроводных сетей и автономных автомобилей (C-ITS: кооперативная интеллектуальная транспортная система) требует наличия автоматических механизмов регулирования различных дорожных ситуаций (вариантов применения). Они должны быть стандартизованы и не должны отличаться в зависимости от производителя. Над этим вопросом работают такие организации, как Автомобильная ассоциация 5G (5GAA). В состав 5GAA входят представители всех основных игроков автомобильной отрасли и отрасли связи, в том числе Rohde & Schwarz, и, как подсказывает название, основное внимание уделяется мобильной связи 5G.

Автомобильная отрасль уже на старте подключилась к процессу стандартизации 5G, чтобы были учтены ее интересы. Присущие технологии 5G характеристики, такие как высокая скорость передачи, доступность, надежность и малое время распространения сигнала (задержка), сразу сделали ее идеальным кандидатом на роль технологии связи для транспортной сети. Однако сотовая мобильная связь, то есть передача радиотрафика через базовые станции, может решить лишь часть задач связи. В мертвых зонах или исключительных ситуациях у автомобилей должна быть возможность связываться друг с другом напрямую. Для этой цели в предшественнике 5G — стандарте LTE — был предусмотрен интерфейс прямого соединения (PC5), и он же был интегрирован в 5G. В зависимости от ситуации связь будет осуществляться либо через сеть (Cellular-VTX, C-VTX, Uu), либо через прямое соединение PC5.

После того как основные игроки, США и Китай, а также практически все европейские производители высказались в пользу 5G-PC5, альтернативная технология прямого соединения на основе WLAN (версия 802.11p) отошла на второй план.

Шоу начинается!

Для реализации этих смелых планов будущие поколения автомобилей должны быть готовы к использованию 5G. Уже много лет все новые автомобили обязательно оснащаются системой экстренного вызова eCall, т.е. они уже имеют базовые возможности мобильной связи. Однако стандарт 5G является значительно более требовательным, чем предыдущие стандарты, поскольку он будет играть главную роль в будущих сценариях дорожного движения. В критически важных для безопасности приложениях реального времени сбои соединения просто недопустимы. Поэтому производители телематических блоков, отвечающих за автомобильную связь, да и сами автопроизводители нуждаются в поддержке таких экспертов в области мобильной связи, как Rohde & Schwarz.

Широкий спектр специализированного испытательного оборудования предоставляет разработчикам и системным интеграторам средства для эффективной интеграции всех типов беспроводных систем — не только мобильной связи, но и Bluetooth, WLAN и GNSS. Тестеры мобильной радиосвязи, такие как R&S®CMW500 или R&S®CMX500, имитируют все функции сети мобильной связи, измеряют и оценивают характеристики подключенных устройств и позволяют проводить лабораторное тестирование любых вариантов использования 5G, включая автономное вождение. Особое внимание также уделяется радиоинтерфейсам автомобилей, то есть антеннам. Полностью готовые измерительные системы автоматизируют необходимые испытания и освобождают производителей от выполнения трудоемких и подверженных ошибкам процедур, для которых требуются специальные знания (например, испытаний антенн полностью укомплектованного автомобиля, или FVAT).

Помимо устройств для тестирования (мобильной) радиосвязи, компания Rohde & Schwarz предоставляет производителям и поставщикам автомобилей все испытательное оборудование, необходимое для разработки и испытания электрических и электронных компонентов, включая систему eCall, мультимедийное оборудование, шины данных, радарные датчики, электроприводы и другие компоненты. В ассортимент также входит оборудование для испытаний на электромагнитную совместимость. Главный вывод: контрольно-измерительное оборудование Rohde & Schwarz вносит весомый вклад в разработку автомобиля будущего.