CC BY
39
МАШИНОСТРОЕНИЕ
Научная статья УДК 629.113
Взаимосвязь системы «водитель-автомобиль-дорога-среда» (ВАДС) с системой «функционирования беспилотного автотранспортного средства» (СФБАС)
Сергей Иванович Гусев
Аспирант кафедры «Управление техническими системами» Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск, Россия). sergey-gusev1996@yandex.ru. Вячеслав Викторович Епифанов
Доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили» Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск, Россия). v. epifanov73@mail.ru.
Аннотация. Рассмотрены особенности системы «водитель-автомобиль-дорога-среда движения» (ВАДС) и её взаимосвязь с системой функционирования беспилотного автомобильного средства (СУБАС). Сформулированы системные свойства системы ВАДС, в том числе её надёжность. Предложена структура СУБАС.
Ключевые слова: водитель, автомобиль, дорога, среда, система, беспилотный автомобиль.
MACHINE-BUILDING Scientific article
The relationship of the driver-car-road-environment system (VADS) with the system of functioning of an unmanned vehicle (SFBAS)
Sergey I. Gusev
Postgraduate student of the Department «Management of Technical Systems» of Ulyanovsk State Technical University (Ulyanovsk, Russia). sergey-gusev1996@yandex.ru. Vyacheslav V. Epifanov
Doctor of Technical Sciences, Professor of the department «Automobiles» of Ulyanovsk State Technical University (Ulyanovsk, Russia). v.epifanov73@mail.ru.
Abstract. The article discusses the features of the driver-car-road-traffic environment (VADS) system and its relationship with the system of functioning of an unmanned vehicle (SUBAS). The system properties of the VADS system, including its reliability, are formulated. The structure of the SUBAS is proposed. Keywords: driver, car, road, environment, system, self-driving car.
Очевидно, что беспилотное автотранспортное средство нельзя рассматривать как отдельный объект, независимый от других систем и условий. Необходимо создавать систему функционирования беспилотного автотранспортного средства (СФБАС).
Традиционно специфические особенности и проблемы дорожного движения обусловлены, прежде всего, системой «водитель - автомобиль
© Гусев С. И., Епифанов В. В., 2022
- дорога - среда движения» (ВАДС). В структуре системы выделяют механическую подсистему АД - «автомобиль-дорога» и биомеханические подсистемы ВА - «водитель - автомобиль» и ВД
- «водитель - дорога», а также подсистемы СВ, СА, СД. В данной интерпретации термин «среда» охватывает пешеходов, а также погодно-климатические факторы (метеорологическую видимость, осадки, ветер, температуру воздуха). Среда оказывает воздействие на водителя, автомобиль и дорогу в процессе их взаимодействия.
Как любой системный объект, ВАДС в наиболее общем виде обладает следующими свойствами [1]:
◦ Объект создаётся ради определённой цели и в процессе достижения этой цели функционирует и развивается (изменяется). Целью системы ВАДС является перевозка пассажиров и грузов, при этом происходят процессы движения, управления, технического обслуживания, ремонта и другие.
◦ В составе системного объекта имеется источник энергии и материалов для его функционирования и развития. Автомобиль имеет двигатель, он заправляется топливом и другими эксплуатационными материалами, водитель питается, дорога обрабатывается антиобледенительны-ми составами.
◦ Системный объект - управляемая система, в нашем случае для этого имеется водитель, который пользуется информацией о дорожной обстановке, дорожной разметке, дорожных знаках и другой информацией.
◦ Объект состоит из взаимосвязанных компонентов, выполняющих определённые функции
в его составе.
◦ Свойства системного объекта не исчерпываются суммой свойств его компонентов.
Все компоненты системы ВАДС при их совместном функционировании обладают новым свойством, которое отсутствует у каждого входящего в систему компонента.
Каждый из компонентов системы ВАДС может рассматриваться как система более низкого уровня. Таким образом, система обладает иерархией, т. е. расположением частей целого в порядке от высшего к низшему. В свою очередь, система ВАДС входит в систему или системы более высокого уровня: транспортные системы региона, страны, мира, которые включают также другие средства транспорта (железнодорожный, водный, авиационный).
Нарушения в работе каждого из компонентов системы ВАДС приводят к снижению её эффективности (уменьшению скорости движения, немотивированным остановкам, увеличению расхода топлива) или к аварии (дорожно-транспортному происшествию - ДТП).
Упрощённая схема ВАДС представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема системы «водитель-автомобиль-дорога-среда» (ВАДС)
СУБАС
СБАС
ИБАС
СРБАС
Система функционирования " БАС
Рис. 2. Взаимосвязь систем ВАДС и СФБАС: СУБАС - система управления беспилотным транспортным средством; БАС- беспилотное транспортное средство ; ИБАС - инфраструктура беспилотного транспортного средства; СРБАС - среда беспилотного транспортного средства
Основной характеристикой системы ВАДС является её надёжность. Надёжность ВАДС -это свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям пользования, технологического обслуживания, ремонта. Надёжность - сложное свойство, слагающееся из более простых (безотказности, ремонтопригодности, долговечности, сохраняемости).
Смысловое значение каждого из упомянутых терминов оговорено соответствующими нормативными документами. В зависимости от вида объекта, надёжность его может определяться всеми или частью перечисленных свойств. Для объекта «ВАДС» надёжность зависит, прежде всего, от безотказности. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.
Применительно к технологии беспилотного автотранспортного средства (БАС) систему ВАДС можно преобразовать в «систему функционирования БАС (СФБАС), состоящую из подсистем „система управления БАС (СУБАС)", „система БАС (СБАС)", „инфраструктура БАС (ИБАС)", „среда БАС (СРБАС)"» (рис. 2).
Можно считать установленным, что наименее надёжным элементом системы ВАДС является человек. По некоторым данным, из-за ошибок человека - водителя и пешехода - происходит более 80% ДТП.
В инженерной психологии существует понятие надёжности человека-оператора, применительно к водителю - это способность безошибочно управлять автомобилем.
Деятельность водителя как оператора жёстко лимитирована по времени. Он должен замечать информацию об окружающей обстановке, выделять из общего потока информации нужную и важную, опираясь на оперативную память, запоминать текущие события, связывать их в единую цепочку и подготавливать их связь с предполагаемыми событиями, которые он может предвидеть. При этом было установлено, что основными причинами ДТП была замеченная, но не воспринятая информация (49%), а также неверно истолкованная информация (41%). Если информация замечена, воспринята, правильно проанализирована, и предприняты верные и достаточные действия, то движение безопасно, т. е. система ВАДС функционирует безотказно.
Способность к оценке и прогнозированию развития дорожной ситуации определяется многими характеристиками человека-водителя (см. рис. 1),
В СФБАС характеристики человека-водителя нивелированы системой СУБАС (см. рис. 2). СУБАС - это алгоритмы функционирования беспилотных автомобилей, основанные на Байесовском методе синхронной локализации и создания карт (SLAM). Суть действия этих алгоритмов заключается в совмещении данных с карт и датчиков автомобиля. Так, SLAM и метод нахождения и отслеживания передвигающихся объектов (DATMO) были созданы и сегодня применяются компанией Google [2].
Ряд систем опирается на так называемые инфраструктурные системы [3], встроенные на самой дороге либо около неё. Однако новейшие технологии позволят симулировать человеческое присутствие во время принятия решений о
скорости и рулении благодаря наличию целого комплекса сенсоров, камер, систем спутниковой навигации и т. д.
Как правило, устанавливаются следующие датчики: система стереозрения, дальномер оптического распознавания, гиростабилизатор, система глобального позиционирования (например, Глонасс или GPS), а в некоторых случаях даже нейросети и машинное зрение.
Таким образом, СУБАС устраняет недостатки человеческого фактора и повышает надёжность транспортного средства.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Влияние элементов системы водитель-автомобиль-дорога-среда на безопасность дорожного движения: учебное пособие/ И. С. Степанов, Ю. Ю. Покровский, В. В. Ломакин, Ю. Г. Москалева. М.: МГТУ «МАМИ», 2011. 171 с.
2. Комаров В. В., Гараган С. А. Архитектура и стандартизация телематических и интеллектуальных транспортных систем. Зарубежный опыт и отечественная практика. М.: НТБ «Энергия», 2012. 158 с.
3 Autonomous car development company Waymo [Электронный ресурс] URL: https://waymo. com, доступ свободный (дата обращения: 12.01.2022).
REFERENCES
1. Vliyanie elementov sistemy voditel— avtomobil'-doroga-sreda na bezopasnost' dorozhnogo dvizheniya: uchebnoe posobie [The influence of elements of the driver-car-road-environment system on road safety: a textbook]. I. S. Stepanov, Yu. Yu. Pokrovsky, V. V. Lomakin, Yu. G. Moskaleva. Moscow, MSTU «MAMI», 2011, 171 p.
2. Komarov V. V., Garagan S. A. Arhitektura i standartizaciya telematicheskih i intellektual'nyh transportnyh sistem. Zarubezhnyj opyt i otechestvennaya praktika. [Architecture and standardization of telematics and intelligent transport systems. Foreign experience and domestic practice]. Moscow, NTB «Energy», 2012, 158 p.
3 Autonomous car development company Waymo [Elektronnyj resurs] [Electronic resource] URL: https://waymo.com, dostup svobodnyj [free access] (accessed: 12.01.2022).
Статья поступила в редакцию 03.02.2022; одобрена после рецензирования 05.02.2022; принята к публикации 09.02.2022.
The article was submitted 03.02.2022; approved after reviewing 05.02.2022; accepted for publication 09.02.2022.
