За последние годы автомобильные технологии претерпели ряд эволюционных преобразований. В мире появляются умные дороги и парковки, в каких-то странах по ним начинают ездить электрические беспилотные грузовики, управляемые искусственным интеллектом. Кроме электромобилей, идет разработка машин на водородных топливных элементах. Все чаще и чаще появляются новости о тестовых запусках летающих автомобилей. К тому же машины научились разговаривать со своим водителем, контролировать состояние двигателя и шин, а также давать советы по устранению проблем. Давайте познакомимся с этими технологиями, которые уже завтра могут стать обычными.
Умные дороги
Smart Highway — умная дорога или новый тип автострад, который, кроме привычных функций, будет осуществлять выработку электроэнергии с помощью солнечных батарей, интеграцию с автомобилями, снабженными автопилотом, а также содержать системы контроля технического обслуживания авто. Также интеллектуальные трассы позволят усовершенствовать механизмы безопасности, предотвращая гибель водителей и пешеходов. Внедрение технологии умных дорог проводится различными стартапами в Нидерландах, Франции, США и Китае. Так, например, в декабре 2016 года американская компания The Ray из Атланты начала строительство дороги в Джорджии (Вест-Пойнт) при поддержке Wattway, Hannah Solar и департамента транспорта Джорджии. Сегодня The Ray — одна из самых комплексных интеллектуальных автомагистралей, которая предусматривает зарядную станцию на солнечных батареях, станцию контроля безопасности шин и дорогу на солнечных панелях.
Солнечные панели, встроенные в шоссе, в котором используются традиционные солнечные элементы, защищенные запатентованной рамой, позволяют дорожному покрытию генерировать чистую энергию, находясь под тяжелыми транспортными средствами. The Ray также создал первую в мире систему контроля безопасности шин WheelRight, с помощью которой информационный центр Джорджии отправляет водителям текстовое сообщение с критической информацией об индивидуальном давлении в шинах их авто и глубине протектора. WheelRight совместим с любым транспортным средством. Дренажная система Bioloswales обеспечивает очищение стоков вдоль умного шоссе. Она состоит из мелких дренажных канав, где есть растительность или компост, которые служат для замедления движения воды и улавливания загрязняющих веществ в виде частиц во время ливней. Кроме того, вдоль умной трассы The Ray расположены зарядные станции PV4EV на солнечной энергии.
Безусловно, такие дороги безопаснее, чище и эффективнее. Установка электрических нагревательных полос может растопить снег, светодиоды способны предупредить водителей о любых надвигающихся проблемах. Такие дороги могут даже зарядить электромобили непосредственно на трассе. При том, что обычные асфальтовые дороги в США стоят около 120 долларов за квадратный метр с учетом ремонта каждые 10 лет, в рамках этого проекта квадратный метр обходится в сумму от 310 до 460 долларов, но такая дорога не потребует периодического вложения средств.
Автомобили на водородных топливных элементах
Cегодня практически каждый автопроизводитель пытается идти по стопам Tesla, разрабатывая и выпуская электромобили. Но есть и другая технология, способная отойти от углеродного топлива. Водородные топливные элементы сегодня используют только три компании: Toyota, Hyundai и Honda. В частности, Toyota уже произвела свой первый серийный автомобиль Mirai на водородных элементах. Эта машина позволяет наслаждаться бесшумной поездкой на большие расстояния с нулевыми выбросами CO2, при этом выделяя только воду в виде пара из выхлопной трубы. Машина заправляется водородом так же, как и бензиновый автомобиль. Водород хранится в углеродных волокнах, ударопрочных резервуарах — два баллона объемом 60 л и 62,5 л. В результате химической реакции взаимодействия водорода и кислорода вырабатывается электроэнергия. Реакция происходит без процесса горения. Водородная система выполняет роль генератора и занимает место тяжелых аккумуляторов. Максимальный КПД преобразования водорода в электрический ток составляет 83%. Управление питанием происходит с помощью устройства PCU FCEV, используемого в Prius. Оно контролирует выход энергии, решая, когда использовать накопленную энергию от батареи или использовать непосредственно от батареи топливных элементов.
Для полной заправки автомобиля на водородных элементах требуется всего 3 минуты — столько же, сколько нужно для заправки полного бака бензином. В отличие от них, у электромобиля даже быстрая зарядка занимает не менее получаса, а полная растягивается на несколько часов. К тому же, у автомобиля на водородном топливе нет выбросов — из выхлопной трубы выходит обычный пар. В таком автомобиле нет огромного количества аккумуляторов, производство которых наносит немалый вред природе. Правда, есть и определенные минусы, например, дороговизна самих автомобилей за счет небольших партий производства. Дорогостоящее также и производство водорода. Водород стоит 10 евро за каждый килограмм в ЕС и 14 долларов в США, что достаточно для поездки на расстояние в 100 км. Также отсутствует инфраструктура водородных заправок, тогда как зарядные станции для электромобилей сегодня достаточно широко распространены.
Беспилотные грузовики
Над созданием автономного транспорта сегодня работают крупнейшие автомобильные концерны, инжиниринговые компании и технологические стартапы. В большей степени крупный бизнес интересуют беспилотные грузовики, которые четко в срок смогут доставлять большие объемы грузов. И даже водители-дальнобойщики не на шутку беспокоятся, что их профессия скоро исчезнет, так как в ней не будет потребности. Глобально рецепт отказа от водителя в пользу беспилотного транспорта предельно ясен: камеры, радары, датчики, искусственный интеллект и гибкие алгоритмы. Но пока беспилотные грузовики делают только первые доставки и только в тех странах, где принято соответствующее разрешительное законодательство. Например, шведский стартап Einride в мае 2019 года начал эксплуатировать электрический грузовик T-Pod без кабины или водителя. В настоящее время он проходит испытания на общественной дороге в Швеции, перемещая грузы и товары между промышленными зонами и курсируя по трассе одновременно с обычными автомобилями.
Грузовик T-Pod удаленно контролируется оператором, который при необходимости может взять на себя управление. 26-тонный грузовик оснащен 3D-камерами, лидарами и датчиками, которые позволяют ему на 3600 видеть ситуацию и окружение на дороге. T-Pod использует для вождения автономную платформу Drive, разработанную NVIDIA. Ее системы подключены через сеть 5G. Грузовик может развивать скорость до 85 км/ч, а дальность действия составляет 200 км при полностью заряженном аккумуляторе. Einride разрабатывает решения и для зарядных станций, которые обеспечивают питание транспортных средств для длительных поездок. До конца текущего года грузовик T-Рod ежедневно будет курсировать в тестовом режиме между складом и терминалом, после этого компания Einride планирует запустить по дорогам Швеции 200 таких электрических грузовиков.
Беспилотные тягачи Volvo Trucks Vera также начали доставлять грузы и ездить по дорогам общего пользования. Пока они перевозят контейнеры из логистического центра до морского погрузочного порта Гетеборга. Их испытания — это совместный проект Volvo и транспортной компании DFDS. Грузовики двигаются по заранее прописанным маршрутам, в состав которых входит и небольшой отрезок по дорогам общего пользования. Все автомобили объединены в единую сеть, подключены к облачному сервису и контролируются операторами удаленно. Скорость машин может достигать 40 км/ч. Тягач Vera может самостоятельно анализировать дорожную ситуацию и определять свое местоположение с точностью до нескольких сантиметров. С помощью облачного сервиса грузовики передают операторам свои координаты, информацию о скорости, времени доставки груза и уровне зарядки аккумуляторов.
Преимуществами беспилотных тягачей называются большая грузоподъемность и низкий уровень шума, что позволит осуществлять перевозки даже ночью. Кроме этого, обычные грузовики поглощают много дизельного топлива, загрязняя города и поселки, способствуя изменению климата. Электрические грузовики не выделяют СО2 и не портят экологию. К тому же, беспилотный транспорт сокращает вероятность возникновения ДТП на 70%. По статистике, уровень смертности и ДТП с участием автомобилей под управлением водителей многократно превосходит показатели беспилотников. К сожалению, к их запуску пока не готовы ни инфраструктура, ни законодательная база большинства стран, да и долгое ожидание зарядки и стоимость такого грузовика пока заставляют бизнес внимательно присматриваться к новой технологии.
Летающие автомобили
Еще один вектор развития транспортных технологий — переход от наземного транспорта к воздушному. На смену колесу приходят пропеллеры и крылья. Такие наработки сегодня есть у многих компаний. У Airbus — это беспилотный пассажирский аппарат Vahana, который в будущем может стать, например, городским воздушным такси. Vahana полностью электрический управляемый самолет по технологии VTOL, который уже прошел многочисленные испытания. А к Олимпийским играм 2024 года Airbus планирует запустить в Париже летающие беспилотные такси на базе Vahana. С помощью технологии VTOL (Vertical Take-Off and Landing) летающее средство может взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости, используя тягу двигателя, направленную вертикально. В режиме горизонтального полета на крейсерской скорости, как и у самолета традиционной схемы, подъемную силу создает неподвижное крыло.
Скорость Vahana достигает 200 км/ч. Airbus создал две конфигурации: электрический вертолет и аппарат-крыло с восемью вентиляторами. Для обеих конфигураций оценки рабочих характеристик зависания были основаны на теории импульса лопастного элемента. На данный момент конфигурация электрического вертолета является более перспективной на малых расстояниях, в то время как конфигурация наклона-крыла — более убедительной на больших дальностях. Этот экологически чистый вид транспорта позволит разгрузить городские дороги от чрезмерного трафика. Кстати, последние достижения в области автоматизированного производства и сборки композитных материалов показывают, что небольшие легкие транспортные средства могут производиться в больших объемах и значительно дешевле, чем ранее позволяли традиционные аэрокосмические методы.
Умные парковки
Поскольку многие города становятся перенаселенными, парковочных мест для всех не хватает. Решением может стать технология Smart Parking, которая сочетает в себе передовое программное обеспечение и автоматизацию для устранения двух проблем: поиска свободного места и оптимизации пространства на паркинге. Немецкая компания Serva Transport Systems GmbH разработала систему умного паркинга RAY, благодаря которой транспортные средства хранятся на паркинге и перемещаются с помощью автоматических тележек, позволяющих их штабелировать в тесных помещениях с высокой плотностью заполнения. Комфортабельная станция трансфера, предлагаемая RAY, позволяет автомобилю заезжать вместо привычного плохо освещенного паркинга в широкое, ярко освещенное пространство. Клиентам достаточно выйти из машины. Можно даже не закрывать двери — дальше за дело берется умная станция трансфера автомобиля по парковке. При этом нет риска повредить свои или чужие машины. Будь то внедорожник или небольшой автомобиль, удобная станция трансфера облегчает любой маневр при парковке.
RAY сортирует транспортные средства по размеру и ожидаемому времени извлечения и паркует их как можно ближе друг к другу. Так как нет необходимости открывать двери, можно разместить на 60% больше автомобилей по сравнению с обычными конфигурациями парковки. Система парковки распознает размеры транспортного средства и выбирает соответствующее наиболее экономичное парковочное место. Парковочный робот RAY настолько гибок, что может вращаться на месте, поэтому требует минимального пространства для маневра. Робот определяет свое положение 10 раз в секунду с точностью +/- 4 мм. Он также имеет 200000 точек измерения, которые оцениваются лазерами для определения контура автомобиля. Для RAY существует 750000 вариантов навигации по парковке между 650 точками ориентации. Робот способен перемещать автомобиль весом до 3 тонн максимальными параметрами 2,2х2,5 м. Единственным недостатком такой системы может быть только цена, если сравнивать ее с обычными паркингами, но с увеличением числа автомобилей в крупных городах, количество таких паркингов также вырастет, снизив их себестоимость.
Кстати, парковка, на которой трудятся роботы-парковщики, уже год работает в аэропорту Лиона во Франции. Водитель оставляет автомобиль в специальном боксе и оформляет стоянку в терминале, указывая данные своего авиабилета. С другой стороны бокса робот STAN забирает автомобиль и отвозит на парковочное место, выбранное центральной системой управления с учетом данных авиабилета пассажира. К прилету владельца робот-парковщик вернет автомобиль в бокс. Такая парковка на неделю обойдется в 54 евро, а услуги людей-парковщиков стоят 104 евро. Четыре робота пока работают на одной из шести секций парковки аэропорта и перевозят до 200 автомобилей в день.
Автомобильный ассистент
Автомобиль сегодня — это не только средство перемещения, но и помощник. Если в него встроен личный ассистент, то он может позаботиться не только о состоянии транспортного средства, но и в будущем о здоровье водителя, вызвав при необходимости скорую помощь. На рынке уже представлен ряд систем распознавания водителя, интегрированные в некоторые концептуальные автомобили. Как только водитель садится за руль, машина его идентифицирует и открывает доступ к системам управления. Одно из них — цифровой персональный помощник Intelligent Personal Assistant, созданный концерном BMW для собственных автомобилей.
BMW Intelligent Personal Assistant создан на основе облачных и диалоговых технологий Microsoft Azure. Azure долгое время является предпочитаемым публичным облаком BMW, а сами компании уже несколько лет поддерживают тесные отношения. Также BMW включила поддержку для доступа к файлам Office 365 и использования Skype для бизнеса в своих автомобилях. На самом деле ассистент от BMW может намного больше. Находясь в таком автомобиле, водитель может управлять всеми стандартными функциями с помощью голосовых команд. Ассистента можно попросить изменить температуру в салоне, запустить навигацию, проверить давление в шинах, уровень масла и другие параметры двигателя. Со временем ассистент узнает предпочтения своего водителя, а также запомнит их, сохраняя в настройках. С 2019 года личный помощник BMW поддерживает 23 языка, а также позволяет узнать прогноз погоды, осуществить поиск достопримечательностей и получить доступ к музыке.
Интеллектуальный цифровой помощник реагирует на подсказку «Hey BMW» и умеет даже разговаривать с вами. Системе можно дать имя, которое более ассоциируется с собственным автомобилем. Профиль BMW ID свяжет автомобиль с вами и вашим цифровым миром. Поэтому вы сможете в другом автомобиле BMW ввести свой идентификатор, и новая машина будет персонализирована. К сожалению, он пока не совместимом с другими цифровыми ассистентами, но в BMW обещают, что будущие версии Intelligent Personal Assistant получат такую возможность.
Аналогично работает и Amazon Alexa в электрическом пикапе Rivian R1T и спорткаре Lamborghini Huracan. Здесь функционал этого голосового ассистента значительно шире того, которым обладают домашние колонки. С помощью Alexa в автомобиле можно не только воспроизводить музыку, регулировать температуру в салоне и прокладывать маршрут. Помощник позволяет также совершать звонки и управлять системами Умного дома прямо из автомобиля.
Другие возможности новых автомобилей
Такая простая, но полезная вещь, как солнцезащитный козырек, существует уже много лет в практически неизменном виде. Но в Bosch решили модернизировать этот элемент и превратили его в прозрачный дисплей, через который водитель может смотреть на дорогу. Специальная камера следит за лицом шофера и при появлении на нем солнечных лучей определенные участки козырька-дисплея затемняются для предотвращения бликов от солнца. Таким образом козырек не мешает обзору, но отлично справляется со своими функциями.
Не менее стандартной до сих пор являлась и аудиосистема автомобилей, правда, энтузиасты старались постоянно ее доработать. Но технология, представленная компаниями Continental и Sennheiser, стала настоящей революцией в этой сфере. Музыку в автомобиле воспроизводят не динамики, а детали салона! Благодаря специальным механизмам вибрируют элементы интерьера: приборная панель, передние стойки, дверные панели и даже обшивка потолка. Привычных динамиков здесь нет, но они и не нужны, так как вибрации создают впечатляющий объемный звук.
Производители покрышек тоже стараются не отставать от трендов. Компания Continental работает над покрышками следующего поколения, которые смогут существенно повысить комфорт и безопасность движения. Решения получили названия ContiSense и ContiAdapt. Обе системы предусматривают постоянный контроль над состоянием покрышки, а также адаптацию ее характеристик к дорожным условиям. Технология ContiSense основана на специально разработанной электропроводной резиновой смеси. Электрические сигналы от датчика в шине передаются на приемник в салоне. Система позволяет отслеживать остаточную высоту рисунка протектора и температуру покрышки, а также повреждения, в частности, проколы. В будущем систему ContiSense оснастят дополнительными датчиками, которые могут использоваться в индивидуальном порядке. Шина сможет улавливать информацию о состоянии покрытия, например, о его температуре или наличии снега, и передавать ее водителю. Что касается системы ContiAdapt, то она предполагает наличие обода с переменной шириной и микрокомпрессоров внутри колеса, увеличивающих или уменьшающих давление в шине. Это даст возможность изменять размер пятна контакта, который является важнейшим фактором безопасности и комфорта в самых разных дорожных условиях. Такие покрышки создаются с прицелом на беспилотные автомобили, чтобы снизить расходы на обслуживание и ремонт транспортных средств.
Над Smart-шинами работает и компания Pirelli. С технической точки зрения все технологии Pirelli основаны на использовании датчиков, устанавливаемых внутри покрышек. Датчики, которые весят всего по несколько граммов, следят за состоянием каждой шины и передают данные электронному управляющему блоку автомобиля. Информация собирается и доставляется в мобильное приложение или передается бортовым системам автомобиля. «Технология Cyber Car начинает новую эпоху цифровизации автоиндустрии, поскольку за счет использования всех данных, собираемых датчиками в шинах, позволяет улучшить безопасность, экономичность и эффективность автомобилей», — отмечают в Pirelli. Cyber Car также способна влиять на работу и активировать электронные системы, такие как ABS и ESC. Датчики могут собирать данные и о вертикальных нагрузках, что особенно важно в случае с электромобилями. Имея все данные о весе автомобиля бортовой компьютер может точнее рассчитать, сколько километров осталось до следующей подзарядки. В будущем технология станет еще более совершенной, например, сможет передавать бортовому компьютеру информацию при каждом повороте колеса.
Автокомпании постоянно совершенствуют конструкцию автомобильных кресел, стараясь сделать их более комфортными. Решение в этой области недавно представила компания BMW. Сиденье ZeroG Lounger может откидываться на 400 или 600, при этом ремень безопасности движется вслед за креслом. Важное дополнение к креслу — экран, расположенный на потолке. С его помощью можно не только следить за маршрутом или пользоваться мультимедийной системой, но и избежать укачивания во время движения. Правда, все это доступно только пассажиру.
Кстати, огромные дисплеи в будущих автомобилях уже становятся практически стандартом. И здесь лидером пока является кроссовер M-Byte с огромным дисплеем диагональю 48”. Компания Byton предлагает и большой выбор контента, включая большое количество фильмов, сериалов, шоу и других продуктов.
Так что вспомните, какой путь проделала автомобильная промышленность за предыдущие 50 лет, перейдя от простых бензиновых автомобилей без Wi-Fi, встроенных компьютеров и автопилотов к электрокарам, в которых есть не только все это, но и многое другое. Прогресс невозможно остановить, и всеми преимуществами технологий, описанных в статье, мы сможем воспользоваться уже в ближайшее время.
