Автомобили будущего
Институт транспортных систем основан на базе автомобильного и кораблестроительного факультетов Нижегородского технического университета, поэтому его тематика посвящена транспорту в широком смысле слова: автомобилям, кораблям, самолетам и даже трубопроводному транспорту. С 2017 г. одной из визитных карточек ИТС является создание «умных» транспортных средств, способных самостоятельно ориентироваться в тех или иных дорожных условиях, принимать определенные оперативные решения вплоть до управления автомобилем, причем водитель и пассажиры могут об этом и не догадаться. Люди по-прежнему будут думать, что они едут, но на самом деле их везут.
«Умный автомобиль»
Направление, связанное с созданием «умных» беспилотных транспортных средств, ИТС развивает со своим стратегическим партнером — «Группой ГАЗ». С автозаводом Горьковский политехнический институт сотрудничает с 30-х годов ХХ в. по многим аспектам, среди которых подготовка кадров, организация практики и трудоустройство выпускников, а в последние годы к ним добавилось тесное взаимодействие в научной сфере, прежде всего по созданию «умных» автомобилей, представляющих для автопрома серьезный вызов. Дело в том, что за 100 лет, с конца XIX-го в. по начало XXI‑го в., автомобиль конструктивно поменялся несильно: те же четыре колеса, руль, двигатель, просто каждый конкретный узел становился совершеннее и технологичнее. А «умный» автомобиль меняет сам принцип управления им. Если сейчас за ситуацию на дороге отвечает водитель и человеческий фактор всегда фигурирует при разборе ДТП, то для повышения безопасности дорожного движения нужна минимизация человеческого фактора.
— В рамках совместных проектов с «Группой ГАЗ» ИТС НГТУ разработаны алгоритмы, позволяющие автомобилю безопасно передвигаться в автономном режиме в разное время года и разное время суток с соблюдением ПДД в условиях городской инфраструктуры при возможном отсутствии дорожной разметки и низкой различимости дорожного полотна, при наличии дорожного трафика и помех движению по различным видам дорожного покрытия и даже на участках с отсутствием дорожной разметки, в том числе в зимних условиях, на уровне среднестатистического водителя, — рассказывает директор ИТС, к. т.н., доцент, заведующий кафедрой «Автомобили и тракторы» Антон Владимирович Тумасов. — Даже если водитель совершает неверные действия и автомобиль может вылететь в кювет, он останется на траектории, потому что система распознает ситуацию, поймет ошибку водителя и принудительно снизит скорость. Аналогичным образом система распознает и других участников дорожного движения — велосипедистов, мотоциклистов, пешеходов: она определит безопасную дистанцию и сделает все возможное для предотвращения столкновений. «Умный» автомобиль в принципе сможет двигаться без участия водителя.
ИТС занимается развитием технологий безопасного автоматического управления беспилотным автомобилем в российских климатических и дорожных условиях, то есть разработкой комплекса систем по распознаванию разметки, дорожных знаков, светофоров, пешеходов, систем управления, исполнительных устройств и многого другого. Эта тематика поручена разным научным группам института. Сотрудники-электрики прекрасно знают электрическую часть транспортного средства, и у нас есть разработки, связанные с электромобилями. Программисты перекладывают алгоритм в программный код. Отдельная группа занимается созданием прототипов и разработкой моделей компоновки. Инженеры-диагносты проверяют состояние электронных модулей и делают вывод, функционируют ли эти элементы, можно ли переадаптировать их на другие задач или стоит утилизировать. Группа компьютерного моделирования прогнозирует поведение транспортного средства в различных условиях. У нас еще нет автомобиля, но мы про него все знаем и выходим на испытания опытного образца только для финишных настроек. Ребята работают под лозунгом «Испытать в виртуальном мире, чтобы нормально ездить в реальном!». Есть группа по разработке конструкторской документации, перекочевавшей в наши дни с бумажных носителей в чертежи на компьютере и 3D-модели. Другой коллектив прорабатывает варианты сборки и компоновки автомобиля, следующей группе поручено составление программ и методик испытаний. Часть сотрудников имеет опыт работы в российских предприятиях, а также прошла стажировки за рубежом, преимущественно в Европе — в Германии, Нидерландах и Венгрии, где перенимала передовой инженерный опыт. В настоящее время коллектив молодых ученых проводит испытания без участия зарубежных коллег. Все группы, занимающиеся созданием беспилотных транспортных средств, составляют серьезную команду, способную решать самые разные задачи.
И все-таки они едут!
По словам Антона Тумасова, скептики сомневаются, смогут ли беспилотники проехать по российским дорогам. Их сомнения основаны на просмотре зарубежных роликов, на которых беспилотники передвигаются по прекрасной дороге с идеальной разметкой.
— Нам приходится парировать, что во время испытаний наши беспилотники, двигаясь с соблюдением ПДД, не попали ни в одно ДТП и не задели ни один бордюр. Значит, наши модели работают, — продолжает директор ИТС НГТУ. — В 2019 году команда ИТС вошла в число 27-ми участников федерального технологического конкурса Up Great «Зимний город», ставшего, по сути, первым российским конкурсом беспилотных автомобилей, организованном АО «РВК», Фондом «Сколково» и Агентством стратегических инициатив. Финал соревнований состоялся в декабре 2019 года на полигоне испытательного центра ФГУП «НАМИ» в Подмосковье. Конкурсантам предстояло разработать и оборудовать интеллектуальными системами управления беспилотный автомобиль, пригодный для эксплуатации в экстремальных погодных условиях, при отсутствии дорожной разметки, плохой видимости и наличии дорожного трафика. Каждый беспилотник должен был преодолеть 50 км быстрее чем за три часа.
Команда ИТС НГТУ представила на конкурс беспилотный электробус на базе автомобиля «ГАЗель NEXT». Адаптировать беспилотный транспорт к условиям русской зимы — одновременно и вызов, и важная задача. До финального заезда дошли только пять команд, в том числе мы. Наш беспилотный электробус прекрасно ориентировался в пространстве, используя разные алгоритмы и их комбинации: передвигался по разметке, по полотну пути или по траектории. И мы доказали, что наша разработка — в????овсе не фантастика, а вполне реальный автомобиль. Участие в «Зимнем городе» стала отличной возможностью протестировать разрабатываемые беспилотные технологии.
А осенью 2020 г. в рамках совместного проекта с «Группой ГАЗ» и «Газпромнефть-Снабжением» (дочкой «Газпром нефти») команда ИТС провела опытно-промышленную эксплуатацию беспилотного автомобиля «ГАЗель NEXT» на территории Ханты-Мансийского автономного округа. Использование беспилотных транспортных средств стало одним из приоритетных направлений инновационного развития «Газпромнефть-Снабжения».
Практика сотрудничества НГТУ и «Группы ГАЗ» в области разработки и создания «умных автомобилей» и наработанные IT‑компетенции обеих команд позволили предложить «Газпромнефть-Снабжению» решение по повышению эффективности перевозки ресурсов по территории месторождений. Работоспособность решения была дополнительно подтверждена в ходе эксплуатации беспилотника на полигонах и внутризаводских маршрутах автозавода. Эксплуатация «ГАЗели» происходила на внутрипромысловых дорогах нефтяного месторождения «Южно-Приобский». В соответствии с программой испытаний «ГАЗель», адаптированная под условия эксплуатации в северных районах, совершала регулярные рейсы с различными грузами по дорогам месторождения. Контроль за беспилотником осуществлялся оператором через спецприложение, разработанное в НГТУ. При получении запроса от логистического центра оператор выбирал один из маршрутов и с помощью приложения направлял машину в точку погрузки в беспилотном режиме.
Важно, что беспилотник передвигался по внутрипромысловым дорогам вместе с другими участниками движения, адекватно реагировал на дорожные ситуации и отрабатывал ежедневную водительскую смену. Технические характеристики автомобиля и настройка ПО сделали возможным его круглосуточную эксплуатацию. Перерывы в работе необходимы были только для подзарядки аккумуляторных батарей, обеспечивающих запас хода до 120 км. В рамках кооперации с «Группой ГАЗ» и «Газпромнефть-Снабжением» в ИТС планируется разрабатывать и другие коммерчески-эффективные решения, способствующие оптимизации транспортных процессов, снижению расходов и повышению безопасности грузоперевозок.
От трактора до малого бизнеса
Идея беспилотных автомобилей родилась давно. О них писали в технических журналах начала 1920-х годов, а в классике советского кинематографа, фильме «Трактористы», поставленном режиссером Иваном Пырьевым в 1939 г., есть эпизод, в котором герои мечтают о тракторах без человека. Просто в то время не были разработаны технологии, позволяющие создать беспилотную сельскохозяйственную технику.
С развитием технологий сфера применения беспилотников стала очень широкой. Они могут быть использованы как аэродромная техника, беспилотный курьер, беспилотный автобус, развозчик грузов по территории промпредприятия, скорая помощь. «Газпром нефть» испытывает на месторождениях беспилотные КАМАЗы и беспилотные вертолеты. Во всем мире известны беспилотные Яндекс.Такси — одна из бизнес-единиц «Яндекса», предлагающая сервисы такси и доставки еды и продуктов, а также мобильные приложения к ним.
ИТС работает преимущественно с коммерческой техникой, производимой Горьковским автозаводом. И первые прототипы беспилотников команда института создавала на базе ГАЗелей, потому что эти автомобили востребованы малым и средним бизнесом, являющимся драйвером экономики.
— Мы пытаемся разработать коммерчески-эффективные решения, в том числе для движения по закрытым промышленным территориям. Там свои условия — доставить груз из одной точки в другую в условиях определенной дорожной инфраструктуры, — поясняет Антон Тумасов. — Взяв за основу шасси Горьковского автозавода, мы пытаемся соединить цифровые технологии, инновации и перспективы с реальными или перспективными потребностями. Пример беспилотных вертолетов «Газпром нефти» неслучаен. Еще несколько лет назад таких задач не было, а в наши дни они появились. Мы живем в уникальное время: меняются формат и концепция логистики автомобилей, и мы пытаемся следовать этому тренду в определенном сегменте транспортных средств. И мы не просто использовали чью-то разработку. Мы разработали собственные алгоритмы, программный код и компоновочное решение исходя из тех условий, в которых будет эксплуатироваться наша беспилотная техника. Нет смысла побеждать игрока, у которого есть огромный опыт и огромное финансирование. Яндекс вложил немалые деньги в Яндекс.Такси, и мы поняли, что нет смысла пытаться стать первым там, где это сделать практически невозможно. При этом осознаем, что инновационные решения должны быть доступными для бизнеса. Что толку от автомобиля по цене космического корабля? Исходя из этого мы выбрали свой вектор развития. Наша цель заключается в том, чтобы эти решения были внедрены на практике на предприятиях и в сфере логистики.
Наши решения обеспечивают безопасное движение коммерческого транспорта с минимальным или полным отсутствием водителя. Мы ориентированы на линейку коммерческого транспорта, производимую ГАЗом, — небольшие автобусы, малотоннажники «ГАЗель NEXT». Планируем масштабировать свои разработки на более тяжелую технику, способную передвигаться не только по дорогам, но и в условиях частичного или полного бездорожья. Для России это очень актуальная тема.
Технологии создания беспилотных транспортных средств развиваются в мире давно, и ИТС присоединился к этой тематике потому, что в регионе эти компетенции отсутствовали. Наличие собственного пакета решений по беспилотникам важен с точки зрения технологической безопасности. Базовые вещи — например, основополагающие принципы распознавания — являются для разработчиков едиными, а далее каждый коллектив выполняет свою задачу: в каких условиях (ночью, днем, в туман, в снег, в дождь) и что именно распознавать. В частности, организаторы конкурса «Зимний город» поставили задачу движения беспилотников зимой и без разметки. Так что все эти задачи в какой-то степени являются новыми, а в какой-то — нет, поэтому разные команды добиваются успеха в своей узкой области. Но в том, что беспилотники — это транспорт будущего, сомневаться не приходится. И у нас есть успехи в выбранном направлении. Тандем НГТУ — Группа ГАЗ четыре раза становился победителем конкурсов Министерства образования и науки РФ в соответствии с Постановлением Правительства РФ N 218 «Об утверждении Правил предоставления субсидий на развитие кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организаций реального сектора экономики в целях реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичных производств». На недавнем конкурсе наша совместная заявка заняла второе место среди 160 участников, проиграв победителю один балл. Это говорит о высокой степени взаимодействия между нашими предприятиями.
Молодые пилоты
Важно, что перспективная научная работа ведется в ИТС в основном силами молодых сотрудников, чей возраст не превышает 35 лет, подчеркивает Антон Тумасов. Многие из них активно вовлечены в образовательную деятельность, являясь аспирантами и преподавателями с научными степенями. Свой опыт, полученный в научных проектах, они с удовольствием транслируют в учебные программы. Таким образом, полученный объем знаний позволит студентам в дальнейшем справляться с новыми технологическими вызовами.
— Наши научные кадры — это в основном выпускники политеха, которые участвовали в различных проектах, набирали опыт, росли профессионально и влились в нашу команду. А сейчас, когда у нас появилось понимание, какие компетенции нужны для выполнения этих работ, и мы видим планы развития наших тематик, то отбираем талантливых ребят со школьной скамьи. Мы привлекаем их в научное общество учащихся, даем ребятам темы на проработку, оцениваем результаты и приглашаем их поступать в наш технический университет. Большая заслуга ученых НГТУ в том, что они сумели сохранить в университете талантливую молодежь. Выпускники не уходят на предприятия и в бизнес, они принимают решение развиваться именно в НГТУ, и это дает надежду на то, что наши научные школы будут развиваться! — резюмирует директор ИТС ННГУ.
