Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США

Содержание:

Оглавление

Введение 3
1. Особенности беспилотных автомобилей 9
1.1. История становления и особенности автомобилей с автономным управлением 9
1.2. Анализ развития рынка беспилотных автомобилей в США 14
2. Проблемы и перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США 25
2.1. Проблемы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США 25
2.2. Перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США 33
Заключение 49
Список источников и литературы 51
Приложения 55

Введение:

Актуальность темы обусловлена тем, что развитие беспилотных систем транспортного средства в современном мире возрастает вследствие быстрого развития высокотехнологических проектов в области перевозок и робототехнических систем. В настоящее время ведущее автоконцерны проводят активные испытания и тестирования беспилотной системы управления автомобилем. И если верить заявлениям, то результаты превосходят все ожидания. Сегодня уже выполняется оснащение бортовых компьютеров автомобилей различными системами, цель которых заключается в помощи водителям. Это антиблокировочные, противобуксовочные, стабилизирующие, парковочные системы, системы навигации, слежения и др. Такие системы помогают маневрировать автомобилем, контролировать на расстоянии, а в экстренных ситуациях выполняют самостоятельное управление. В настоящее время у ряда производителей авто (Audi, Volvo, Volkswagen, Tesla, Ford, Nissan, Toyota, BMW) и высокотехнологичных компаний (Google, Bosch, Apple, Continental) уже имеются опытные экземпляры автомобилей с беспилотным управлением и (или) разрешения на испытания таковых на общественных дорогах. За последние годы автомобили стали более доступным видом транспорта, их число стремительно растёт, повышается загруженность на дорогах и, вместе с этим, учащаются дорожно-транспортные происшествия. Причины ДТП бывают разными, но во многих случаях срабатывает человеческий фактор. В условиях интенсивного движения транспорта человеку бывает трудно сориентироваться в критической ситуации, он теряет самообладание, делает фатальные ошибки. Ввиду указанных обстоятельств актуальным становится использование автомобилей-беспилотников, управлять которыми могли бы специальные информационно-интеллектуальные системы.
За последние пять лет автономные транспортные средства перешли из изучения нишевой темы в мире машиностроения и электротехники к одной из самых обсуждаемых технологий в транспортной отрасли. Сегодня почти каждый автопроизводитель от Aston Martin до Volkswagen планирует в будущем представить полностью автономный автомобиль. Большинство производителей продают автомобили с некоторыми автономными функциями.
Инженеры работают над этой технологией уже более 50 лет. Последние скачки в «машинном обучении» – области компьютерных наук, которая дает компьютерам возможность учиться без явного программирования – приведут к тому, что автономные транспортные средства будут доступны для потребителей в ближайшее время. Оптимисты предсказывают, что к 2030 году автономные транспортные средства будут достаточно надежными и доступными, чтобы заменить большинство людей-водителей. Они обеспечат независимую мобильность для не водителей, приведут к снижению стресса и усталости водителей, и могут стать панацей от заторов, аварий и проблем загрязнения окружающей среды.
Рассмотрение основных работ в сфере автономных автомобилей приводит к заключению, что степень изученности данной темы довольно высока. Так, в зарубежной литературе свое внимание этой проблеме уделили такие авторы, как: Скотт Р. Винтер, Тодди Литман, Амир Расули, Лью Фултон, Джейкоб Мейсон, Барух Фейгенбаум, Рафаэль Марес, Рейван Бин Сулаймана и др. Так, в исследовании Скотта Р. Винтера проанализирована готовность человека ездить в автономном автобусе . Автором установлено, что сегодня американцы не совсем готовы к автобусам без водителя. В работе Тодда Литмана рассматриваются преимущества автономного транспортного средства и затраты, и последствия для различных вопросов планирования . Авторский анализ указывает на то, что автономные транспортные средства станут повсеместно распространенными и доступными в 2040–2050-е годы. В монографии Амира Расули рассматриваются проблемы, стоящие перед автономными автомобилями при их вождении в городских условиях . Автором изучается проблема взаимодействия пешеходов и беспилотных автомобилей, включая подходы к проектированию для автономных транспортных средств. В исследовании Лью Фултона и Джейкоба Мейсона рассматриваются пути, как полностью реализовать потенциал электрификации, автоматизации и общей мобильности транспортных средств в городских транспортных системах по всему миру к 2050 году . Авторами исследуется роль беспилотных автомобилей в будущем в городских транспортных системах. В работе Баруха Фейгенбаума рассматривается сущность автономных автомобилей, раскрывается история их развития . Авторами анализируется автономное аппаратное оборудование, программное обеспечение и регулирование в данной сфере. Авторами выявлены преимущества, недостатки и перспективы развития отрасли автономных автомобилей. В исследовании Рафаэля Марес рассматривается современные тенденции развития отрасли автономных автомобилей, раскрывается воздействие данной отрасли на экономику . В статье Рейван Бин Сулаймана исследованы процессы преобразования обычных автомобилей в автономный автомобиль . Автором изучаются, связанные с этим проблемы, цели, требования и ожидаемые результаты от внедрения автономных автомобилей. Автором анализируются различные воздействия на общество, правовые, этические и экологические проблемы, связанные с внедрением автономных автомобилей.
Среди отечественных автором, которые исследовали проблемы автономных автомобилей можно выделать таких: А.Е. Бром, В.В. Бухтияров, Г.А. Гальченко, М.В. Данилюк, Е.С. Козин, А.Е. Марков, А.В. Поплевин, Б.У.У. Рашидов, Е.В. Сальников, М.П. Шлеймович и др. Работа А.Е. Брома посвящена прикладным проблемам внедрения инновационных беспилотных автомобилей в экономическую среду . Авторы представляют подход к визуализации взаимовлияния факторов, обуславливающих появление такой проблематики, на основе причинно-следственных диаграмм. В исследовании В.В. Бухтиярова рассмотрены особенности возможного внедрения беспилотных автомобилей в России, проведена оценка возможного внедрения, выявлены возможные проблемы в связи с их внедрением . В статье Г.А. Гальченко рассмотрены основные проблемы и перспективы развития беспилотного транспорта . Дан краткий обзор рынка автономных автомобилей. В работе М.В. Данилюка рассматриваются беспилотные автомобили . Представлены передовые разработки Российских автопроизводителей в сфере производства беспилотных автомобилей. Рассмотрены положительные и отрицательные факторы внедрения беспилотных автомобилей. В исследовании Е.С. Козина представлен краткий обзор одного из перспективных направлений развития современных технологий – автопилотируемых автомобилей, которое является частным случаем общемировой тенденции к созданию систем искусственного интеллекта, роботизированных систем . В работе А.Е. Маркова рассмотрена система управления беспилотным автомобилем . Представлена модель формирования угла поворота руля для движения автомобиля вдоль заданной произвольной траектории. Модель реализована в пакете моделирования «ФРУНД». Выполнено тестирование алгоритмов SLAM для определения текущих координат автомобиля. В исследовании А.В. Поплевина проведено сравнение систем управления беспилотным автомобилем, выявлены перспективные технологии в данной сфере . В работе Б.У.У. Рашидова рассматриваются проблемы включения в транспортный поток беспилотных автомобилей . А также пути решения указанных проблем. В исследовании Е.В. Сальникова рассматривается современное состояние дел в области разработки и внедрения беспилотного автотранспорта . Автор анализирует наиболее распространенные предрассудки в данной сфере, показывает их ограниченность. В статье демонстрируются широкие перспективы, открывающиеся в результате внедрения беспилотных автомобилей для обеспечения безопасности дорожного движения. В статье М.П. Шлеймовича рассмотрены особенности создания систем управления беспилотными автомобилями на основе технологий компьютерного зрения .
Объектом настоящего исследования выступает отрасль производства автомобилей с автономным управлением в США.
Предмет исследования – современное состояние и перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США.
Целью выпускной квалификационной работы является изучение перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США.
К задачам этого исследования относятся:
— рассмотреть понятие, историю становления и особенности автомобилей с автономным управлением;
— провести анализ развития рынка беспилотных автомобилей в США;
— выявить проблемы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США;
— определить перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США
Информационную базу исследования составили работы отечественных и зарубежных авторов в сфере производства автомобилей с автономным управлением, статистические данные отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США.
Теоретико-методологическую основу исследования составили общенаучные методы анализа, синтеза, систематизации и обобщения. Они были направлены на выявление особенностей беспилотных автомобилей; анализ проблем и выявление перспектив развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США.
Научная новизна данной научной работы состоит в прогнозировании дальнейшего развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США.
Структура дипломной работы отражает поставленные цели и задачи. Работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение:

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы получены следующие результаты:
1. Беспилотный автомобиль – это усовершенствованное транспортное средство, которое благодаря оснащению системой автоматического управления, может передвигаться и управляться самостоятельно без присутствия человека. При внедрении и эксплуатации беспилотных автомобилей следует учитывать ряд групп факторов: юридические, экономические, климатические и политические. Все беспилотные автомобили имеют встроенные навигационные системы и датчики, которые позволяют определить точное местоположение автомобиля, а также проложить оптимальный маршрут до конечной точки.
2. В США сейчас разработкой собственных самоуправляемых автомобилей занимается большинство крупных автопроизводителей, но сильнее остальных внимание на своих разработках акцентируют компании Google и Tesla Motors. Автопилот в автомобилях Tesla доступен уже сейчас и работает на любых дорогах, технология Google полностью берет на себя контроль над транспортным средством, но ещё далека от своей конечной формы. По индексу готовности автономных транспортных средств США занимает 3-ье место в мире. Согласно официальным данным, по состоянию на 1 января 2017 года испытаниями беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования в Калифорнии занималась 21 компания. Использование самоуправляемых автомобилей, благодаря резкому сокращению дорожно-транспортных происшествий, поможет сэкономить бюджету США сотни миллиардов долларов. Если бы все автомобили в США были самоуправляемыми, то бюджет страны мог сохранить около $340 млрд. от потерь в ВВП, вызванных дорожными авариями.
3. Существуют следующие проблемы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США: законодательство в США не адаптировано к использованию беспилотного транспорта, сложные погодные условия затрудняют работу датчиков автомобилей с автономным управлением, невозможность экстренного технического обслуживания, отсутствует единая крупномасштабная информационно-транспортная система, высокая стоимость беспилотных автомобилей, наличие угрозы взлома беспилотного транспорта.
4. Можно выделить следующие перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США:
Можно выделить следующие перспективы развития отрасли производства автомобилей с автономным управлением в США:
— рынок беспилотных авто вырастет к 2035 году и основной прирост начнется с 2025 года. Именно на этот период большинство концернов анонсировали массовый выпуск робомобилей 3-го класса автономности;
— к 2035 г. вторым рынком сбыта будут США;
— Tesla будет доминировать на рынке беспилотников до 2020 года, пока в игру не включатся другие матерые авто-игроки Toyota, General Motors, Volkswagen Mercedes-Benz, Audi и т.д.;
— здоровая конкуренция станет причиной снижения цен на беспилотные технологии, делая робокары доступнее для покупателя;
— влияние беспилотного вождения на экономику сначала городов США, а потом и США станет заметным уже к 2022-2023 гг.;
— позитивным будет то, что существенно уменьшатся пробки и снизится загруженность транспортной системы;
— уровень безопасности на дорогах достигнет максимально возможного уровня;
— беспилотные авто сохранят жизни миллионам людей и сэкономят огромные деньги только за 10 лет активной эксплуатации на дорогах;
— беспилотные авто будут способствовать изменению ПДД и появлению новой М2М-экосистемы;
— к 2040-2050 гг. ручное вождение транспорта в США будет запрещено, а к 2070 г. благодаря повсеместному внедрению беспилотных автомобилей в США исчезнут аварии, штрафы за пробки и страхование автомобиля.

Фрагмент текста работы:

1. Особенности беспилотных автомобилей

1.1. История становления и особенности автомобилей с автономным управлением

Большинство авторов считают, что история беспилотных автомобилей берет свое начало в 60-ъ годах 20 века. Этапы истории развития беспилотных автомобилей приведены в Приложении А.
Тем не менее, первые шаги в области автономных машин, передвигающихся без помощи водителя или оператора, были сделаны ещё в 30-х годах XX столетия, когда на выставке Futurama World’s Fair известная американская компания General Motors представила своё видение будущего автопрома. Тогда специалисты представили две идеи. Первая заключалась в том, что автомобили будут управляться посредством радиоволн, с помощью которых можно контролировать дистанцию. Вторая основывалась на том, чтобы сделать дороги наподобие скейтбордных рамп. То есть машины должны ехать посередине, а если их начинает вести к обочине, то они «скатываются» обратно в углубление. Конечно, в то время обе идеи беспилотного автомобиля встретили скептически. Однако разработки в этом направлении пошли с удвоенной силой .
В 50-х годах инженеры General Motors начали испытания первого в мире «умного» автомобиля Firebird II. Помимо титанового корпуса и инновационной системы торможения, машина оснащалась магнитными датчиками, которые могли взаимодействовать с «дорогами будущего» (согласно данной концепции под слоем асфальта должны были проложить электро-кабели) для предотвращения аварий. В третьей версии данного концепт-кара использовалась первая система автопилота, которая в наше время известна как круиз-контроль. Она позволяет автомобилю самостоятельно удерживать постоянную скорость, что позволяет водителю меньше внимания уделять работе с педалями, например, при длительных поездках по шоссе. Стоить отметить, что для паровых двигателей система поддержания постоянной скорости была разработана ещё в 1788 году .
В 60-е годы компания Citroën смогла оборудовать тестовый полигон, на котором реализовала идеи General Motors относительно «умных дорог». Автомобиль Citroën DS мог обходиться без водителя, получая сигналы от кабелей в асфальте. На реальных дорогах беспилотные модели так и не появились, а Citroën DS стал просто автомобилем бизнес-класса, правда, довольно известным благодаря фильмам о Фантомасе. В то же время Chrysler Plymouth пробовала встроить магнитные сенсоры в бампер обычного автомобиля. Они должны были передавать информацию на компьютер в салоне машины. Идея провалилась, так как система управления занимала половину салона, а на крыше необходимо было устанавливать электрогенератор. В 1968 году, кстати, вышел первый фильм о живой машине Херби под названием The Love Bug.
В 80-х годах немецкий учёный Эрнст Дикманнс (Ernst Dickmanns) создал из фургона Mercedes-Benz Vario первую по-настоящему «умную» машину. Благодаря вместительности автомобиля разработчик смог поместить внутри целую компьютерную систему. 5-тонный монстр, который мог без помощи водителя передвигаться по дорогам, привлёк внимание концерна Daimler-Benz, запустившего проект Eureka PROMETHEUS (Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented Safety – программа движения с наивысшей эффективностью и беспрецедентной безопасностью). Благодаря новым инвестициям к середине 90-х годов Дикманнс собрал ещё два самоуправляемых автомобиля – VaMP и VITA-2. Новые прототипы смогли успешно пройти испытания на шоссе под Парижем. Они самостоятельно ехали со скоростью до 130 км/ч, меняли ряд, отслеживали движение других автомобилей и могли их обгонять. Впоследствии наработки Дикманнса, проекта PROMETHEUS и улучшенная система круиз-контроля (адаптивная, которая может поддерживать переменную скорость, подстраиваясь под среднюю скорость в потоке и соблюдая безопасную дистанцию) использовали в серийных Mersedes’ах S-класса 95-го года. После этого разные функции, помогающие водителю в управлении автомобилем, начали появляться во многих моделях различных производителей .
В середине 1990-х годов большой толчок к развитию беспилотных автомобилей дал прорыв в области искусственного интеллекта, нейронных сетей и машинного обучения. В 2004 году прошло первое в мире соревнование с участием роботов-автомобилей DARPA Grand Challenge, а еще спустя шесть лет Google протестировала свои первые робомобили. После этого идею создания беспилотных автомобилей подхватило большинство крупных автомобильных компаний. В настоящее время наиболее крупными игроками в этой сфере являются компании General Motors, Volkswagen, Audi, BMW, Volvo, Nissan, Google, Tesla Motors и другие .