Исторически автопилот появился, потому что самолет – это аэродинамический агрегат, который движется по законам аэродинамики, а аэродинамика предусматривает такое понятие, как устойчивость и управляемость летательного аппарата. Еще во время обучения инструктора часто говорили нам – не мешайте лететь самолету. Он сам летит, вы ему главное не мешайте. Помогайте или предупреждайте какие-то происшествия. И конструкторы всегда стремились сделать так, чтобы воздушные суда были устойчивы и управляемы на всех этапах полета – взлете, посадке и в самом полете. Стремление к созданию устойчивой и управляемой системы легло в основу идеи создания автопилота.
На этом фундаменте и родилась мысль о том, что можно автоматизировать полет. Особенно актуально это стало тогда, когда появились длительные полеты, точнее необходимость длительных перелетов. Например, при полете Чкалова и Байдукова через северный полюс, им приходилось попеременно управлять самолетом в течении нескольких суток. Если бы в те времена был хороший автопилот, подобные полеты проходили бы намного проще.
Конструктора, которые занимались созданием систем управления и создание самолетов, вообще давно задумывались над этим вопросом. Как правило, первые конструктора сами же летали и понимали, как тяжело бывает в длительном полете выдерживать конкретный режим полета. По этому автопилот появился как развитие идеи стабильного полета.
Простейшие автопилоты появились в 30-х годах прошлого века, при этом были совершенно не похожи на современные. Например, для упрощения полета можно было прикрепить резинку на штурвал, чтобы зафиксировать его в нужном положении, либо механически зафиксировать рычаг управления двигателем на определенных оборотах. По мере усложнения систем управления, развивались и автопилоты. Появилась идея зафиксировать определенные узлы в определенных режимах. Постепенно это преобразовалось в полноценную систему управления полетом. Практически сразу после второй мировой войны автопилот появляется в том виде, в котором мы знаем его сейчас.
Первоначально автопилот, как и многие другие изобретения, получил распространение на военных самолетах, а после был приспособлен для гражданской авиации. Первые автопилоты требовали большого внимания от пилота, например на самолетах 50-х годов требовалось очень долго и внимательно настраивать автопилот перед полетом по разным каналам управления – по крену, по высоте, по тангажу, и так далее. По нескольку минут уходило только на настройку каждого из перечисленных параметров. Сегодня же можно запрограммировать полет от взлета до посадки и почти не вмешиваться в процесс полета.
По большому счету, при использовании автопилота, функция пилота в современном самолете сводится к простому контролю, на случай отказа какой-либо из систем. При этом автопилот используется не только для управления самолетами, но и в космической отрасли. Приведу пример - полет «Бурана» полностью управлялся автопилотом, при том, что было предусмотрено и ручное управление, но было решено не вмешиваться в работу программы. При полете программа учитывала не только параметры, заданные перед началом полета, но была способна также учитывать информацию, поступающую с датчиков и из центра управления полетами.
Подобно программам, использовавшимся при полете «Бурана», современные автопилоты учитывают множество параметров, поступающих от датчиков, диспетчерских служб на земле, а также от других воздушных судов. К примеру, система предотвращения воздушных столкновений. При использовании этой системы, при приближении самолетов друг к другу, она автоматически будет пытаться развести самолеты по разным высотам, передавая указания пилотам о снижении или увеличении высоту полета.
Последнее время все более актуальной проблемой становится тема «противостояния» автопилота и пилота при управлении самолетом. Потому, что с одной стороны, при использовании автопилота полет упрощается, а с другой стороны, происходит «дисквалификация» пилота от управления полетом.
Пилот гражданской авиации сегодня, как правило, управляет полетом на этапе руления и взлета. После набора высоты более 50 метров и уборки шасси, пилот может передать процесс управления автопилоту, при этом, конечно, полностью контролируя его работу. Посадка происходит как в ручном, так и в автоматическом или полуавтоматическом (директорном) режиме, большая часть современных лайнеров оснащена автопилотами, способными посадить самолет. При этом на высоте менее 100 метров, пилот принимает управление самолетом на себя. Помимо этого, пилот обязан принять управление в случае каких-либо проблем при посадке или взлете, а также во время полета на высоте.
При этом, разумеется, как пилоты, так и автопилоты, совершают ошибки. Последний пример – авиакатастрофа Боинг 737 в Ростове-на-Дону, когда при заходе на посадку погодные условия привели к тому, что автоматическое управление не справлялось с погодными проблемами, возникшими при приземлении, пилот же, переняв управление на себя переоценил свои возможности, и вместо ухода на второй круг попытался посадить машину вопреки сложившимся погодным условиям. При этом первый раз автопилот принял решение увести машину на второй круг.
Полностью заменить пилота на автопилот при нынешнем уровне развития технологии, пока представляется затруднительным, потому что пилот по-прежнему сохраняет самую важную функцию – контроль работы автопилота, и полный анализ его действий. При текущей тенденции развития такое представляется возможным как минимум через 30-50 лет, потому что пассажиры авиакомпаний предпочитают доверять жизнь пилоту, нежели машине, которая пока не способна превзойти человека в аналитической оценке ситуации и принятии каких-то действий в случае возникновения проблем. При чем это происходит не только по причинами превосходства логики над машиной, но и по психологическим причинам, потому что пассажирам пока что легче доверить свой полет профессионалу, а не машине.
Ведущие автогиганты промышленности серьёзно принялись за установку системы автопилота на серийные модели. Сейчас проводятся испытания и тестирования функций, и если верить заявлениям представителей автоконцернов, то результаты превосходят все ожидания. Полноценное внедрение технологии автопилота в современные автомобили позволят транспортному средству набирать необходимую скорость, избегать аварийных ситуаций и совершать манёвры без управления человеком.
На сегодняшний день представлены три типа систем автопилота:
I. Принцип действия электронной системы. Это самая простая форма действия автопилота, которая уже достаточно давно используется в сериях мирового автопрома.
1.1. Яркий пример такой системы - Traffic Jam Assist, которая была создана разработчиками Ford на базе исследовательского комплекса в Германии. «Система помощи в пробках» позволяет транспорту самостоятельно ехать в тесных рядах машин, останавливаться при необходимости и начинать разгонятся, когда впереди идущие автомобили свободно двигаются. Кроме того, Traffic Jam Assist способен управлять автомобилем на поворотах и изгибах дороги. При этом водитель не прилагает никаких усилий для контроля происходящей ситуации, он может позволить себе абсолютно не касаться узлов управления.
Несмотря на то, что система кажется воплощением сюжета фантастического фильма о будущем, в её действии нет ничего инновационного. Traffic Jam Assist действует по принципу двух давно известных автолюбителям систем: круиз-контроля (система анализирует информацию о внешних событиях с радара и принимает решение о необходимой скорости) и программы Lane Assist (не допускает пересечение дорожной линии и вносит правки в курс автомобиля, подруливая в нужном направлении).
Данный автопилот позволит машине придерживаться стабильной скорости в 50-60 км/ч без участия водителя. Но инженеры предостерегают, что владельцы авто не должны полностью расслабляться за рулём, участие человека всегда необходимо.
1.2. Компания Volkswagen решила не отставать и заявила об успехах в разработке системы Temporary Auto Pilot. Эта модель автопилота позволяет автомобилю переходить на самоуправление не только в пробках, но и на трассах с высокими скоростями. «Временный автопилот» по механизмам действия практически идентичен Traffic Jam Assist, но несколько новаторств от Volkswagen позволяют включать автопилот даже на скорости 130 км/ч.
1.3. Cadillac обещает своим клиентам, что их система Super Cruise будет запущена в массовое производство уже в 2015 году. Разработка будет представлять собой синтез автопилота со спутниковым навигатором.
1.4. Компания Google проводит испытание автомобиля-робота, который оснащён комплексом встроенных карт и навигаций. Такая машина способна передвигаться по дорогам даже без присутствия водителя в салоне.
II. Принцип действия электронной сцепки, который подразумевает отслеживание и контроль находящегося впереди транспорта. Первой ласточкой среди автопилотов данного типа должна стать разработка компании Volvо. В основе системы SARTRE (Safe Road Trains for the Environment) заложены радикально новые принципы действия. Их особенность заключается в том, что теперь в участии водителя действительно нет никакой необходимости. Управление транспорта с встроенным SARTRE совершается с помощью впереди едущего авто.
Принцип сцепки подразумевает установление беспроводной связи между двумя автомобилями, которая активируется сразу же после сближения на определённое расстояние. Проще говоря, сзади едущая машина точно следует за «поводырём».
Инженеры Volvo считают такую модель автопилота более безопасной и автоматизированной. Пока точные сроки запуска программы в производство не известны, но представители автоконцерна обещают порадовать автолюбителей уже в ближайшие годы.
III. Третий, самый инновационный принцип действия автопилота заключается в установлении активных взаимосвязей между едущим автомобилем и окружающей средой. Транспортное средство будет взаимодействовать не только с находящимися рядом машинами, но и с дорожной инфраструктурой.
Названия этих автопилотов соответствуют их сути: vehicle-to-vehicle («машина-к-машине») и vehicle-to-infrasructure («машина-к-инфраструктуре»). Крупнейшие автопроизводители уже оценили перспективность этого типа автоуправления и концентрируют огромные усилия и средства на испытании программы. Так, General Motors обещает, что общие возможности системы можно будет оценить уже в 2020 году.
Ведутся активные разработки. Между автоконцернами начата настоящая гонка за победный приз в виде совершенной системы автопилота, которая воплотит идею «умного» автомобиля в реальность.
Автопилот - устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами, в связи с тем, что полёт происходит обычно в пространстве, не содержащем большого количества препятствий, а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям.
Идея и схема автопилота были предложены К. Э. Циолковским в 1898. Впервые полёт самолёта, автоматически управляемый автопилотом фирмы «Сперри» (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914. Первоначально автопилот предназначался только для стабилизации угловых движений самолёта (движения относительно центра масс), что давало возможность выдерживать заданный режим полёта самолёта без участия лётчика. Усовершенствование автопилота позволило создать автоматизированную систему, которая производит управление летательным аппаратом не только относительно его центра масс, но также и его центром масс. Это дало возможность автоматизировать все режимы полёта летательного аппарата от взлёта до посадки. Такие автопилоты автоматически управляют как рулевой системой летательного аппарата, так и его силовыми установками. Создание автопилота сделало возможным полёты беспилотных летательных аппаратов (ракеты, авиа-БПЛА, искусственные спутники Земли и т. д.), позволив тем самым при опасных полетах отказаться от необходимости подвергать риску жизни человеческого экипажа.
Автопилот на самолёте состоит из ряда подобных по принципу действия автоматов (курса, продольно-поперечных кренов, скорости, высоты и др.), совместная работа которых управляет полётом и стабилизует его. Чувствительные элементы каждого автомата измеряет один, определённый для него параметр режима полёта (высоту, или курс, или тягу двигателей) - он называется параметром регулирования. И автоматический блок вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению параметра. Задатчик режимов полёта вырабатывает сигналы, каждый из которых соответствует требуемому значению определенного параметра регулирования. Эти сигналы сравниваются в вычислительном устройстве. Их разность (рассогласование) после усиления поступает на рулевую машинку автопилота, отклоняющую соответствующий руль самолёта или орган управления двигателем при помощи сервомоторов. Так происходит изменение режима полёта. Когда этот режим достигает заданного, сигнал рассогласования исчезает, рулевая машинка прекращает движение и наступает положение равновесия. Устойчивость систем автоматического управления летательными аппаратами достигается как регулированием по производным от регулируемых параметров, так и отрицательной обратной связью соответствующих видов. Кроме автоматики, в автопилот входят системы управления и регулировки.
Хотя современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полета, тем не менее, взлет и посадка, в связи с большим количеством технических сложностей данных этапов, фактически производятся вручную экипажем самолёта.
Современные автопилоты включают в себя попимо классического авиационного автопилота также и системы пилотирования всевозможных автоматических шагающих, колесных и крылатых роботов, и развивающиеся системы автоматического пилотирования автомобилей в условиях шоссе.
Путям. Современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полёта или движения другого транспортного средства.
Пульт управления вертолётного автопилота АП-34
Авиационный автопилот предусматривает автоматическую стабилизацию параметров движения летательного аппарата (автопарирование возмущений по курсу, крену и тангажу) и в качестве дополнительных функций - стабилизацию высоты и V скорости. Предварительно, перед включением автопилота в работу, летательный аппарат выставляется в стабилизированный полёт без тенденции к завалам и скольжению, то есть стабилизируется по трём осям (по курсу-крену-тангажу) триммерами. После включения автопилота требуется периодический контроль его работоспособности и периодическая корректировка дрейфа рулевых машин, обусловленная несовершенством схемы и параметрическим разбросом комплектующих. На военных машинах управление самолётом по крену через автопилот может передаваться штурману, через бомбовый прицел, для разгрузки лётчика в процессе прицеливания и бомбометания.
В общем, классические автопилоты в современной авиации установлены на довольно старых машинах. Начиная с 1970-80-х годов, в СССР строились вполне сложные многофунциональные структуризированные системы автоматического управления летательными аппаратами.
История разработки и внедрения автопилота в авиации
Исторически первой разработкой в области автоматизации управления самолётом был автопилот, разработанный американским предприятием Sperry Corporation в 1912 году; он обеспечивал автоматическое удержание курса полёта и стабилизацию крена. Рули высоты и руль направления были связаны гидравлическим приводом с блоком, получающим сигналы от гирокомпаса и высотомера. В 1930-х годах автопилоты уже устанавливались на некоторые самолёты - в первую очередь, пассажирские лайнеры. В ходе Второй Мировой войны возросшие требования к авиатехнике (в первую очередь, к бомбардировщикам, соверщающим многочасовые дальние полеты) привели к разработке более совершенных автопилотов. В 1947 году самолёт C-54 ВВС США совершил трансатлантический перелет полностью под управлением автопилота (включая взлет и посадку).
В современной авиации
В современной авиации более глубокое развитие автоматизации полёта получили системы автоматического управления (САУ или АБСУ) и более сложные структурированные комплексы. САУ , помимо стабилизации самолёта в пространстве и на маршруте, позволяет также реализовать программное управление на различных этапах полёта. Наиболее сложные системы автоматического управления берут на себя значительную часть функций по управлению самолётом в «штурвальном режиме», делая управление для лётчика лёгким и единообразным, парируя болтанку, предотвращая сносы, скольжения, выходы на критические режимы полёта и даже запрещая или игнорируя некоторые действия лётчика. Система управления в автоматических режимах ведёт самолёт по заданному маршруту (или реализует более сложную подпрограмму боевого применения), используя пилотажно-навигационную информацию от группы собственных датчиков, самолётных систем, наземных радионавигационных средств или даже выполняя команды бортового оборудования соседнего самолёта (некоторые боевые летательные аппараты могут работать в паре или группой, постоянно обмениваясь тактической информацией по радиоканалам, вырабатывая тактику совместных действий и выполняя полётное задание в автоматическом или, что происходит чаще, полуавтоматическом режиме). Подсистема траекторного управления позволяет выполнять заход на посадку с высокой точностью без вмешательства экипажа. В качестве управляющих органов уже давно стараются не применять рулевые машины, включённые в проводку управления, а используют прямое управление рулевыми агрегатами, подмешивая управляющие сигналы от системы автоматического управления в сигналы от штурвала (или ручной системы управления). На органах управления применяется довольно сложная электромеханическая система имитации загрузки для создания лётчику привычных усилий. В последнее время от этой практики постепенно отходят, резонно считая, что как ни имитируй, всё равно большая часть процесса управления воздушным судном автоматизирована. Всё чаще в кабинах современных самолётов применяются боковые ручки управления типа «сайдстик».
Проблемы систем автопилотирования
Основной проблемой при построении автопилотов и автоматических систем управления является безопасность полёта. В простейших и не только авиационных автопилотах предусматривается быстрое отключение автопилота лётчиком при нарушениях его нормальной работы, возможность «пересиливания» рулевых машин ручным управлением, механическое отключение рулевых машин от проводки управления и даже «отстрел» пиропатронами (Ту-134). Системы автоматического управления изначально проектируются с расчётом на отказы с сохранением основных функций работы, и предусматривается комплекс мер для повышения безопасности полёта. Системы автоматического управления проектируются многоканальными, то есть параллельно работают два, три и даже четыре абсолютно одинаковых канала управления на общий рулевой привод, и отказ одного-двух каналов никак не влияет на общую работоспособность системы. Система контроля постоянно отслеживает соответствие входных сигналов, прохождение сигналов по цепям и выполняет непрерывный контроль выходных параметров системы автоматического управления в течение всего полёта, как правило, по методу кворумирования (голосование большинством) или сравнения с эталоном. В случае возникновения какого-либо отказа система самостоятельно принимает решение на возможность дальнейшей работы режима, его переключения на резервный канал, дублирующий режим или передачи управления лётчику. Хорошим способом проверки общего контроля исправности системы автоматического управления считается предполётный тест-контроль, осуществляемый методом «прогона» пошаговой программы, подающей стимулирующие имитационные сигналы в различные входные цепи системы, что вызывает фактические отклонения рулевых и управляющих поверхностей самолёта в различных режимах работы.
Тем не менее, даже полная предполётная проверка автоматической системы управления с программным тест-контролем не может дать 100 % гарантии исправности системы. В связи с большой сложностью некоторые режимы просто невозможно симулировать в наземных условиях.
Автопилот в других транспортных средствах
Понятие «автопилот» (иногда в жаргонной форме) включает в себя, помимо классического авиационного автопилота, также и системы автоматического пилотирования, вождения или управления всевозможными шагающими, колёсными, плавающими или крылатыми машинами (роботами) и развивающиеся системы автоматического управления автомобилем в условиях шоссе. Примером канала автоматического управления автомобилем может служить система стабилизации текущей скорости движения, известная как «круиз-контроль » («автоспид», «автодрайв»)
См. также
Автоведение - система автоматического управления поездом.
"Автопилот" (жарг.) - перемещение в пространстве весьма нетрезвого человека, утратившего связь с окружающим миром и двигающегося подсознательно.
Литература
- Боднер В. А., Теория автоматического управления полётом, М., 1964.
- Большая Советская эниклопедия
- Справочник по авиационному оборудованию (АиРЭО)
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Автопилот" в других словарях:
Автопилот … Орфографический словарь-справочник
- (автоматический пилот), электронно механическое управляющее устройство, которое обеспечивает движение самолета по заранее заданному пути. Оно следит за курсом и скоростью самолета и корректирует их при каких либо отклонениях от запланированных… … Научно-технический энциклопедический словарь
автопилот - АВТОПИЛОТ, а, м. 1. Способность управлять собой, своими поступками в невменяемом состоянии (обычно алкогольного опьянения). Я пью пью, посуду бью, а как домой так автопилот, а то жена побьет. 2. Режим работы компьютера, программы без присмотра… … Словарь русского арго
- (от авто... и франц. pilote руководитель вожак), устройство для автоматической стабилизации и управления полетом летательного аппарата. Сигналы текущего и требуемого положений аппарата в пространстве подаются в вычислительное устройство, которое… … Большой Энциклопедический словарь
автопилот - а, м. autopilote m. авиа. Устройство для автоматического управления полетом. СИС 1954. А за этим <названием завода> и авиационное электро оборудование, автопилоты, дозировка топлива. Солженицын На изломах. // НМ 1996 6 6. || перен. Без… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Автопилот известный как «круиз-контроль» или «Круиз» является системой, которая поддерживает постоянную скорость автомобиля, прибавляя или автоматически уменьшая газ в случае необходимости (например при движении по наклонной).
В легковом автомобиле автопилот впервые установили более половины столетия назад и система может быть определена как первый «помощник» водителя в буквальном смысле слова.
Из истории круиз-контроля
Первый автомобиль с круиз-контролем был Chrysler Imperial 1958 года выпуска. Устройство учитывало вращение карданного вала и с помощью электромагнитного клапана управляло подачей топлива. Неудивительно, что «автопилот» появляется в первый раз в США, где потребность в помощи водителю на бесконечных дорогах была необходима. Именно на автомагистралях система «круиз-контроль» является наиболее эффективной.
За свою более чем 50 летнюю историю «автопилот» проходит долгий путь развития. Система постоянно совершенствовалась, особенно в период бурного внедрения автомобильной электроники. Современная система «круиз-контроль» опирается на многочисленные датчики и переключатели находятся под контролем электронного блока. «Автопилот» очень удобен особенно в дальних поездках, где возможно поддержание постоянной скорости и ритма движения. При таких обстоятельствах электроника поддерживает и оптимальную работу двигателя, что в свою очередь имеет важное значение для экономии топлива.
«Автопилот» бесспорно удобен, особенно для водителей со спокойным стилем вождения. Система включается и управляется с помощью рычага или кнопок на рулевом колесе и выключается при ускорении или замедлении. Любое нажатие на педаль акселератора или тормоза автоматически выключает «автопилот» и передаёт контроль водителю.
При повторном включении система может самостоятельно вернуть автомобиль к первоначальной скорости. По объяснимым причинам «автопилот» является наиболее эффективным в сочетании с автоматической коробкой передач, но также устанавливаются и на автомобили с механическими передачами.
Адаптивный круиз-контроль
Следующим шагом в развитии «круиз-контроля» стала система «адаптивный круиз-контроль» - ACC, также известный как «активный автопилот». Она была впервые внедрена в 1999 году в Mercedes-Benz S-класса и BMW E38 (7-серия).
Основным элементом адаптивного круиз-контроля является радар расположенный в передней части автомобиля, который отслеживает скорость и расстояние до впереди идущего транспортного средства.Таким образом автоматически регулируется скорость, поддерживается заданное водителем безопасное расстояние. Если транспортное средство впереди внезапно снизит скорость или радар обнаружит перед вами какой-то объект, система автоматически применяет тормоза. Если путь свободен, ACC разгоняет автомобиль до заданной скорости.
А нужен ли он вообще?
«Автопилот» как опция устанавливается в основном в автомобилях высокого класса. Как правило является частью заводского оборудования, но может быть установлен отдельно. Устройство редко повреждается и любые проблемы чаще всего связаны со сломанной или повреждённой кликабельной кнопкой / лепестком.
Основным недостатком использования системы является то, что из-за неё в значительной степени теряется контакт с автомобилем и дорогой. Слишком большое доверие «автопилоту», особенно ACC, также может иметь неприятные последствия. «Круиз-контроль» необходим, если вы ежедневно проезжаете большие расстояния, особенно по шоссе, например работаете в городе, а живёте далеко за городом. Система практически нецелесообразна в городских условиях.