Як автомобілі одного разу будуть розмовляти один з одним

За останні кілька років автомобіль з самостійним водінням став гарячою темою. Багато компаній, включаючи Google, вважають, що ця технологія може творити дива зі світовими перевезеннями.

Автомобілі з автоматичним керуванням не будуть просто зручні; вони також будуть дешевшими, економічнішими і безпечнішими. Вони можуть навіть перетворити довгі нудні поїздки на можливість розслабитися, почитати книгу або покликати на зустріч.

Але завтрашнє транспортування - це не тільки машина з автоматичним керуванням. У майбутньому мережі автомобілів працюватимуть разом, щоб забезпечити безпеку пасажирів і ефективно доставляти їх у місця призначення.

Однак для того, щоб це сталося, автомобілям потрібен спосіб спілкуватися один з одним.

Готовий поговорити?

Бездротовий зв'язок між автономними транспортними засобами завжди був темою, що цікавить дослідників, які розробляють автомобіль майбутнього. Демонстрації, такі як самохідна машина, в якій немає навіть рульового колеса, вражають - але вони також самотні проекти, побудовані в обмеженому масштабі.

Проблема, що стоїть перед дослідниками, полягає не в тому, як створити автономний автомобіль, оскільки це вже зроблено. Замість цього проблема полягає в тому, як зробити автономний автомобіль безпечним і надійним на сучасних дорогах. Автономні автомобілі, що працюють поодинці, можуть забезпечити їх власникам зручність, але вони не зможуть повністю реалізувати ефективність, безпеку та економічну вигоду, яку може забезпечити автономний транспортний засіб.

Ці поліпшення можуть бути розблоковані тільки через автономну автомобільну мережу. Така мережа не була побудована, тому думки про те, як вона може виглядати, розрізняються, але дослідники працюють над тим, щоб реалізувати цю ідею.

Наприклад, Центр трансформації мобільності в Массачусетському технологічному інституті прагне зробити Енн Арбор (рідне місто школи) лідером у галузі автоматизованого водіння. Ларрі Бернс, професор техніки в школі, звернувся до тваринного царства за натхненням, зазначивши, що:

"Бджоли рояться. Зграя гусей. І вони не стикаються один з одним.

Зграя помилок може здатися дивним порівнянням з автоматизованими автомобілями, але це свідчить про жорсткі допуски, які може забезпечити мережа автономних автомобілів. Типова людина-водій, якщо не відволікатися, вимагає 215 мілісекунд для реакції. Це означає, що автомобіль, що рухається зі швидкістю 100 кілометрів на годину, проїде близько шести метрів (майже двадцять футів), перш ніж водій зможе навіть відповісти. Через цю затримку безпечні водії часто залишають між собою кілька машин і автомобіль перед ними.

Однак радіохвилі майже миттєві (на відстані працюють автоматизовані автомобілі), що означає, що автоматизовані автомобілі можуть теоретично працювати безпечно, маючи всього кілька футів між ними. Раптово образ рою набуває більше сенсу; мережа автономних автомобілів буде виглядати не як сьогоднішній рух, а як постійний потік транспортних засобів, що рухаються органічно, залишаючи проміжки в метр (а іноді і набагато менше) між кожним автомобілем. На перший погляд, рух може здатися випадковим, але насправді він буде дуже скоординованим; ви б побачили, як рухається вліво русло автомобілів, зливаючись у проміжки, на кілька сантиметрів більше, ніж самі автомобілі, якщо через півмилі є вихід на дорогу.

Але просто сказати, що це стане можливим завдяки радіохвилям, - все одно, що сказати, що «чарівник зробив це!». Існує безліч різних концепцій того, як може працювати мережа автоматизованих автомобілів, і вони зазвичай працюють у двох основних категоріях.

Транспортні засоби зв'язку

Найочевидніший спосіб задіяти мережі автоматизованих транспортних засобів, щоб вони говорили один з одним безпосередньо. З технічної точки зору це відносно просто, і насправді це стрибок із сучасних технологій запобігання зіткнень. Багато розкішних автомобілів тепер включають автоматизований круїз-контроль і низькошвидкісні системи автоматичного відключення, які працюють з використанням різних датчиків. Додайте в радіо, і стандарт, через який транспортні засоби можуть обмінюватися даними по радіо, і Presto! У вас є базова бездротова мережа.

Це має привабливий характер, оскільки його можна відразу використовувати і можна використовувати з автомобілями, які не автоматизовані. Національна адміністрація дорожнього руху і безпеки, провідний регулюючий орган з нагляду за дорогами в Америці, вже рекомендувала впровадження зв'язку між транспортними засобами (V2V) для запобігання зіткнень. Звіт, написаний чотирма дослідниками NTSB, показав, що:

«… За винятком водіїв, які страждають від алкоголю або сонливості, ці системи [V2V] мають справу з 81 відсотком усіх аварій за участю водіїв без пошкоджень ".

Це означає, що системи V2V могли б запобігти більшості автомобільних зіткнень, якби всі транспортні засоби використовували їх.

Популярною теоретичною реалізацією V2V є система «взвод». Ця ідея, яка існує як мінімум з 1993 року, включає в себе групи автоматичних транспортних засобів, які збираються разом, утворюючи довгу вузьку лінію. Це утримує автоматизовані автомобілі від тих, які не автоматизовані, і забезпечує аеродинамічні переваги, які знижують витрату палива (за винятком провідного автомобіля).

У цій системі може працювати практично будь-який тип бездротового зв'язку, оскільки кожному транспортному засобу у взводі доведеться спілкуватися тільки з одним перед ним. Будь-яка кількість сучасних бездротових технологій (Volvo продемонструвала взвод, що використовує 802.11p WiFi) може працювати надійно, оскільки короткий діапазон зв'язку обмежує перешкоди і проблеми з прийомом. Навіть короткочасна втрата зв'язку не буде катастрофічною, оскільки кожна автоматизована машина повинна відповідати швидкості тільки тієї, що була до неї. Ерік Коілінг, інженер Volvo, сказав Phys.org, що «ми [Volvo] вважаємо, що зліт може бути безпечнішим, ніж звичайне водіння сьогодні», і пояснив, що виробник автомобілів ретельно вивчає найефективніший і найбезпечніший спосіб реалізації ідея.

Системи V2V, такі як взвод, є відносно простим способом реалізації автономних транспортних засобів, але ідея не ідеальна. Всі системи V2V не мають централізованого обладнання, що відповідає за загальне транспортування. Взводи, наприклад, ефективні для задіяних автомобілів, але вони не реагують динамічно на рух і не можуть спілкуватися з дорожньою інфраструктурою. Якщо взвод зіткнеться з інтенсивним рухом, він просто сповільниться і піде по маршруту, визначеному провідною машиною. У мережах V2V немає можливості «побачити» пробку і розрахувати альтернативний маршрут або передбачити час наступних трьох стоп-сигналів і відповідно скоригувати швидкість. Повна потенційна ефективність автоматизованого транспортного засобу не може бути реалізована за допомогою більш великої і більш складної системи.

Автомобіль-To-інфраструктура

Цю ефективність можна включити тільки в тому випадку, якщо є можливість дозволити автономним автомобілям взаємодіяти не тільки один з одним, але і з навколишнім середовищем, що дозволяє використовувати «рій бджіл», згаданий раніше. Для цього кожен автомобіль повинен мати можливість підключитися до мережі, яка охоплює не тільки його безпосередню близькість, але і набагато більш широку область, можливо, таку більшу, як все місто, в якому експлуатується транспортний засіб. Така мережа називається транспортним засобом для -інфраструктура, і це набагато складніше.

Німецька компанія в даний час проводить тримісячне випробування системи V2I під назвою simTD, яка дозволяє підключеним автомобілям взаємодіяти з елементами інфраструктури. Наприклад, автомобіль з цією системою може спілкуватися з прийдешнім світлофором світлофора і відрегулюйте його швидкість, щоб розрахувати час прибуття зі зміною світла. При цьому зменшується час простою, що підвищує ефективність використання палива. Система також може попереджати автомобіль і його пасажирів про майбутні дорожні небезпеки, отримуючи дані, коли інший автомобіль заносить або відчуває втрату зчеплення з дорогою.

Навіть ця елементарна реалізація V2I забезпечує безпеку та ефективність, але недоліком є складність. Комбінація WiFi, UMTS і GRPS (останні два є стандартами стільникової передачі даних), використовуються для забезпечення постійного зв'язку як з інфраструктурою, так і з іншими транспортними засобами.

SimTD також використовує передачі від автомобіля до транспортного засобу як гірляндного ланцюга, щоб забезпечити інфраструктурний зв'язок, якщо жодна з радіостанцій транспортного засобу не може приймати сигнал. Це відмінна ідея, але це означає, що кожен автомобіль у ланцюжку повинен використовувати сумісний стандарт, а також питання про те, як стільниковий зв'язок буде оброблятися постачальниками цієї послуги.

І ще є інфраструктура. SimTD працював з виробниками автомобілів і містом Франкфуртом для проведення польового випробування, але він був обмежений тільки двадцятьма світлофорами. Впровадження інфраструктури, необхідної для зв'язку V2I, буде дорогим підприємством, і його буде особливо важко (якщо не неможливо) реалізувати в сільських районах, де багато доріг і не так багато грошей для створення необхідної інфраструктури.

Комбіноване рішення

Все це робить звук V2I важким для реалізації, в кращому випадку, але хороша новина полягає в тому, що він повністю сумісний з V2V і фактично може включати його в будь-яку реальну систему. Це означає, що автомобілі, які не мають можливості спілкуватися з інфраструктурою, можуть як і раніше працювати в мережі в обмеженому сенсі, і всі автомобілі можуть за замовчуванням використовувати зв'язок V2V, якщо це необхідно.

Дійсно, навряд чи ми побачимо, що інфраструктурне рішення виникне поодинці в будь-якій точці світу. Побудова такої мережі є дорогою і трудомісткою. Це також вимагає зрілої технології, оскільки зміна стандарту зв'язку на півдорозі через інфраструктуру будівлі може зруйнувати весь проект.

Платформи V2V, навпаки, вже розгорнуті в обмеженій кількості. Всупереч тому, що ви, можливо, чули, їм ще належить пройти довгий шлях, перш ніж вони будуть масово подорожувати по шосе, але вони існують і можуть бути швидко розроблені незалежними командами.

Ці два підходи до автономних автомобілів сумісні, оскільки вони засновані на одних і тих же комунікаційних технологіях. Насправді, зв'язок не є найбільш нагальною проблемою, з якою стикаються автономні транспортні засоби; SimTD вже продемонстрував існуючий WiFi, і стільниковий зв'язок може працювати добре. Проблема, що стоїть перед дослідниками, полягає не в тому, щоб вирішити, як вони будуть спілкуватися, а в тому, щоб вирішити, як вони повинні себе вести, як тільки вони це зроблять.