Hur bilar kommer en dag att prata med varandra

Den självkörande bilen har blivit ett hett ämne under de senaste åren. Många företag, inklusive Google, tror att denna teknik kan göra underverk för världstransporter.

Självkörande bilar kommer inte bara att vara praktiska; De kommer också att vara billigare, mer bränsleeffektiva och säkrare. De kan till och med bli långa, tråkiga pendlar till ett tillfälle att slappna av, läsa en bok eller ringa in på ett möte.

Men morgondagens transport handlar inte bara om den självkörande bilen. Framtiden kommer att se nät av bilar som arbetar tillsammans för att hålla passagerarna säkra och leverera dem till deras destinationer effektivt.

För att det ska hända, behöver bilar ett sätt att prata med varandra.

Klar att prata?

Trådlös kommunikation mellan autonoma fordon har alltid varit ett ämne av intresse för forskare som utvecklar morgondagens bil. Demonstrationer som Googles självkörande bil De chockerande effekterna av Googles drivlösa bil [INFOGRAFISK] De chockerande effekterna av Googles drivlösa bil [INFOGRAFISK] Framtiden är närmare än du kanske tror. Tack vare Googles högsta hemliga forskningsavdelning, är Google X, förare utan bil en verklighet och kan slå på vanligt i den inte alltför avlägsna framtiden ... Läs mer, som inte ens innehåller en ratt, är imponerande - men de är även ensamma projekt byggda i begränsad omfattning.

Problemet med forskare är inte längre hur man ska bygga ett autonomt fordon, som det redan har uppnåtts. I stället är problemet hur man gör ett autonomt fordon säker och pålitlig på dagens vägar. Självkörande bilar som fungerar ensamma kan ge sina ägare bekvämlighet, men de kommer inte fullt ut att inse effektivitets-, säkerhets- och kostnadsfördelarna som det autonoma fordonet kan ge.

Dessa förbättringar kan endast upplåsas via ett autonomt bilnät. Inget sådant nätverk har byggts, så åsikter om hur det kan se ut varierar, men forskare arbetar för att krossa idén.

Mobility Transformation Center på MIT driver till exempel för att göra Ann Arbor (skolans hemstad) ledande inom automatiserad bilar. Larry Burns, en ingenjörsprofessor på skolan, har vänt sig till djurriket för inspiration och påpekar att:

“Bees swarm. Gässflock. Och de spring inte in i varandra.”

Ett svärm av buggar kan verka som en udda jämförelse med automatiserade bilar, men det är en indikation på de snäva toleranserna som ett nätverk av autonoma bilar skulle kunna möjliggöra. En typisk mänsklig förare, om inte distraherad, kräver 215 millisekunder att reagera. Det innebär att en bil som flyger på 100 kilometer i timmen kommer att resa ca sex meter (nästan tjugo meter) innan föraren kan svara. Säkra förare lämnar ofta flera billängder mellan dem och fordonet framför dem på grund av denna försening.

Radiovågor är dock nästan omedelbara Förstå de vanligaste Wi-Fi-standarderna Förstå de vanligaste Wi-Fi-standarderna Wi-Fi kan vara lite förvirrande eftersom det finns en handfull olika standarder som används. Här är vad du behöver veta. Läs mer (på avstånd som automatiserade bilar fungerar), vilket innebär att automatiserade bilar kan teoretiskt fungera säkert med bara några meter mellan dem. Plötsligt är bilden av en svärm mer meningsfull; ett nätverk av autonoma bilar skulle inte se ut som dagens trafik utan istället som ett konstant flöde av fordon som rör sig organiskt, vilket innebär att utrymmen av en meter (och ibland långt mindre) mellan varje bil är kvar. I ett ögonblick kan rörelsen vara slumpmässig, men det skulle faktiskt vara mycket samordnad. du skulle bevittna en kanal av bilar som rör sig till vänster, sammanslagning i luckor bara centimeter större än bilarna själva, om det finns en utgång halv mil på vägen.

Men för att bara säga att detta kommer att göras möjligt med radiovågor är i likhet med att säga “en trollkarl gjorde det!” Det finns många olika begrepp om hur ett nätverk av automatiserade bilar kan fungera, och de arbetar generellt i två huvudkategorier.

Fordon-till-fordonskommunikation

Det mest uppenbara sättet att aktivera nätverk av automatiserade fordon Här är hur vi kommer till en värld fylld med förare utan bil Här är hur vi kommer till en värld fylld med förare utan bil Driving är en tråkig, farlig och krävande uppgift. Kan det idag automatiseras av Googles drivlösa bilteknik? Läs mer är att få dem att prata direkt till varandra. Från ett tekniskt perspektiv är detta relativt enkelt, och i själva verket hoppar från nuvarande teknik för kollisionstvätt. Många lyxbilar innehåller nu automatiserad farthållare och låghastighetsautomatiserade brytningssystem som använder sig av olika sensorer. Lägg till i en radio och en standard genom vilken fordon kan dela data via radio och presto! Du har ett grundläggande trådlöst nätverk.

Detta har överklagande eftersom det är omedelbart användbart och kan fungera med fordon som inte är automatiserade. National Highway Traffic and Safety Administration, den överordnade tillsynsmyndigheten som övervakar vägarna i Amerika, har redan rekommenderat genomförandet av fordonskommunikation (V2V) för att förhindra kollisioner. En rapport som skrevs av fyra NTSB-forskare fann att:

“... exklusive förare som drabbats av alkohol eller dåsighet, hanterar dessa system [V2V] 81 procent av alla fordonskrascher som innebär obehagliga förare.”

Detta innebär att V2V-system skulle kunna förhindra de flesta bilkollisioner om alla fordon implementerade dem.

En populär teoretisk implementering av V2V är “pluton” systemet. Denna idé, som har funnits sedan åtminstone 1993, involverar grupper av automatiserade fordon som kommer samman för att bilda en lång, sträckt linje. Detta håller de automatiska bilarna borta från de som inte är automatiserade och ger aerodynamiska fördelar som minskar bränsleförbrukningen (med undantag av huvudbilen).

I det här systemet kan nästan vilken typ av trådlös kommunikation som helst, eftersom varje fordon i platongen bara skulle behöva kommunicera med den framför den. Något antal moderna trådlösa tekniker (Volvo visade en platoon med 802.11p WiFi) kunde fungera på ett tillförlitligt sätt, eftersom det korta kommunikationsområdet begränsar störningar och mottagningsproblem. Även en tillfällig förfall i kommunikationen skulle inte vara katastrofal, eftersom varje automatiserad bil behöver bara matcha hastigheten med den som är före den. Erik Coelingh, ingenjör med Volvo, berättade för Phys.org det, “Vi [Volvo] tror att platooning kan vara säkrare än normalt kör idag,” och utarbetade att bilfabrikanten noggrant undersöker det mest effektiva och säkraste sättet att genomföra idén.

V2V-system som platooning är ett relativt enkelt sätt att genomföra autonoma fordon, men tanken är inte perfekt. Alla V2V-system saknar centraliserad hårdvara som ansvarar för övergripande transport. Platonerna är till exempel effektiva för de berörda bilarna, men de svarar inte dynamiskt på trafiken och kan inte kommunicera med vägarna. Om en platon möter tung trafik kommer det helt enkelt att sakta ner och följa den väg som bestäms av huvudbilen. Det finns inget sätt för V2V-nätverk att “se” en trafikstockning och beräkna en alternativ rutt, eller förutse tidpunkten för nästa tre stoplights och justera hastigheten i enlighet därmed. Den automatiska fordons fullständiga potentialeffektivitet kan inte realiseras med ett större och mer komplext system.

Fordon till infrastruktur

Denna effektivitet kan endast aktiveras om det finns ett sätt att låta autonoma bilar interagera inte bara med varandra utan också med miljön, vilket möjliggör “svärm av bin” nämnde tidigare. För att göra detta måste varje bil kunna ansluta till ett nätverk som spänner över inte bara dess omedelbara närhet men ett mycket bredare område, kanske så stort som hela staden fordonet arbetar med. Denna typ av nätverk kallas fordon-till -infrastruktur, och det är mycket mer komplext.

Ett tyskt företag genomför för närvarande en tre månaders försök med ett V2I-system som heter simTD, vilket gör att anslutna bilar kommunicerar med infrastrukturelement. Till exempel kan en bil med detta system tala med ett kommande trafikljus. Arduino Programmering för nybörjare: Trafikljuskontrollen Arduino Programmering för nybörjare: Trafikljuskontrollen Förra veckan lärde vi oss om den grundläggande strukturen i ett Arduino-program och tog närmare titta på "blinka" -exemplet. Förhoppningsvis tog du tillfället i akt att experimentera med kod, justera tidpunkterna. Den här gången, ... Läs mer och justera hastigheten till dess ankomst med ljusets förändring. På så sätt minskar den ledig tid som förbättrar bränsleeffektiviteten. Systemet kan också varna en bil och dess passagerare till kommande faror genom att ta emot data när en annan bil skidar eller upplever förlust av dragkraft.

Även detta rudimentära genomförande av V2I möjliggör säkerhet och effektivitet, men nackdelen är komplexitet. En kombination av WiFi, UMTS och GRPS (de senare två är mobila datastandarder GSM vs CDMA: Vad är skillnaden och vilket är bättre? GSM vs CDMA: Vad är skillnaden och vilken är bättre? Du kanske har hört villkoren GSM och CDMA kastas runt innan i en konversation om mobiltelefoner, men vad menar de egentligen? Läs mer) används för att tillhandahålla kontinuerlig kommunikation med både infrastruktur och andra fordon.

SimTD använder även överföringar från fordon till fordon som en kedja för att möjliggöra infrastrukturkommunikation om inget av ett fordonets radio kan få en signal. Det är en bra idé, men det betyder att varje bil i kedjan måste använda en kompatibel standard, och det är också frågan om hur cellulär kommunikation kommer att hanteras av leverantörer av den tjänsten.

Och då finns infrastrukturen. SimTD har arbetat med fordonstillverkare och staden Frankfurt för att utföra en fälttest, men den var begränsad till endast tjugo trafikljus. Genomförandet av den infrastruktur som krävs av V2I-kommunikation kommer att vara ett dyrt satsning och det kommer att vara särskilt svårt (om inte omöjligt) att genomföra i landsbygdsområden där det finns mycket vägar och inte mycket pengar för att bygga den nödvändiga infrastrukturen.

Den kombinerade lösningen

Allt detta gör att V2I-ljudet är svårt att genomföra, i bästa fall, men den goda nyheten är att den är helt kompatibel med V2V, och det är sannolikt att den kommer att inkluderas i något verkligt system. Det innebär att bilar som saknar förmåga att kommunicera med infrastruktur fortfarande kan fungera i nätverket i begränsad bemärkelse, och alla bilar skulle kunna använda standard V2V-kommunikation om det behövs.

Det är faktiskt osannolikt att vi får se en infrastrukturlösning som kommer upp ensam överallt i världen. Att bygga ett sådant nätverk är både kostsamt och tidskrävande. Det kräver också mogen teknik, eftersom förändring av kommunikationsstandarden halvvägs genom byggnadsinfrastruktur kan förstöra hela projektet.

V2V-plattformen används däremot redan i begränsade nummer. I motsats till vad du kanske har hört, har de fortfarande en lång väg att gå innan de kommer att kryssa motorvägarna i stort antal, men de existerar och kan utvecklas snabbt av oberoende lag.

Dessa två metoder för autonoma bilar är kompatibla eftersom de är beroende av samma kommunikationsteknik. Faktum är att kommunikation inte är den mest angelägna frågan som står inför autonoma fordon. simTD har redan visat befintlig WiFi och mobil kan fungera bra. Problemet med forskare löser inte hur de kommunicerar, utan bestämmer istället hur de ska bete sig när de gör det.

Bildkredit: Wikimedia / SreeBot

Utforska mer om: Automotive Technology.