Autonoomne ja ühendatud sõiduk: liikuvuse olevik ja tulevik

Informatec Digital » Ressursid » Autonoomne ja ühendatud sõiduk: liikuvuse olevik ja tulevik

Tänapäeval pole auto enam pelgalt transpordivahend : sellest on saanud ratastel nutiseade, mis on ühendatud internetiga ja mida ümbritsevad andurid, mis suudavad "näha" ja "kuulda", mis selle ümber toimub. See muutus on andnud tõuke autonoomse ja ühendatud sõiduki kontseptsioonile , mis lubab täielikult muuta seda, kuidas me liigume, töötame ja mõistame liiklusohutust.

Selles kontekstis on liikuvus, ühenduvus, automatiseerimine ja tehisintellekt omavahel põimunud regulatsioonide, taristu ja sotsiaalsete muutustega. Tulemuseks on uus liikuvussüsteem, kus auto saab suhelda teiste sõidukite, tee, pilve ja isegi teie enda mobiiltelefoniga, võttes samal ajal üha enam enda kanda sõiduülesandeid. Lahendame rahulikult kogu selle ökosüsteemi, et mõista, mis on tegelikult ühendatud sõiduk, kuidas see areneb täieliku autonoomia poole ja millised väljakutsed ees ootavad.

Mis on ühendatud sõiduk ja mis eristab seda autonoomsest sõidukist?

Kui räägime ühendatud sõidukist, peame silmas autot, mis on varustatud internetiühendusega ja suudab reaalajas andmeid oma keskkonnaga vahetada, olgu selleks siis pilveserverid , teised sõidukid või infrastruktuur, näiteks valgusfoorid ja infopaneelid.

Põhikomponent on tavaliselt pardal olev telemaatikaüksus , mis on kas tehases integreeritud või lisatud väikese seadme kaudu. See kogub sõiduki andmeid (asukoht, kiirus, mootori olek, aku, sõidusündmused jne) ja saadab need pilveplatvormile, kus neid töödeldakse ja tehakse kättesaadavaks tootjatele, sõidukipargi haldajatele või kasutajatele.

Samal ajal on autonoomne sõiduk selline, mis kontrollib teatud olukordades või isegi kõigis olukordades, kui räägime täisautomaatikast, oma rooli, kiirendust ja pidurdamist ilma inimese sekkumiseta. See areng tugineb andurite, tarkvara ja rakendusliku tehisintellekti edusammudele , mis võimaldavad üha võimekamaid sõidusüsteeme.

Lihtsamalt öeldes: ühendatud auto keskendub kommunikatsioonile (V2X, IoT, pilveandmed), samas kui autonoomne auto keskendub automaatsele sõidujuhtimisele . Tulevikus lähenevad need kaks kontseptsiooni punktini, kus peaaegu kõik äsja registreeritud sõidukid on suuremal või vähemal määral ühendatud ja varustatud täiustatud automatiseerimisfunktsioonidega.

Ühendatud sõidukite põhijooned

Ühendatud auto funktsioone saab jagada erinevatesse kategooriatesse, mis kõik põhinevad pideval andmevoogul sõiduki, kasutajate ja keskkonna vahel . Vaatleme neist kõige olulisemaid.

Esimene funktsioon on sõiduki integreeritud internetiühendus , tavaliselt SIM-kaardi või 4G/5G modemi kaudu. See võimaldab autol alla laadida uuendatud kaarte, saada reaalajas liiklusteavet, kontrollida ilma, saata diagnostikaandmeid töökotta või saada tarkvarauuendusi ilma edasimüüjat külastamata.

Samuti väärivad tähelepanu ühendatud teabe- ja meelelahutussüsteemid , mis pakuvad juurdepääsu muusika- ja videovoogedastusteenustele, kolmandate osapoolte rakendustele, häälassistentidele ja täiustatud navigeerimisfunktsioonidele. Ekraanid muutuvad suuremaks, panoraampuutepaneelidega, mis pakuvad juhile teavet ja reisijatele meelelahutust.

Teine oluline omadus on reaalajas andmepõhine navigeerimine . Sõiduk saab pidevalt teavet liiklusummikute, õnnetuste, teetööde või ebasoodsate ilmastikutingimuste kohta ning arvutab marsruudi uuesti, et optimeerida sõiduaega, kütusekulu ja mugavust. Tulevikus integreeritakse see navigeerimine liitreaalsusega, projitseerides teele nooli ja hoiatusi esiklaasi või ekraanide kaudu.

Sama oluline on integratsioon mobiilseadmetega . Paljud tänapäeva autod võimaldavad nutitelefonist uksi lukustada ja avada, kliimaseadet aktiveerida, sõidukit parklas leida või kütusetaset ja aku olekut kontrollida. Mõnes mudelis toimib mobiiltelefon ise digitaalse võtmena, asendades traditsioonilist füüsilist võtit.

Lõpuks avab ühenduvus ukse kaugdiagnostikale ja tarkvaravärskendustele võrgu kaudu (OTA) . Sõiduk saab saata tehnilisi andmeid tootjale või töökojale, hõlbustades ennetavat hooldust ja varajast rikete avastamist, samas kui tootja saab automaatselt allalaaditavate värskenduste ja pilveteenuste abil parandada jõudlust, kütusekulu ja ohutust.

Ühenduvuse tüübid: telemaatikast sõiduki ja kõigeni (V2X)

Ühendatud autode ökosüsteemis ei ole kõik kommunikatsioonid ühesugused; iga ühenduvuse tüüp hõlmab väga spetsiifilisi kasutusjuhtumeid ohutuse, haldamise ja mugavuse tagamiseks.

Traditsiooniline telemaatika ühenduvus keskendub asukoha, sõidukite tegevuse ja sõidukäitumise jälgimisele . See on oluline transpordiparkides, kus juht saab veebiplatvormi kaudu jälgida sadu või tuhandeid sõidukeid, kontrollides kütusekulu, marsruute, sõidutunde, intsidente ja hooldust.

Lisaks telemaatikale tuleb mängu V2X (sõidukilt kõigele) paradigma, mis hõlmab kogu sõiduki suhtlust oma keskkonnaga : V2V (sõidukilt sõidukile), V2I (sõidukilt infrastruktuurile), V2P (sõidukilt jalakäijale) ja V2N (sõidukilt võrgule). Tänu nendele suhtlusvõimalustele saab auto teada, et teine ​​sõiduk on mitu meetrit eespool ootamatult pidurdanud, et jalakäija hakkab takistuse taha varjudes teed ületama või et valgusfoor hakkab vahetuma.

V2X-tehnoloogia tugineb nii mobiilsidevõrkudele (4G ja eriti 5G) kui ka sõidukitesse ja teedele paigaldatud spetsiaalsetele sideseadmetele . Ilma selle koostööpõhise ökosüsteemita oleks automatiseeritud sõidukite võime ette näha seda, mis pole otseselt nähtav, oluliselt piiratud.

Autosõidukogemuse seisukohast on teine ​​oluline ühenduvuse tüüp koostööl põhinev teabe- ja meelelahutussüsteem. Sõitjad saavad pideva ühenduse kaudu juurde pääseda isikupärastatud sisule, videokõnedele, videomängudele või mobiilse kontori teenustele. Selline kasutus muutub eriti oluliseks siis, kui autod saavutavad kõrge autonoomia taseme ja reisijad ei pea enam juhtimisele keskenduma.

5G, asjade internet ja telekommunikatsiooni roll

Kogu see ökosüsteem oleks võimatu ilma tugeva ja madala latentsusega telekommunikatsioonitaristuta . Siin tulevadki mängu 5G ja asjade internet (IoT).

5G-võrk võib töötada kuni 100 korda kiiremini kui 4G , mille latentsusaeg on vaid millisekundid. See võimaldab ühendatud sõidukitel saata ja vastu võtta miljoneid andmepunkte päevas peaaegu reaalajas, mis on hädavajalik täiustatud juhiabisüsteemide ja koostööl põhinevate sõidusituatsioonide jaoks.

Samal ajal integreeritakse auto võimsa mobiilse andurina asjade interneti ökosüsteemi . Iga sõiduk annab teavet teeolude, liikluse, ilma ja takistuste olemasolu kohta, mis koondatakse pilve ja tehakse kättesaadavaks teistele kasutajatele ja teenustele. Sel viisil muutub tee nutikaks teenindusplatvormiks.

Telekommunikatsioonioperaatorid ja tootjad arendavad spetsiaalseid platvorme ühendatud ja automatiseeritud liikuvuse jaoks , samuti nutikate teede projekte (C-ITS), kus teeäärsed seadmed suhtlevad otse sõidukitega. Lisaks on tekkimas ühenduvuse alternatiivid, näiteks Starlink , mis laiendavad leviala kaugemates piirkondades. Näiteks Hispaania liigub edasi selliste algatustega nagu DGT 3.0 platvorm, mille eesmärk on vahetada andmeid reaalajas sõidukite, taristu ja kasutajate vahel.

5G massiline kasutuselevõtt on ülioluline mitte ainult ühendatud autode leviku laiendamiseks, vaid ka autonoomse sõidu kõrge taseme ohutuks võimaldamiseks , kus igasugune side viivitus võib olla määravaks teguriks õnnetuse vältimises või mitte.

Abist autonoomiani: automatiseeritud sõidu SAE tasemed

Automaatika astme hindamiseks määratleb Autotehnika Inseneride Ühing (SAE) kuueastmelise skaala vahemikus 0 kuni 5 , mis põhineb sellel, kui palju süsteemid sekkuvad ja kui palju teeb inimene ise.

0. tasemel automatiseerimist ei toimu: juhtimisülesanne langeb täielikult rooli taga olevale inimesele . Sõidukil võivad olla hoiatused või alarmid, kuid see ei kontrolli roolimist, pidurdamist ega kiirendamist.

1. tase hõlmab juhiabifunktsioone, nagu adaptiivne püsikiirusehoidja ja sõiduraja hoidmise abisüsteem. Sellel tasemel juhib süsteem ainult ühte telge (külg- või pikitelge) ning juht peab sõidukit kogu aeg jälgima.

2. tase hõlmab osalist automatiseerimist: auto saab teatud olukordades (näiteks maanteel) samaaegselt rooli ja kiirendamist/pidurdamist juhtida , kuid juht jääb vastutavaks, peab jälgima ümbrust ja olema valmis igal ajal sekkuma.

3. tasemel räägime tingimuslikust automatiseerimisest: süsteem suudab teatud olukordades (maanteelõigud, liiklusummikud...) täielikult juhtida sõitmist ning juht saab ajutiselt süsteemist loobuda, kuigi ta peab olema valmis taastama kontrolli, kui sõiduk seda mõistliku varuga vajab.

4. tase esindab kõrget automatiseeritust, kus sõiduk suudab teatud kasutusjuhtudel (nt piiratud linnapiirkonnas või parklas) täita kõiki sõiduülesandeid ilma juhi sekkumiseta nendes konkreetsetes stsenaariumides.

Lõpuks, 5. tase tähendab täielikku automatiseerimist: auto ei vaja inimjuhti mitte mingil ajal ega üheski olukorras ; see saab liikuda igal teel ja igas olukorras ilma inimese sekkumiseta. See stsenaarium pole veel kaugeltki laialt levinud, kuid arvukad prototüübid ja täiustatud pilootprojektid viitavad sellele eesmärgile.

Kuidas autonoomne ja ühendatud sõiduk „tajub“ ja otsustab

Isejuhtimiseks peab sõiduk täiustatud elektroonikale, anduritele ja tehisintellekti algoritmidele tuginedes jäljendama ja isegi täiustama inimese sensoorseid ja kognitiivseid võimeid.

Otsuste tegemine tugineb keerukatele algoritmidele, millest paljud on masinõpe ja sügavad närvivõrgud . Need algoritmid töötlevad reaalajas tohutul hulgal andmeid kaameratest, radaritest, LiDAR-ist, kõrglahutusega kaartidest ja V2X-sidest, õppides tundma tavapäraseid liiklusmustreid, ennetades teiste kasutajate käitumist ja tuvastades anomaalseid olukordi.

Autonoomse sõiduki mälu tugineb umbes 10-sentimeetrise täpsusega HD-kaartidele koos diferentsiaal-GPS-i ja muude positsioneerimisanduritega. See kombinatsioon võimaldab süsteemil täpselt teada, millises sõidureas auto asub, tee geomeetriat, liiklusmärkide asukohta ja muid olulisi elemente ning seda teavet reaalajas liikluse ja teetööde üksikasjadega värskendada. Lisaks hõlbustavad sellised tehnoloogiad nagu digitaalsed kaksikud linnakeskkonna replikatsiooni ja värskendamist pilves.

Süsteemi „silmadeks“ on kaamerad, radar, ultraheli ja LIDAR-andurid, mis pakuvad 360-kraadise ülevaate ümbrusest . Andmete kvaliteet ja fusioon on kriitilise tähtsusega: sõiduk peab suutma usaldusväärselt tuvastada jalakäijaid, jalgrattureid, teisi autosid, märke, teekattemärgistust ja takistusi isegi ebasoodsates tingimustes.

„Kuulmise“ element realiseerub suhtluses pilvega ning teiste sõidukite ja infrastruktuuriga . Tänu pilvandmetöötlusele ja sellistele tehnoloogiatele nagu Floating Car Data saab auto teavet sündmuste kohta, mida ta ei suuda oma anduritega otse tuvastada: eesolev õnnetus, teel olev jää, pimekurvi järel rikkis sõiduk jne.

Lõpuks põhinevad sõiduki „refleksid” täiustatud ajamitel ja ennustavatel juhtimisalgoritmidel, nagu näiteks roolimine juhtme abil ja MPC-kontrollerid , mis mõjutavad rooli, gaasipedaali ja pidurit, et sooritada manöövreid kiiresti, sujuvalt ja ohutult, austades sõiduki füüsilisi piire ja sõitjate mugavust.

Ühendatud ja automatiseeritud auto ajalugu ja areng

Autonoomse ja ühendatud sõiduki lugu ei tekkinud tühjalt kohalt; see põhineb aastakümnete pikkustel edusammudel elektroonika, arvutiteaduse ja autotööstuse ohutuse valdkonnas.

80. aastatel hakkas Vormel 1 kasutama pardaarvuteid, et saada reaalajas andmeid auto jõudluse kohta, mis tähistas varast verstaposti ühendatud sõiduki kontseptsioonis. Varsti pärast seda, 1996. aastal, turustas General Motors esimesed autod automaatse hädaabikõne süsteemiga, mis oli võimeline tuvastama õnnetuse ja võtma ühendust hädaabiteenustega.

GPS-i tsiviilkasutus alates 2000. aastast andis tohutu tõuke rongisisestele navigatsioonisüsteemidele , mis muutusid luksusest peaaegu standardiks. 2001. aastal saabusid esimesed kaugdiagnostika ja ennustava hoolduse süsteemid, mis võimaldasid tootjatel ja autopargi haldajatel sõidukite seisukorda eemalt jälgida.

Alates 2008. aastast hakkasid populaarsust koguma autosisesed internetiühenduse punktid ja esimesed spetsiaalsed mobiilirakendused , mis pakkusid selliseid funktsioone nagu uste lukustamine ja avamine ning sõiduki asukoha määramine. 2014. aastal integreerisid sellised kaubamärgid nagu Audi ja GM oma mudelitesse massiliselt 4G LTE-ühenduse ning 2016. aastal tõi Toyota Jaapanis turule esimesed integreeritud V2X-sidega sõidukid.

Paralleelselt on sõiduautomaatika arenenud varajastest püsikiirusehoidja süsteemidest keerukamate abisüsteemideni, nagu abistatud parkimine, aktiivne sõiduraja hoidmise abisüsteem ja autonoomne hädapidurdus. Tänapäeval hinnatakse, et miljonites uutes sõidukites on juba mingisugune täiustatud ühenduvus ja ADAS-süsteemid, mis kujutab endast vaheetappi täielikult autonoomse sõidu suunas.

Regulatiivsed, tehnoloogilised ja turvaprobleemid

Autonoomsete ja ühendatud sõidukite laialdane kasutuselevõtt ei ole ainult tehniline väljakutse; see hõlmab põhjalikke muutusi regulatsioonides, küberturvalisuses ja sotsiaalses aktsepteerimises . Kõik need tegurid mõjutavad kasutuselevõtu tempot.

Regulatiivsest seisukohast on praegused seadused mõeldud inimeste juhitavatele sõidukitele, kus juht vastutab otseselt oma tegude eest rooli taga . Automatiseeritud süsteemide puhul tekib arutelu kriminaal-, tsiviil- ja haldusvastutuse üle õnnetuse korral: kas vastutab juht, tootja, tarkvaratarnija, taristuettevõtja või nende kombinatsioon?

Rahvusvahelised organisatsioonid ja riiklikud ametiasutused töötavad juba uute õigusraamistike ja homologeerimismenetluste kallal . Madala automatiseerimistaseme korral sertifitseeritakse juhiabisüsteemid nagu iga teine ​​sõidukisüsteem, kuid 4. ja 5. taseme suunas liikudes tuleb funktsionaalse ohutuse, küberturvalisuse, andmekaitse ja kasutajate koolituse osas määratleda rangemad kriteeriumid.

Tehnoloogilisest vaatenurgast on üks suurimaid väljakutseid autonoomse sõiduki piisava ohutuse tõestamine . Arutelu all on äärmiselt madalad rikkemäärad (näiteks standardi ISO 26262 kohaselt on ASIL D terviklikkuse taseme puhul suurusjärgus 10^-8 riket tunnis). Selle töökindluse taseme empiiriline testimine reaalses läbisõidus oleks teostamatu: see nõuaks miljardeid kilomeetreid testimist, mis oleks lubamatult kallis ja aeganõudev.

Seetõttu investeerib tööstusharu uutesse testimis- ja valideerimismetoodikatesse, mis põhinevad massiivsel simulatsioonil, tarkvaral ja riistvaral põhinevatel katsestendidel ning etapiviisilistel lähenemisviisidel, mis ühendavad virtuaalseid keskkondi, laboratooriume, suletud radu ja lõpuks avatud teid. Lisaks luuakse spetsiaalsed töörühmad, et määratleda rahvusvahelised standardid, mis võimaldavad nende sõidukite järjepidevat sertifitseerimist.

Küberturvalisus on veel üks kriitiline küsimus: internetiühendusega auto on praktikas internetiühendusega arvuti, mis liigub suurel kiirusel . Selle kaitsmine rünnakute, volitamata juurdepääsu või tarkvara manipuleerimise eest on tootjate, operaatorite ja reguleerivate asutuste jaoks prioriteet, eriti stsenaariumis, kus ühendatud taristu ja seadmete vastu suunatud küberrünnakud sagenevad.

Mõju liiklusõnnetustele ja liiklusohutusele

Liiklusõnnetused on endiselt üks peamisi surma ja raskete vigastuste põhjuseid kogu maailmas ning valdav osa neist on seotud inimlike eksimustega: tähelepanu hajumine, sobimatu kiirus, alkoholi ja narkootikumide tarvitamine, väsimus, riskantsed otsused jne.

Liiklusametite ja rahvusvaheliste organisatsioonide uuringud hindavad, et ligikaudu 90% õnnetustest on põhjustatud inimlikest eksimustest , samas kui mehaanilised rikked moodustavad väga väikese protsendi. See reaalsus on ajendanud investeeringuid üha keerukamatesse aktiivsetesse ja passiivsetesse ohutussüsteemidesse ning teatud sõiduülesannete automatiseerimisse.

Täiustatud juhiabisüsteemid (ADAS) – näiteks autonoomne hädapidurdus, sõiduraja hoidmise abisüsteem, adaptiivne püsikiiruse hoidja ja juhi väsimuse tuvastamine – mõjutavad otseselt õnnetuste võimalikku vähendamist . Tehnilised aruanded näitavad, et märkimisväärset protsenti registreeritud õnnetustest saaks vältida või leevendada, kui kõik sõidukid oleksid nende süsteemidega standardvarustuses varustatud.

Euroopa Liit on teinud ettepaneku kohustuslike ohutuspakettide kohta, mis hõlmavad muu hulgas sündmuste andmesalvesti, intelligentset kiirusekontrolli, unisuse tuvastamise süsteeme, tahavaatekaameraid ja haavatavate liiklejate andureid . Eesmärk on kiirendada sõidukipargi uuendamist ohutumate sõidukite suunas, mis on paremini varustatud ühenduvuse ja automatiseerimise jaoks.

Keskpikas ja pikas perspektiivis peaks sõidu kõrge või täielik automatiseerimine aitama kaasa mitte ainult õnnetuste ja surmaga lõppevate õnnetuste arvu vähendamisele, vaid ka ummikute, heitkoguste ja energiatarbimise vähendamisele, optimeerides sõidustiili ning vältides tarbetut pidurdamist ja kiirendamist. Tegelik mõju sõltub aga suuresti omaksvõtu kiirusest, infrastruktuuri kvaliteedist ja avalikkuse heakskiidust.

Ühendatud liikuvus, elektrifitseerimine ja uued kasutusmudelid

Autonoomne ja ühendatud sõiduk ei teki üksi; see on osa laiemast muutusest, kus jagatud liikuvus, elektrifitseerimine ja digitaliseerimine toetavad üksteist.

Ühelt poolt kaotab traditsiooniline auto omamine maad nõudmisel põhinevatele kasutusmudelitele : autode ühiskasutus, tellimused, mobiilsus teenusena (MaaS) ja jagatud sõidukipargid, mida saab tänu ühenduvusele ja reaalajas andmetele palju tõhusamalt hallata.

Teisest küljest on elektrifitseerimine elektri- ja pistikhübriidsõidukite levikuga üha olulisem. Rangemad heitkoguste eeskirjad, langevad akude kulud ja laadimispunktide rajamine soodustavad nende kasutuselevõttu ning elektrilise jõuseadme ja automatiseeritud sõidu kombineerimine on kujunemas üheks peamiseks trendiks selles sektoris.

Konsultatsioonifirmad ja rahvusvahelised organisatsioonid ennustavad stsenaariume, kus järgmistel kümnenditel on märkimisväärne osa uutest registreeritud sõidukitest elektrilised, kõrgautomaatsed, jagatud ja ühendatud . Samas hindavad nad ka, et traditsioonilised inimeste juhitavad sõidukid eksisteerivad automatiseeritud sõidukitega koos veel aastaid, tekitades kooseksisteerimise ja reguleerimise osas täiendavaid väljakutseid.

Sellised riigid nagu Holland, Saksamaa ja mõned Ameerika Ühendriikide piirkonnad on tänu heale infrastruktuurile, kõrgele digitaliseerimise tasemele, laadimispunktide suurele tihedusele ja regulatiivsele avatusele pilootprojektide suhtes praegu autonoomsete ja ühendatud sõidukite ettevalmistamisel teerajajad . Hispaania, ehkki vahepealsel positsioonil, teeb edusamme C-ITS-projektide, mobiilsidevõrkude täiustamise ja andmeplatvormide, näiteks eelmainitud DGT 3.0, osas.

Kokkuvõttes on autonoomne ja ühendatud sõiduk kujunemas uue liikuvusmudeli tuumaks, milles liiklusohutus, energiatõhusus ja reisikogemus teevad kvalitatiivse hüppe edasi , eeldusel, et suudame ühtlustada tehnoloogia, eeskirjad, infrastruktuuri ja sotsiaalse aktsepteerimise. See tee on täis väljakutseid – alates küberturvalisusest ja tehnilisest valideerimisest kuni vastutuse määramise ja kasutajate usalduse loomiseni –, kuid pakub ka ajaloolist võimalust õnnetuste drastiliseks vähendamiseks, linnade muutmiseks ja auto muutmiseks inimeste teenistuses olevaks intelligentseks platvormiks.