Аутономно и повезано возило: садашњост и будућност мобилности

Информатек Дигитал » Средства » Аутономно и повезано возило: садашњост и будућност мобилности

Данас аутомобил више није само превозно средство : постао је паметни уређај на точковима, повезан са интернетом и окружен сензорима способним да „виде“ и „чују“ шта се дешава око њега. Ова трансформација доводи до концепта аутономног и повезаног возила , које обећава да ће потпуно променити начин на који се крећемо, радимо и разумемо безбедност у саобраћају.

У овом контексту, мобилност, повезаност, аутоматизација и вештачка интелигенција су испреплетени са прописима, инфраструктуром и друштвеним променама. Резултат је нови систем мобилности где аутомобил може да комуницира са другим возилима, путем, облаком, па чак и вашим мобилним телефоном, док све више преузима задатке вожње. Хајде да мирно анализирамо цео овај екосистем како бисмо разумели шта је заиста повезано возило, како се развија ка потпуној аутономији и који изазови нас чекају.

Шта је повезано возило и шта га разликује од аутономног?

Када говоримо о повезаном возилу, мислимо на аутомобил опремљен приступом интернету и могућношћу размене података у реалном времену са својим окружењем, било са клауд серверима , другим возилима или инфраструктуром као што су семафори и информативни панели.

Кључна компонента је обично уграђена телематска јединица , било фабрички интегрисана или додата преко малог уређаја, која прикупља податке о возилу (положај, брзина, статус мотора, батерија, догађаји у вожњи итд.) и шаље их на облачну платформу где се обрађују и стављају на располагање произвођачима, менаџерима возних паркова или корисницима.

Паралелно са тим, аутономно возило је оно које контролише сопствено управљање, убрзање и кочење без људске интервенције у одређеним сценаријима, или чак у свим сценаријима ако говоримо о потпуној аутоматизацији. Ова еволуција се ослања на напредак у сензорима, софтверу и примењеној вештачкој интелигенцији која омогућава све способније системе вожње.

Једноставно речено: повезани аутомобил се фокусира на комуникацију (V2X, IoT, подаци у облаку), док се аутономни аутомобил фокусира на аутоматску контролу вожње . У будућности ће се оба концепта спојити до тачке да ће скоро сва новорегистрована возила бити, у већој или мањој мери, повезана и опремљена напредним функцијама аутоматизације.

Кључне карактеристике повезаних возила

Функције повезаног аутомобила могу се груписати у различите категорије, а све се заснивају на континуираном протоку података између возила, корисника и окружења . Погледајмо најважније.

Прва карактеристика је интегрисана интернет конекција у возилу , обично путем СИМ картице или 4G/5G модема. Ово омогућава аутомобилу да преузима ажуриране мапе, прима информације о саобраћају у реалном времену, проверава временску прогнозу, шаље дијагностичке податке у радионицу или прима ажурирања софтвера без потребе да посећује продавца.

Такође су вредни пажње повезани инфо-забавни системи , који пружају приступ сервисима за стримовање музике и видеа, апликацијама трећих страна, гласовним асистентима и напредним функцијама навигације. Екрани постају све већи, са панорамским панелима осетљивим на додир који пружају информације возачу и забаву путницима.

Још једна кључна карактеристика је навигација у реалном времену, заснована на подацима . Возило континуирано добија информације о саобраћајним гужвама, несрећама, радовима на путу или неповољним временским условима и поново израчунава руту како би оптимизовало време путовања, потрошњу горива и удобност. У будућности, ова навигација ће бити интегрисана са проширеном стварношћу, пројектујући стрелице и упозорења на сам пут преко ветробранског стакла или екрана.

Подједнако важна је интеграција са мобилним уређајима . Многи аутомобили данас вам омогућавају да закључате и откључате врата, активирате клима уређај, лоцирате возило на паркингу или проверите ниво горива и статус батерије са свог паметног телефона. У неким моделима, сам мобилни телефон делује као дигитални кључ, замењујући традиционални физички кључ.

Коначно, повезивање отвара врата даљинској дијагностици и ажурирањима софтвера путем интернета (OTA) . Возило може слати техничке податке произвођачу или радионици, олакшавајући превентивно одржавање и рано откривање кварова, док произвођач може побољшати перформансе, ефикасност потрошње горива и безбедност путем аутоматски преузетих ажурирања и услуга у облаку .

Врсте повезивања: од телематике до возила, па свега (V2X)

Унутар екосистема повезаних аутомобила, нису све комуникације исте; свака врста повезивања покрива скуп веома специфичних случајева употребе за безбедност, управљање и практичност.

Традиционална телематска повезаност фокусира се на праћење локације, активности возила и понашања у вожњи . Неопходна је у транспортним возним парковима, где менаџер може да прати стотине или хиљаде возила са онлајн платформе, проверавајући потрошњу горива, руте, сате вожње, инциденте и одржавање.

Поред телематике, на сцену ступа парадигма V2X (Vehicle-to-Everything - возило-све), која обухвата сву комуникацију возила са његовим окружењем : V2V (vehicle-to-vehicle - возило), V2I (vehicle-to-infrastructure - возило-инфраструктура), V2P (vehicle-to-pedestrian - возило-пешак) и V2N (vehicle-to-network - возило). Захваљујући овим комуникацијама, аутомобил може знати да је друго возило изненада закочило неколико метара испред, да ће пешак ускоро прећи улицу скривен иза препреке или да ће се светло на семафору ускоро променити.

V2X технологија се ослања и на мобилне мреже (4G и, посебно, 5G) и на специфичне комуникационе јединице инсталиране у возилима и на путевима . Без овог кооперативног екосистема, способност аутоматизованих возила да предвиде оно што није директно видљиво била би озбиљно ограничена.

Што се тиче искуства у аутомобилу, још један релевантан тип повезивања је кооперативни инфо-забавни систем . Путници могу приступити персонализованом садржају, видео позивима, видео играма или услугама мобилне канцеларије, користећи сталну везу. Ова врста коришћења ће постати посебно важна када аутомобили достигну висок ниво аутономије и путници више не буду морали да се фокусирају на вожњу.

5G, IoT и улога телекомуникација

Читав овај екосистем би био немогућ без робусне телекомуникационе инфраструктуре са ниском латенцијом . Ту долазе до изражаја 5G и Интернет ствари (IoT).

5G мрежа може да ради до 100 пута брже од 4G , са латенцијом од само милисекунди. Ово омогућава повезаним возилима да шаљу и примају милионе података дневно у готово реалном времену, што је неопходно за напредне системе помоћи возачу и кооперативне сценарије вожње.

Истовремено, аутомобил је интегрисан у IoT екосистем као моћан мобилни сензор . Свако возило пружа информације о условима на путу, саобраћају, времену и присуству препрека, које се агрегирају у облаку и стављају на располагање другим корисницима и услугама. На овај начин, пут постаје паметна сервисна платформа.

Телекомуникациони оператери и произвођачи развијају специфичне платформе за повезану и аутоматизовану мобилност , као и пројекте паметних путева (C-ITS) са јединицама поред пута које директно комуницирају са возилима. Штавише, појављују се алтернативе за повезивање попут Старлинка , проширујући могућности покривености у удаљеним подручјима. Шпанија, на пример, напредује са иницијативама као што је платформа DGT 3.0, која има за циљ размену података у реалном времену између возила, инфраструктуре и корисника.

Масовно увођење 5G мреже биће кључно не само за ширење повезаних аутомобила, већ и за безбедно омогућавање високог нивоа аутономне вожње , где би свако кашњење у комуникацији могло значити разлику између избегавања несреће или не.

Од асистенције до аутономије: SAE нивои аутономизоване вожње

Да би рангирало степен аутоматизације, Друштво аутомобилских инжењера (SAE) дефинише скалу од шест нивоа, од 0 до 5 , на основу тога колико системи интервенишу и колико људски возач ради.

На нивоу 0 нема аутоматизације: задатак вожње у потпуности пада на особу за воланом. Возило може да садржи упозорења или обавештења, али не контролише управљање, кочење или убрзање.

Ниво 1 укључује функције помоћи возачу као што су адаптивни темпомат и помоћ при одржавању траке. На овом нивоу, систем контролише само једну осу (бочну или уздужну), а возач мора стално да прати возило.

Ниво 2 подразумева делимичну аутоматизацију: аутомобил може истовремено да контролише управљање и убрзање/кочење у одређеним околностима (на пример, на аутопуту), али возач остаје одговоран, мора да прати околину и буде спреман да интервенише у сваком тренутку.

На нивоу 3 говоримо о условној аутоматизацији: систем је у стању да у потпуности управља вожњом у одређеним сценаријима (деонице аутопута, саобраћајне гужве...), а возач може привремено да се искључи, иако мора бити спреман да поново преузме контролу када возило то захтева са разумном маргином.

Ниво 4 представља високу аутоматизацију, где возило може да обавља све задатке вожње у одређеним случајевима употребе (нпр. ограничено градско подручје или паркинг), без потребе за интервенцијом возача током тих специфичних сценарија.

Коначно, ниво 5 подразумева потпуну аутоматизацију: аутомобилу није потребан људски возач ни у једном тренутку ни под било којим условима ; може да се креће било којим путем и у било којој ситуацији без људске интервенције. Овај сценарио је још увек далеко од тога да постане широко распрострањен, али бројни прототипови и напредни пилот пројекти указују на тај циљ.

Како аутономно и повезано возило „перципира“ и одлучује

Да би се само возило, мора да реплицира, па чак и побољша, људске сензорне и когнитивне способности ослањајући се на напредну електронику, сензоре и алгоритме вештачке интелигенције.

Доношење одлука ослања се на сложене алгоритме, од којих многи потичу од машинског учења и дубоких неуронских мрежа . Ови алгоритми обрађују огромне количине података у реалном времену са камера, радара, LiDAR-а, мапа високе дефиниције и V2X комуникације, учећи нормалне обрасце саобраћаја, предвиђајући понашање других корисника и откривајући аномалне ситуације.

Меморија аутономног возила ослања се на HD мапе са тачношћу од приближно 10 центиметара , у комбинацији са диференцијалним GPS-ом и другим сензорима за позиционирање. Ова комбинација омогућава систему да тачно зна у којој се траци налази аутомобил, геометрију пута, локацију знакова и друге релевантне елементе, и да ажурира ове информације у реалном времену са детаљима о саобраћају и радовима на путу. Штавише, технологије попут дигиталних близанаца олакшавају репликацију и ажурирање урбаних окружења у облаку.

„Очи“ система су камере, радар, ултразвук и LIDAR сензори, који пружају поглед на околину од 360 степени . Квалитет података и њихово обједињавање су кључни: возило мора бити у стању да поуздано идентификује пешаке, бициклисте, друге аутомобиле, знакове, ознаке на путу и ​​препреке, чак и у неповољним условима.

Елемент „слуха“ се материјализује у комуникацији са облаком и са другим возилима и инфраструктуром . Захваљујући рачунарству у облаку и технологијама попут Floating Car Data, аутомобил прима информације о догађајима које не може директно да детектује својим сензорима: несрећа испред, лед на путу, квар возила након слепе кривине итд.

Коначно, „рефлекси“ возила засновани су на напредним актуаторима и предиктивним алгоритмима управљања, као што су контролери „steer-by-wire“ и MPC , који делују на управљач, гас и кочницу како би маневре извршавали брзо, глатко и безбедно, поштујући физичка ограничења возила и удобност путника.

Историја и еволуција повезаног и аутоматизованог аутомобила

Прича о аутономном и повезаном возилу није настала ниоткуда; заснована је на деценијама напретка у електроници, рачунарству и безбедности у аутомобилској индустрији.

Осамдесетих година прошлог века, Формула 1 је почела да користи бордне рачунаре како би добијала податке о перформансама аутомобила у реалном времену, што је означило рану прекретницу у концепту повезаног возила. Убрзо након тога, 1996. године, Џенерал моторс је пласирао прве аутомобиле са аутоматским системима за позиве у хитним случајевима, способним да детектују несрећу и контактирају службе хитне помоћи.

Цивилна употреба GPS-а од 2000. године надаље дала је огроман подстицај системима за навигацију у возилима , који су од луксуза постали готово стандард. Године 2001, стигли су први системи за даљинску дијагностику и предиктивно одржавање, омогућавајући произвођачима и менаџерима возних паркова да даљински прате стање возила.

Почев од 2008. године, интернет приступне тачке у аутомобилима и прве наменске мобилне апликације за аутомобиле почеле су да добијају на популарности , нудећи функције као што су закључавање и откључавање врата и лоцирање возила. Године 2014, брендови попут Аудија и Џенерал моторса масовно су интегрисали 4Г ЛТЕ повезивање у своје моделе, а 2016. године Тојота је лансирала прва возила са интегрисаном В2К комуникацијом у Јапану.

Паралелно са тим, аутоматизација вожње је напредовала од раних система темпомата до сложенијих помагала као што су асистенција при паркирању, активна помоћ при одржавању траке и аутономно кочење у хитним случајевима. Данас се процењује да милиони нових возила већ укључују неку врсту напредне повезаности и ADAS система, што представља међукорак ка потпуно аутономној вожњи.

Регулаторни, технолошки и безбедносни изазови

Широко распрострањено усвајање аутономних и повезаних возила није само технички изазов; оно подразумева дубоке промене у регулативи, сајбер безбедности и друштвеном прихватању . Сви ови фактори утичу на темпо примене.

Са регулаторног становишта, важећи закони су намењени возилима којима управљају људи, где је возач директно одговоран за своје поступке за воланом . Код аутоматизованих система, покреће се дебата о кривичној, грађанској и административној одговорности у случају несреће: да ли је одговоран возач, произвођач, добављач софтвера, управљач инфраструктуре или комбинација њих?

Међународне организације и националне власти већ раде на новим правним оквирима и процедурама хомологације . За ниске нивое аутоматизације, системи помоћи возачу се сертификују као и сваки други систем возила, али како се напредује ка нивоима 4 и 5, биће потребно дефинисати строже критеријуме у вези са функционалном безбедношћу, сајбер безбедношћу, приватношћу података и обуком корисника.

Са технолошког становишта, један од највећих изазова јесте демонстрирање да је аутономно возило довољно безбедно . Разматрају се изузетно ниске стопе кварова (на пример, реда величине 10^-8 кварова на сат за нивое интегритета ASIL D према ISO 26262). Емпиријско тестирање овог нивоа поузданости у реалној километражи било би неизводљиво: захтевало би милијарде километара тестирања, што је прескупо и дуготрајно.

Стога, индустрија улаже у нове методологије тестирања и валидације засноване на масовној симулацији, испитним столовима типа „софтвер у петљи“ и „хардвер у петљи“, као и у фазним приступима који комбинују виртуелна окружења, лабораторије, затворене стазе и коначно, отворене путеве. Штавише, стварају се посебне радне групе за дефинисање међународних стандарда који ће омогућити доследну сертификацију ових возила.

Сајбер безбедност је још једно критично питање: повезани аутомобил је, у пракси, рачунар са приступом интернету који се креће великом брзином . Његова заштита од напада, неовлашћеног приступа или манипулације софтвером је приоритет за произвођаче, оператере и регулаторе, посебно у сценарију све већег броја сајбер напада на повезану инфраструктуру и уређаје.

Утицај на саобраћајне незгоде и безбедност на путевима

Саобраћајне незгоде остају један од водећих узрока смрти и тешких повреда широм света , а огроман део је повезан са људским грешкама: ометањем пажње, непримереном брзином, употребом алкохола и дрога, умором, ризичним одлукама итд.

Студије саобраћајних власти и међународних организација процењују да је приближно 90% несрећа узроковано људском грешком , док механички кварови представљају веома мали проценат. Ова реалност је подстакла улагања у све софистицираније активне и пасивне безбедносне системе, као и аутоматизацију одређених задатака вожње.

Напредни системи помоћи возачу (ADAS) — као што су аутономно кочење у хитним случајевима, помоћ при одржавању траке, адаптивни темпомат и детекција умора возача — имају директан утицај на потенцијално смањење броја незгода . Технички извештаји указују да би се значајан проценат забележених незгода могао избећи или ублажити ако би сва возила била опремљена овим системима као стандардном опремом.

Европска унија је предложила обавезне безбедносне пакете који, између осталог, укључују снимаче података о догађајима, интелигентну помоћ при контроли брзине, системе за детекцију поспаности, камере за вожњу уназад и сензоре за рањиве учеснике у саобраћају . Циљ је убрзати обнављање возног парка ка безбеднијим возилима која су боље опремљена за повезивање и аутоматизацију.

На средњи и дуги рок, очекује се да ће висока или потпуна аутоматизација вожње допринети не само смањењу несрећа и смртних случајева, већ и смањењу загушења, емисија и потрошње енергије оптимизацијом стилова вожње и избегавањем непотребног кочења и убрзања. Међутим, стварни утицај ће у великој мери зависити од брзине усвајања, квалитета инфраструктуре и прихватања јавности.

Повезана мобилност, електрификација и нови модели коришћења

Аутономно и повезано возило не долази само; оно је део шире промене где се заједничка мобилност, електрификација и дигитализација међусобно појачавају.

С једне стране, традиционално власништво аутомобила губи тло у корист модела коришћења на захтев : дељења аутомобила, претплата, мобилности као услуге (MaaS) и дељених возних паркова, којима се може управљати много ефикасније захваљујући повезаности и подацима у реалном времену.

С друге стране, електрификација добија на значају са ширењем електричних и „плаг-ин“ хибридних возила. Строжији прописи о емисијама, смањење трошкова батерија и постављање пуњача подстичу њихово усвајање, а комбинација електричног погона и аутоматизоване вожње појављује се као један од главних трендова у сектору.

Консалтинг фирме и међународне организације предвиђају сценарије у којима ће, у наредним деценијама, значајан део новорегистрованих возила бити електрична, високо аутоматизована, дељена и повезана . Међутим, они такође процењују да ће традиционална возила којима управља човек коегзистирати са аутоматизованим возилима дуги низ година, што представља додатне изазове коегзистенције и регулације.

Земље попут Холандије, Немачке и неких региона Сједињених Држава тренутно предњаче у спремности за аутономна и повезана возила, захваљујући доброј инфраструктури, високом степену дигитализације, великој густини пуњачких станица и регулаторној отворености за пилот пројекте . Шпанија, иако је у средњем положају, напредује у C-ITS пројектима, побољшањима мобилних мрежа и платформама за податке као што је горе поменути DGT 3.0.

Узето заједно, аутономно и повезано возило се појављује као језгро новог модела мобилности у којем безбедност на путевима, енергетска ефикасност и искуство путовања чине квалитативни скок напред , под условом да смо у стању да ускладимо технологију, прописе, инфраструктуру и друштвено прихватање. Пут је пун изазова - од сајбер безбедности и техничке валидације до доделе одговорности и изградње поверења корисника - али такође представља историјску прилику за драстично смањење несрећа, трансформацију градова и претварање аутомобила у интелигентну платформу у служби људи.