فناوری

جایگاه خودروهای بدون سرنشین در دنیای امروز

خودرو هوشمند
نوشته شده توسط تیم تحریریه علمنا

شاید سال هاست که خودروسازها در تلاشند که آرزوی خودروهای بدون سرنشین را به واقعیت تبدیل کنند. خودروهای بدون سرنشینی که به حمل و نقل انسان به صورت ایمن کمک کند و اشتباهات انسانی از جمله خواب آلودگی را نداشته باشد.
از فیلم های علمی تخیلی تولید شده، وجود خودروهای بدون سرنشین و برنامه انسان برای استفاده از ربات ها در زندگی مشهود است. هدف این مطلب نگاهی مختصر به میزان موفقیت و برنامه خودرو سازان برای تولید خودرو های بدون سرنشین است. در این مطلب قصد معرفی یا تبلیغات شرکت هایی چون گوگل، مگنا، تسلا و دیگر پیشروان این تکنولوژی را نداریم بلکه می خواهیم با دیدگاه ریزبینانه و نقد به این مسئله مهم مهندسی نگاه کنیم.
هدف تیتر زنی و ادعای موفقیت و تکمیل این تکنولوژی نیست بلکه این تکنولوژی در ابتدای ظهورش قرار دارد. از چه تکنولوژی برای خودرو های بدون سرنشین استفاده شده است؟ چه عاملی باعث جلوگیری پیشرفت این تکنولوژیست؟ اقدامات موثر شرکت های در این زمینه چه خواهد بود؟
به قطعیت می توان گفت اگرچه خودرو های بدون نشین تا به حال به صورت کامل و تولید انبوه وارد بازار نشده اند اما تکنولوژی آن جهت خودرو های کمک راننده بسیار موثر بوده است. سیستم های کمک رانده شامل سیستم هایی هستند که به راننده جهت هدایت خودرو و به خصوص در صورت ناتوانی راننده کمک می کنند. در این راستا نگاهی گذرا به برنامه های آتی شرکت مگنا می کنیم.

جدول میزان هوشمند بودن خودرو

همانطور که از تصویر بالا مشخص است سیستم های جلوگیری از تصادف، نگهدارنده در بین خطوط، کروس کنترل و… امروزه تحقق پیدا کرده است. آنچه در فیلم های تبلیغاتی خودرو هایی چون تسلا و بی ام و… مشاهده می شود این سیستم های حاضر است. اما آیا منظور از این سیستم ها یعنی خودرو بدون سرنشین؟ جواب سوال خیر می باشد، چرا که حتی در هنگام تعویض خط جدیدترین خودرو تسلا، سیستم از خودکار بودن خارج شده و توسط راننده تعویض خط صورت می پذیرد. جهت شروع سیستم بدون راننده، راننده ابتدا شروع به حرکت خودرو کرد، وارد بزرگراه می شود و با توجه به زمان ورودی راننده و یا مکان و ترافیک بزرگراه سیستم را توسط کروس کنترل انطباقی کنترل می کند. در این سیستم خودرو بر اساس فاصله از خودرو جلویی سرعت خودرو جلویی را تخمین زده و بر اساس آن سرعت، میزان فشرده شدن پدال گاز و ترمز را کنترل می کند. سیستم های حاضر همچنین قادر به پارک خودرو در محل پارک هستند، این سیستم های کمک راننده جهت پارک کردن نیز سیستم های اولیه خود را می گذرانند و بیشتر به صورت تحقیقاتی است. اما تعریف خودروی بدون سرنشین این است که شما خودرو را در حالت اوتوپایلت قرار دهید و بخوابید، خودرو هر جا خواست تعویض خط انجام دهد، وارد بزرگراه شود، سرعتش را بر اساس جاده و علائم آن تنظیم کند و در نهایت در محل مورد نظر شما خودرو را پارک نماید! پس با این تعریف خودرو های حال حاضر فاصله زیادی با خودرو های بدون سرنشین دارند.
اپلا ماسک مدیر عامل شرکت تسلا در یکی از کنفرانس های خبری در مورد خودروی تولید شده توسط این شرکت اظهار داشته بود که رانندگانی که هزینه ۲۵۰۰ دلاری را در هنگام خرید خودرو پرداخته اند، به چنین سیستم های کمک راننده ای مجهز می شوند اما عوارض جانبی آن کاملا به عهده راننده است، در واقع هیچ تضمینی وجود ندارد که پس از برداشتن دست از روی فرمان، اتفاقی رخ ندهد. آپدیت بعدی برای بهبود عملکرد خودرو در ورود و خروج از گاراژ یا پارکینگ است. همانطور که جدیدا هم مشاهده شد تسلا توانسته است این سیستم را پیاده سازی کند.
به طوری کلی دو فاکتور اساسی است که در این خودرو های رعایت کردنشان سخت است! یکی دینامیک بودن محیط اطراف خودرو (یعنی همه خودروها، افراد و… در حال حرکت و شتاب هستند) و دیگری استفاده در سرعت های بالا! جهت بررسی این دو فاکتور ابتدا به پروسه عملکردی چنین سیستم های پرداخته می شود. ابتدا سیستم های پارک خودکار را بررسی می کنیم و سپس سیستم-های تعویض خط خودکار را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد.
فرض ثابت مانور پارک خودکار این است که خود راننده باید محلی مناسب جهت پارک خودرو برگزیند که ویژگی هایی از جمله فاصله عرضی با خودرو مجاور و همچنین فاصلی دو خودرویی که می خواهد بین آن ها پارک کند رعایت شده است. البته با پیشرفت تکنولوژی کارهای تحقیقاتی جدید در قالب مقالات در سال جدید میلادی مبنی بر خودکار بودن این بخش نیز صورت گرفته است. خودرو به رادار لیزری، دوربین جهت پروسه پردازش تصویر و سنسور های مختلف مجهز است و در صورت برقرار نبودم این شرایط سیستم کمک راننده فعال نخواهد شد. مرحله بعدی تولید مسیری است که خودرو باید روی آن حرکت کند. این مسیر بر اساس فاصله طولی و عرضی با خودرو مجاور، فاصله بین دو خودرو و شرایط مرزی جهت عدم برخورد خودرو های صورت می گیرد. از دیگر ویژگی های این مسیر این است که این مسیر باید در زمان کمتر از صدم ثانیه طراحی شود! شکل زیر از یک طرح تحقیقاتی گرفته شده که وجود شرایط مذکور را نیز به صورت خودکار انجام می دهد. همانطور که می بینید بر اساس شرایط محیط، سیستم طراحی مسیر، مسیر قرمز رنگ را که مسیری ایمن از نظر انجام مانور است را تولید می کند. مرحله بعدی طراحی یک کنترلر مناسب برای تعقیب مسیر حاضر است. با استفاده از قانون کنترلی خودرو بر اساس مسیر طراحی شده که به عنوان ورودی کنترلی خودرو است، پدال گاز و ترمز را توسط عملگر های مختلف به صورت مناسب حرکت داده و در نهایت مانور به اتمام می رسد.

خودرو هوشمند

همانطور که از سیستم بالا مشخص است همه خودرو ها به صورت ایستا هستند، گویی خودرو می-خواهد بین دو جسم ساکن و صلب پارک کند که این کار کاری مشکلی به نظر نمی رسد، اگرچه کم کردن تاخیر های زمانی سیستم طراحی مسیر و کنترلی و در نظر گرفتن احتمالات مختلف برای قرارگیری خودرو های محیط، کار بزرگیست ولی با توجه به دستیابی به این سیستم و تجاری سازی آن می توان سهولت طراحی این سیستم را نتیجه گرفت.
حال تصور کنید در شکل بالا فاصله خودرو های نسبت به هم تغییر کند، یک خودرو از پشت اضافه شود و… در این حالت محیط پیرامون خودرو یک محیط دینامیکی است! این همان شرایط تعویض خط در بزرگراه هاست. همانطور که از شکل اول این مقاله مشخص است این سیستم در برنامه سال-های آتی شرکت مگنا قرار دارد و پیش بینی شده است که پیش از سال ۲۰۲۰ رونمایی شود. در واقع سیستم سبقت نیز مشابه همین سیستم است با این تفاوت در آن سیستم ما نیاز به دو تعویض خط پشت سر هم داریم. اما تفاوت های این سیستم با سیستم پارک خودکار در چیست؟ تفاوت اساسی این سیستم ها دینامیکی خودن محیط پیرامون خودرو است. همانطور که در اشکال پایین مشاهده می شود جهت انجام مانور باید سه فاصله C1، C2 ، C3 رعایت شود در حالی که هر سه خودرو A، B، C در حال افزایش یا کاهش سرعت و به عبارت دیگر شتابدار اند. این پیچیدگی و احتمالی بودن و یا به طور کلی نامعینی های موجود وجود قطعیت این سیستم ها در خودرو هایی بدون راننده امروزی را انکار می کند و به همان جمله مدیر عامل خودرو سازی تسلا بازمی گردیم که گفت: وقتی راننده دستش را از فرمان کشید هیچ مسئولیتی در قبال اتفاقاتی که خواهد افتاد، نداریم! این سیستم نیز ابتدا با استفاده از داده های ورودی جاده از جمله GPS، سنسور ها، رادار ها و دوربین-ها تصمیم نهایی جهت انجام یا عدم انجام مانور را می گیرد. سپس مسیر ایمن بر اساس قیود ذکر شده و فواصل خودرو های طراحی می شود. مسیر طراحی شده در هر زمان باید قادر به تولید کردن مجدد مسیر با توجه به شرایط دینامیکی جاده باشد! همه ی این ها باید در صدم ثانیه اتفاق بیفتد و سپس کنترلی طراحی شود که خودرو را در سرعت مثلا ۶۰ کیلوکتر بر ثانیه در مسیر طراحی شده سیستم طراحی مسیر کنترل کند. فرض کنید کل تاخیرات سیستم های ذکر شده ۲/۰ ثانیه باشد. ۲/۰ ثانیه خودرو با سرعت ۶۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت کند تقریبا ۳ متر جابجا می شود، یعنی احتمال دارد با خودرو جلویی برخورد داشته باشد که می خواهد جهت گریز از آن مانور تعویض خط را انجام می داد! همه این اتفاقات فقط در ۲/۰ ثانیه اتفاق می افتد. برای خطای کمتر از ۱۰ سانتی متر باید تاخیر زمانی کمتر از ۶ هزارم ثانیه داشته باشیم که جهت نائل آمدن به این خطا نیازمند ساده-سازی های فراون که احتمال خطا در سیستم را افزایش می دهد، هستیم و یا اینکه از یک ابر کامپیوتر در خودرو استفاده کنیم! اینها همه دلایل عدم تجاری شدن این سیستم ها و باقی ماندن آن ها در فاز تحقیقاتیست. البته از نظر تحقیقاتی این موضوعات، موضوعات به روز خودرو محسوب می شود که می تواند مورد تحقیق و بررسی دانشجویان مهندسی مکانیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکاترونیک و مهندسی خودرو قرار بگیرد.

image_2016-04-07_21-28-49

image_2016-04-07_21-28-57

image_2016-04-07_21-29-07

هدف از این مقاله در واقع بررسی میزان خودکار بودن تکنولوژی خودرو های بدون سرنشین است. پروژه ای که گوگل آغاز کرده و در سال های اخیر نیز به موفقیت هایی دست پیدا کرده است. همانطور که در شکل ابتدای این مقاله مشاهده شد، تا سال پس از سال ۲۰۳۰ تاکسی ها به تاکسی-های خودکار تبدیل خواهند شد به طوری که شما مقصد را مشخص می کنید و جلوی خانه تان منتظر تاکسی می شوید. سیستم، خودرویی را با توجه به مقصد، تعداد و… برای شما ارسال می کند. خودرو جلو خانه ی شما می ایستد، فاصله ها را چک می کند، مسیر پارک را طراحی می کند، پارک کرده و شما را سوار می کند. سپس مسیر خروج از پارک را طراحی می کند جلویی، سپس مسیر ورود به اتوبان همت را طراحی کرده و وارد بزرگراه همت می شود و با سرعت ۹۰ کیلوکتر بر ساعت حرکت می کند. با توجه به ترافیک های موجود مسیر ها تعویض خط را طراحی و بر اساس دینامیک آن مسیر را اصلاح می کند! تعویض خط را انجام می دهد و در نتیجه شما را به مقصد می رساند. ولی شما هیچکدام از این پروسه ها نمی بینید فقط به آن خودرو اطمینان کرده و سوارش می شوید و به مقصد می روید. در واقع هدف مقاله ارائه اطلاعات سطحی از پروسه انجام این مانور ها و سیستم ها و عدم کلی گویی هایی که در بخش خودرو و به صورت عامیانه بیان می شود.

در زمینه های مرتبط با این مطلب می توانید مطلب “بزرگراه‌های هوشمند؛ آینده‌ی حمل و نقل زمینی” را نیز مطالعه کنید.

درباره نویسنده

تیم تحریریه علمنا

دیدگاه شما چیست