دیدن فراتر از خط سایت - کنترل وسایل نقلیه خودکار متصل

این مقاله تحقیقات گذشته، حال و آینده را در مورد وسایل نقلیه خودکار متصل و تأثیر آنها بر حمل و نقل جاده ای مورد بحث قرار می دهد. از دهه 1980، میکروکنترلرها شروع به نفوذ به وسایل نقلیه تولیدی از طریق زیرسیستم های مختلف مانند واحدهای کنترل موتور و سیستم های ترمز ضد قفل کردند. به زودی نیاز به میکروکنترلرهای مختلف برای ارتباط با یکدیگر منجر به اختراع گذرگاه شبکه کنترل کننده شد. در دهه 1990، حسگرهایی برای نظارت بر محیط و حرکت وسایل نقلیه همسایه معرفی شدند. این حسگرها، همراه با رایانه‌های قوی‌تر، به وسایل نقلیه اجازه می‌داد تا کنترل‌های جانبی و طولی مانند حفظ خطوط و تعقیب خودرو را انجام دهند. از اواسط دهه 2000، فن‌آوری‌های ارتباطی بی‌سیم مانند WiFi و 4G/LTE به منظور تسهیل ارتباطات خودرو به خودرو و وسیله نقلیه به زیرساخت به کار گرفته شدند. اینها اغلب به عنوان ارتباط وسیله نقلیه به همه چیز (V2X) نامیده می شوند، که در آن X شامل عابران پیاده، دوچرخه سواران و غیره نیز می شود. به ویژه، در ایالات متحده، ارتباطات کوتاه برد اختصاصی بر اساس پروتکل IEEE 802.11p استاندارد شده است. امکان برقراری ارتباط با تاخیر کم، موقت و همتا به همتا با فرکانس به روز رسانی 10 هرتز را فراهم می کند.

مقاله

طی دو دهه گذشته، خودروسازان و شرکت‌های فناوری در حال توسعه وسایل نقلیه با سطوح بالای اتوماسیون بوده‌اند. بسیاری از فن‌آوری‌های پیشرفته کمک راننده قبلاً در خودروهای تولیدی در دسترس قرار گرفته‌اند، در حالی که OEM‌ها هنوز به سمت اتوماسیون کامل کار می‌کنند. در این میان، نسل جدیدی از فناوری‌های ارتباطی بی‌سیم خودرو به همه چیز (V2X) معرفی شده‌اند تا خودروها بتوانند اطلاعات را با یکدیگر و با زیرساخت‌های ثابت به اشتراک بگذارند. ادغام اتصال و اتوماسیون مزایای بالقوه زیادی برای ایمنی، مصرف سوخت و کارایی ترافیک دارد، اما همچنین چالش‌های زیادی را برای طراحی کنترل خودرو ایجاد می‌کند. در این مقاله، برخی از تحقیقات گذشته، حال و آینده در مورد وسایل نقلیه خودکار متصل و تأثیر آنها بر حمل و نقل جاده ای را مورد بحث قرار می دهیم. ما همچنین برخی از الگوریتم‌های خاص را توصیف می‌کنیم و نتایج تجربی مرتبط را نشان می‌دهیم تا مزایای استفاده از اطلاعات فراتر از خط دید در سیستم‌های ترافیکی دنیای واقعی را برجسته کنیم.

 

تاریخچه مختصر اتوماسیون و اتصال خودرو

در چند دهه اخیر شاهد افزایش اتوماسیون خودروها و وسایل نقلیه سنگین بوده است. از دهه 1980، میکروکنترلرها شروع به نفوذ به خودروهای تولیدی از طریق زیرسیستم‌های مختلف از جمله واحدهای کنترل موتور، سیستم‌های ترمز ضد قفل و غیره کردند. به زودی نیاز به میکروکنترلرهای مختلف برای ارتباط با یکدیگر منجر به اختراع شبکه کنترل‌کننده (CAN) شد. اتوبوس. در دهه 1990، ما شروع به مشاهده ظاهر سنسورهای داخل هواپیما کردیم که برای نظارت بر محیط و حرکت وسایل نقلیه همسایه استفاده می شد. این حسگرها، همراه با رایانه‌های قوی‌تر، به وسایل نقلیه اجازه می‌داد تا کنترل‌های جانبی و طولی مانند حفظ خطوط و تعقیب خودرو را انجام دهند. برخی از این تلاش ها با نمایش هایی مانند آزمایش مسیر کالیفرنیا در سال 1997 به اوج رسید که در آن هشت وسیله نقلیه خودکار از لس آنجلس به سن دیگو با استفاده از یک بزرگراه اختصاصی رانده شدند [1]. این فناوری ها در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000 در خودروهای تولیدی پیشرفته ظاهر شدند. در همین حال، با استفاده از رایانه‌های داخلی قدرتمندتر و حسگرها مانند جی‌پی‌اس، لیدار/رادار و دوربین‌ها، محققان شروع به تلاش برای رسیدن به سطوح بالاتری از خودمختاری کردند. این تلاش‌ها توسط رویدادهایی مانند چالش‌های بزرگ DARPA، که در آن وسایل نقلیه وظیفه رانندگی مستقل در محیط‌های پیچیده را بر عهده داشتند، تحریک شدند [2]. در طول دهه گذشته، اکثر خودروسازان بزرگ با هدف توسعه وسایل نقلیه خودران [3] در اتوماسیون خودرو سرمایه گذاری کرده اند، در حالی که قانونگذاران تلاش کرده اند تا محیطی را ایجاد کنند که در آن چنین نوآوری هایی رشد کنند [4].

از اواسط دهه 2000، فن‌آوری‌های ارتباطی بی‌سیم مانند WiFi و 4G/LTE به منظور تسهیل ارتباطات خودرو به خودرو (V2V) و وسیله نقلیه به زیرساخت (V2I) به کار گرفته شدند. اینها اغلب به عنوان ارتباط وسیله نقلیه به همه چیز (V2X) نامیده می شوند، که در آن X شامل عابران پیاده، دوچرخه سواران و غیره نیز می شود. به ویژه، در ایالات متحده، ارتباطات کوتاه برد اختصاصی (DSRC) بر اساس پروتکل IEEE 802.11p استاندارد شده است. که امکان برقراری ارتباط همتا به همتا را با تاخیر کم، موقت و با فرکانس به روز رسانی 10 هرتز فراهم می کند. علاوه بر این، مجموعه پیام‌هایی مانند پیام ایمنی پایه (BSM) و پیام فاز سیگنال و زمان‌بندی (SPaT) در نیم دهه گذشته استاندارد شده‌اند. مجموعه‌ای از فروشندگان فن‌آوری جدید در حال توسعه و تولید واحدهای سواری و کنار جاده‌ای هستند که امکان ایجاد برنامه‌های ایمنی مبتنی بر V2X را فراهم می‌کنند که به رانندگان در مورد خطرات قریب‌الوقوع هشدار می‌دهند [5، 6]. اینها شامل برنامه های V2V مانند هشدار برخورد از جلو، هشدار نقطه کور، کمک حرکت تقاطع و برنامه های V2I مانند هشدار نقض چراغ قرمز، هشدار سرعت منحنی، و هشدار وضعیت آب و هوا می شود. شکل 1 را ببینید. بیشتر این برنامه ها را می توان بر اساس BSMها (که حاوی موقعیت GPS، سرعت، زاویه سمت و سرعت انحراف هستند) و پیام های SPaT تحقق بخشید، در حالی که ممکن است اطلاعات سفارشی (مانند موقعیت پدال در داده های CAN) نیز ارسال شود. با استفاده از پروتکل پیام کوتاه WAVE (WSMP). هشدارها را می توان با استفاده از نشانه های دیداری، شنیداری یا لمسی به راننده اطلاع داد. با توجه به محدودیت های انسانی در پردازش حجم زیادی از اطلاعات در زمان محدود، استفاده از رایانه برای پردازش و تجمیع اطلاعات مطلوب است. اقدامات کنترل ترکیبی ممکن است به راننده پیشنهاد شود یا توسط یک سیستم خودکار اجرا شود.