يمكن للمركبات ذاتية القيادة أن تجعل جميع السيارات أكثر كفاءة

لقد كانت المركبات ذاتية القيادة منتظرة بشدة بسبب احتمال أن تقلل إلى حد كبير أو ربما تقضي على حوادث الاصطدام التي تسبب أكثر من مليون حالة وفاة كل عام. لكن السلامة ليست هي الفائدة المحتملة الوحيدة التي يمكن أن تقدمها السيارات ذاتية القيادة: فقد أظهرت فرق من الباحثين في جميع أنحاء العالم أن المركبات ذاتية القيادة يمكنها أيضًا القيادة بكفاءة أكبر من البشر. على سبيل المثال، يراهن برنامج وزارة الطاقة الأميركية المسمى NEXTCAR (تقنيات الجيل التالي من الطاقة للمركبات المتصلة والمؤتمتة على الطرق)، على أن مزيجاً من تقنيات المركبات الذكية الجديدة قادر على تعزيز كفاءة استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 30%.

كجزء من برنامج NEXTCAR، استعرض معهد أبحاث الجنوب الغربي (SwRI) في سان أنطونيو، ومقره تكساس، التطورات في تكنولوجيا المركبات ذاتية القيادة التي من شأنها تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود في المركبات – بما في ذلك كفاءة استهلاك الوقود. عدم– السيارات ذاتية القيادة التي تصادف وجودها في حركة المرور مع سيارات ذاتية القيادة. تم عقد العرض التوضيحي في قمة ARPA-E لابتكار الطاقة في دالاس في أواخر شهر مايو.

صنع مركبة ذاتية القيادة تتسم بالكفاءة

قام فريق SwRI بتحديث سيارة Honda Clarity الهجينة لعام 2021 بميزات ذاتية القيادة الأساسية مثل الإدراك والتعريب. وفي يوم القمة، قادوا السيارة على طول طريق يحيط بموقف السيارات الخاص بمركز المؤتمرات حيث انعقدت القمة. يحتوي نظام تحديد المواقع Ranger الخاص بـ SWRI، والذي قام الباحثون بتثبيته على هوندا، على كاميرا متجهة للأسفل تلتقط صورًا للأرض. من خلال رسم خريطة لسطح القيادة في البداية، يستطيع رينجر لاحقًا تحديد موقع السيارة بدقة تصل إلى سنتيمتر واحد، باستخدام “بصمة الإصبع” الفريدة للأرض جنبًا إلى جنب مع بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وتضمن هذه الدقة قيادة السيارة بتحكم استثنائي.

يقول ستاس غانكوف، الباحث في مجموعة هندسة توليد الحركة في SwRI: “إن الأمر يشبه الركوب على القضبان تقريبًا”. في هذا المشروع، تعاونت مجموعته مع أقسام أخرى في المعهد، مثل قسم أنظمة الذكاء، الذي قام بتطوير مجموعة برامج القيادة الذاتية المضافة إلى Honda Clarity.

وعلى نفس القدر من الأهمية، كانت إضافة وحدة القيادة البيئية، وهو ابتكار رئيسي من قبل SwRI. يحدد الوضع الاقتصادي سرعة القيادة الأكثر اقتصادا من خلال النظر في عوامل مختلفة مثل إشارات المرور والمركبات المحيطة. يستخدم هذا النظام خوارزميات التحكم التنبؤية للمساعدة في حل مشكلة التحسين الصعبة: كيف يمكن للسيارات تقليل استهلاك الطاقة مع الحفاظ على تدفق حركة المرور بكفاءة؟ يهدف الوضع البيئي الخاص بـ SwRI إلى تقليل التسارع والتباطؤ غير الضروريين من أجل تحسين استخدام الطاقة دون إعاقة المركبات الأخرى.

“المركبات ذاتية القيادة التي تعمل في الوضع البيئي تؤثر على سلوك القيادة لجميع السيارات التي تقف خلفها.” —ستاس غانكوف، معهد أبحاث الجنوب الغربي

ولتوضيح كيفية عمل هذه التقنية، قام الفريق بتثبيت إشارة مرورية على طول مسار العرض التوضيحي. يقول غانكوف إن مؤقت إشارة المرور الفعلي من خزانة إشارة المرور كان متصلاً بشاشة تلفزيون، مما يوفر رؤية مرئية للحاضرين. تم أيضًا توصيل راديو مخصص للاتصالات قصيرة المدى (DRSC)، لبث معلومات مرحلة الإشارة وتوقيتها إلى السيارة. مكّن هذا الإعداد السيارة من توقع تصرفات إشارة المرور بدقة أكبر بكثير مما يستطيع السائق البشري فعله.

على سبيل المثال، يقول غانكوف، إذا كانت سيارة Honda Clarity تقترب من الضوء الأحمر الذي كان على وشك التحول إلى اللون الأخضر، فإنها ستعرف أن الضوء كان بسبب التغيير وبالتالي تتجنب إهدار الطاقة عن طريق الفرامل ثم زيادة السرعة مرة أخرى. على العكس من ذلك، إذا كانت السيارة تقترب من الإشارة بينما كانت على وشك التحول من الأخضر إلى الأصفر إلى الأحمر، فسوف تطلق السيارة دواسة الوقود وتسمح للاحتكاك بإبطائها إلى حد الزحف، وتجنب التسارع غير الضروري في محاولة للتغلب على الضوء.

يمكن أن تؤدي استراتيجيات القيادة الذاتية هذه إلى توفير كبير في الطاقة، مما لا يعود بالنفع على المركبات ذاتية القيادة نفسها فحسب، بل أيضًا على النظام البيئي المروري بأكمله.

يقول غانكوف: “في حالة المرور العادية، تؤثر المركبات ذاتية القيادة التي تعمل في الوضع البيئي على سلوك القيادة لجميع السيارات التي تقف خلفها”. “والنتيجة هي أنه حتى المركبات ذات المستوى 0 من القيادة الذاتية تستخدم الوقود بشكل أقل.”

خطة طاقة المركبات الكبرى

شاركت SwRI في مبادرة NEXTCAR منذ عام 2017. وتضمنت المرحلة الأولية للبرنامج 11 فريقًا، بما في ذلك SwRI، وجامعة ميشيغان التكنولوجية، وجامعة ولاية أوهايو، وجامعة كاليفورنيا بيركلي. وركزت SwRI، بالتعاون مع جامعة ميشيغان، على تحسين سيارة تويوتا بريوس برايم، المعروفة بالفعل بكفاءتها في استهلاك الوقود، لتحقيق تحسن بنسبة 20 بالمائة في استخدام الطاقة من خلال خوارزميات التحسين والتواصل اللاسلكي مع المناطق المحيطة بها. وقد تم تحقيق ذلك دون تعديل مجموعة نقل الحركة في تويوتا أو المساس بانبعاثاتها. استخدم الفريق تحسين تقسيم الطاقة، وتحقيق التوازن بين استخدام محرك الغاز ونظام دفع البطارية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.

بناءً على نجاح المرحلة الأولى من NEXTCAR، دخل البرنامج مرحلته الثانية في عام 2021، ولم يتبق سوى SwRI وUC Berkeley وMichigan Tech وOhio State. كان تركيز NEXTCAR 2 هو تحديد مقدار الأتمتة التي يمكن أن تزيد من تعزيز كفاءة الطاقة. يوضح غانكوف أنه في حين أظهرت المرحلة الأولى تحسنًا في كفاءة استخدام الطاقة بنسبة 20 بالمائة مقارنةً بمركبة طراز عام 2016 أو 2017 مع عدم وجود قدرات قيادة ذاتية، من خلال إضافة اتصال السيارة بكل شيء وحده، فإن المرحلة الثانية تستكشف إمكانية إنشاء تحسين إضافي بنسبة 10 بالمائة من خلال دمج الميزات المستقلة.

يقول غانكوف إن SwRI كانت تنوي في البداية الدخول في شراكة مع شركة Honda في المرحلة الثانية من NEXTCAR، ولكن عندما ظهرت مشكلات تتعلق بالتعاقد، واصلت المنظمة غير الربحية عملها بشكل مستقل. باستخدام منصة القيادة الذاتية التي طورها قسم أنظمة الذكاء في SwRI، قام فريق NEXTCAR بتجهيز سيارة Honda Clarity بما يصل إلى المستوى الرابع من القيادة الذاتية في صندوق. يتميز نظام القيادة الذاتية هذا بنظام القيادة عن طريق السلك، مما يسمح للمركبة بضبط سرعتها وتوجيهها تلقائيًا بناءً على المدخلات من مجموعة برامج القيادة الذاتية ووحدة القيادة البيئية. وهذا يضمن أن السيارة تعطي الأولوية للسلامة مع تحسين كفاءة الطاقة.

كان استخدام تقنيات مثل الدمج الفعال للطرق السريعة من الاستراتيجيات الأساسية في نهجهم لتحقيق أقصى استفادة من كل خزان وقود أو شحن بطارية. وأشار غانكوف إلى أنه “على سبيل المثال، في حالة حركة المرور الكثيفة على الطريق السريع، يعد حساب الطريقة المثلى للاندماج في الطريق السريع دون التأثير سلبًا على كفاءة استخدام الطاقة للمركبات الموجودة بالفعل على الطريق السريع أمرًا بالغ الأهمية”.

مع دخول NEXTCAR 2 عامها الأخير، كان العرض التوضيحي في قمة ARPA-E بمثابة شهادة على التقدم المحرز في تكنولوجيا المركبات ذاتية القيادة وقدرتها على تحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل كبير في النقل.