自動駕駛汽車可以使所有汽車更加高效

自動駕駛汽車一直備受期待，因為它們有可能大大減少或消除每年導(dǎo)致超過100萬人死亡的碰撞。但安全并不是自動駕駛汽車所能提供的唯一潛在好處：世界各地的研究團隊正在證明，自動駕駛汽車也可以比人類更高效地駕駛。例如，美國能源部（U.S. Department of Energy）的一項名為NEXTCAR（下一代聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛道路車輛能源技術(shù)）的計劃押注，新的智能汽車技術(shù)的組合可以將燃油效率提高30%。
作為NEXTCAR計劃的一部分，總部位于德克薩斯州圣安東尼奧的西南研究所（SwRI）展示了自動駕駛汽車技術(shù)的進步，這些技術(shù)將提高車輛的燃油經(jīng)濟性，包括非自動駕駛汽車的燃油效率，這些汽車恰好與自動駕駛汽車一起行駛。該演示于5月下旬在達(dá)拉斯舉行的ARPA-E能源創(chuàng)新峰會上舉行。
制造高效的自動駕駛汽車
SwRI 團隊改裝了 2021 款本田 Clarity 混合動力車，具有感知和定位等基本自動駕駛功能。在峰會當(dāng)天，他們駕駛車輛沿著環(huán)繞峰會舉辦地會議中心停車場的路線行駛。研究人員在本田上安裝了SWRI的Ranger定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)有一個向下的攝像頭，可以捕捉地面圖像。通過最初繪制駕駛表面地圖，Ranger可以使用地面獨特的“指紋”與GPS數(shù)據(jù)相結(jié)合，以厘米級的精度定位車輛。這種精度確保了車輛的駕駛具有出色的控制力。
“這幾乎就像騎在鐵軌上一樣，”SwRI動力總成工程小組的研究員Stas Gankov說。對于這個項目，他的團隊與該研究所的其他部門合作，例如情報系統(tǒng)部門，該部門開發(fā)了添加到本田Clarity的自動駕駛軟件堆棧。

然而，同樣重要的是增加了一個生態(tài)駕駛模塊，這是SwRI的一項關(guān)鍵創(chuàng)新。省油模式通過考慮交通信號燈和周圍車輛等各種因素來確定最經(jīng)濟的行駛速度。該系統(tǒng)采用預(yù)測控制算法來幫助解決一個棘手的優(yōu)化問題：汽車如何在保持高效交通流量的同時最大限度地降低能耗？SwRI的節(jié)能模式旨在減少不必要的加速和減速，以便在不妨礙其他車輛的情況下優(yōu)化能源使用。
“在環(huán)保模式下運行的自動駕駛汽車會影響其后面所有汽車的駕駛行為?！猄TAS GANKOV，西南研究所

為了說明該技術(shù)的工作原理，該團隊在演示路徑上安裝了交通信號燈。Gankov說，來自交通信號柜的實際交通信號燈計時器連接到電視屏幕，為與會者提供了視覺效果。還連接了一個專用的短程通信 （DRSC） 無線電，將信號的相位和定時信息廣播到車輛。這種設(shè)置使車輛能夠比人類駕駛員更準(zhǔn)確地預(yù)測交通信號燈的動作。
例如，Gankov 說，如果本田 Clarity 接近即將變綠的紅燈，它會知道燈是由于變化而產(chǎn)生的，因此避免通過制動然后再次加速來浪費能量。相反，如果汽車在即將從綠色變?yōu)辄S色再到紅色時接近信號燈，車輛將松開油門并讓摩擦減慢其速度，避免不必要的加速以試圖擊敗信號燈。
這些自動駕駛策略可以顯著節(jié)省能源，不僅有利于自動駕駛汽車本身，也有利于整個交通生態(tài)系統(tǒng)。
“在正常的交通情況下，以環(huán)保模式運行的自動駕駛汽車會影響其后面所有汽車的駕駛行為，”Gankov說?！敖Y(jié)果是，即使是具有 0 級自動駕駛的車輛也更節(jié)約地使用燃料。”
大汽車能源計劃
自 2017 年以來，SwRI 一直是 NEXTCAR 計劃的參與者。該計劃的初始階段涉及 11 個團隊，包括 SwRI、密歇根理工大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校。SwRI與密歇根大學(xué)合作，專注于優(yōu)化以燃油效率著稱的豐田普銳斯Prime，通過優(yōu)化算法和與周圍環(huán)境的無線通信，將能源使用量提高20%。這是在不修改豐田的動力總成或影響其排放的情況下實現(xiàn)的。該團隊利用功率分配優(yōu)化，平衡燃?xì)獍l(fā)動機和電池推進系統(tǒng)的使用，以實現(xiàn)最大效率。
在NEXTCAR第一階段成功的基礎(chǔ)上，該項目于2021年進入第二階段，只剩下SwRI、加州大學(xué)伯克利分校、密歇根理工大學(xué)和俄亥俄州立大學(xué)。NEXTCAR 2 的重點是確定自動化程度可以進一步提高能源效率。Gankov解釋說，雖然第一階段比沒有自動駕駛功能的2016年或2017年車型相比，能源效率提高了20%，但僅通過增加車輛到萬物的連接，第二階段正在探索通過整合自動駕駛功能來額外提高10%的潛力。
Gankov說，SwRI最初打算與本田合作開展NEXTCAR的第二階段，但當(dāng)合同問題出現(xiàn)時，非營利組織獨立進行。利用SwRI智能系統(tǒng)部門開發(fā)的自動駕駛平臺，NEXTCAR團隊為本田Clarity配備了相當(dāng)于4級自動駕駛的盒子。該自動駕駛系統(tǒng)采用線控驅(qū)動系統(tǒng)，允許車輛根據(jù)自動駕駛軟件堆棧和環(huán)保駕駛模塊的輸入自動調(diào)整速度和轉(zhuǎn)向。這確保了車輛在優(yōu)化能源效率的同時將安全放在首位。
采用高效的高速公路合并等技術(shù)是他們充分利用每箱燃料或電池充電的關(guān)鍵策略。“例如，在高速公路上交通繁忙的情況下，計算出在不對高速公路上已有車輛的能源效率產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下并入高速公路的最佳方式至關(guān)重要，”Gankov 指出。
隨著NEXTCAR 2進入最后一年，ARPA-E峰會上的演示證明了自動駕駛汽車技術(shù)的進步及其大幅提高交通能源效率的潛力。