Wie Autos eines Tages miteinander reden werden

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Das selbstfahrende Auto ist in den letzten Jahren zu einem heißen Thema geworden. Viele Unternehmen, einschließlich Google, glauben, dass diese Technologie Wunder für den weltweiten Transport bewirken könnte.

Selbstfahrende Autos sind nicht nur bequem. Sie sind außerdem kostengünstiger, sparsamer und sicherer. Sie könnten sogar lange, langweilige Wege in eine Gelegenheit verwandeln, sich zu entspannen, ein Buch zu lesen oder zu einer Besprechung einzuladen.

Beim morgigen Transport geht es jedoch nicht nur um das selbstfahrende Auto. Die Zukunft wird sehen Netzwerke von Autos, die zusammenarbeiten, um die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten und sie effizient an ihre Ziele zu bringen.

Dazu brauchen Autos jedoch eine Möglichkeit, miteinander zu sprechen.

Bereit zu reden?

Die drahtlose Kommunikation zwischen autonomen Fahrzeugen war für Forscher, die das Auto von morgen entwickeln, schon immer ein Thema von Interesse. Demonstrationen wie Googles selbstfahrendes Auto Die schockierenden Effekte des fahrerlosen Google-Autos [INFOGRAPHIC]

Die Zukunft ist näher als Sie vielleicht denken. Dank der streng geheimen Forschungsabteilung von Google, Google X, sind fahrerlose Autos nun Realität und könnten in nicht allzu ferner Zukunft den Mainstream erreichen ... Weiterlesen , die nicht einmal ein Lenkrad enthalten, sind beeindruckend - aber es handelt sich auch um Einzelprojekte, die in begrenztem Umfang gebaut wurden.

Das Problem, mit dem Forscher konfrontiert sind, ist nicht mehr, wie es geht bauen ein autonomes Fahrzeug, wie dies bereits erreicht wurde. Stattdessen besteht das Problem darin, wie ein autonomes Fahrzeug hergestellt werden kann sicher und zuverlässig auf den heutigen Straßen. Selbstfahrende Autos, die alleine fahren, bieten ihren Besitzern möglicherweise Komfort, erkennen jedoch nicht die Effizienz, Sicherheit und Kostenvorteile, die das autonome Fahrzeug bieten kann.

Diese Verbesserungen können nur über ein autonomes Fahrzeugnetzwerk freigeschaltet werden. Es wurde kein solches Netzwerk aufgebaut, daher variieren die Meinungen darüber, wie es aussehen könnte, aber Forscher arbeiten daran, die Idee zu konkretisieren.

Das Mobility Transformation Center am MIT drängt beispielsweise darauf, Ann Arbor (die Heimatstadt der Schule) zu einem führenden Anbieter von automatisiertem Autofahren zu machen. Larry Burns, ein Ingenieurprofessor an der Schule, hat sich zur Inspiration an das Tierreich gewandt und darauf hingewiesen, dass:

„Bienen schwärmen. Gänse strömen. Und sie treffen sich nicht. "

Ein Schwarm von Fehlern mag im Vergleich zu automatisierten Autos seltsam erscheinen, zeigt jedoch die engen Toleranzen an, die ein Netzwerk autonomer Autos ermöglichen könnte. Ein typischer menschlicher Fahrer benötigt 215 Millisekunden, um zu reagieren, wenn er nicht abgelenkt ist. Das bedeutet, dass ein Auto, das sich mit 100 Stundenkilometern bewegt, ungefähr sechs Meter weit fährt, bevor der Fahrer überhaupt reagieren kann. Sichere Fahrer lassen aufgrund dieser Verzögerung oft mehrere Fahrzeuglängen zwischen sich und dem Fahrzeug vor sich.

Radiowellen sind jedoch fast augenblicklich Die gängigsten erklärten Wi-Fi-Standards und -TypenVerwirrt von den verschiedenen verwendeten Wi-Fi-Standards? Folgendes müssen Sie über IEEE 802.11ac und ältere Wireless-Standards wissen. Weiterlesen (in den Entfernungen, in denen automatisierte Autos fahren), was bedeutet, dass automatisierte Autos theoretisch mit nur wenigen Fuß Abstand sicher arbeiten können. Plötzlich macht das Bild eines Schwarms mehr Sinn; Ein Netzwerk autonomer Autos würde nicht wie der heutige Verkehr aussehen, sondern wie ein ständiger Fluss von Fahrzeugen, die sich organisch bewegen und zwischen jedem Auto einen Abstand von einem Meter (und manchmal weit weniger) lassen. Auf den ersten Blick mag die Bewegung zufällig erscheinen, aber sie wäre tatsächlich hoch koordiniert. Sie werden Zeuge eines Kanals von Autos, die sich nach links bewegen und in Lücken übergehen, die nur Zentimeter größer sind als die Autos selbst, wenn es eine Ausfahrt eine halbe Meile die Straße hinauf gibt.

Aber einfach zu sagen, dass dies durch Radiowellen ermöglicht wird, ist vergleichbar mit der Aussage „Ein Zauberer hat es getan!“. Da sind viele verschiedene Konzepte, wie ein Netzwerk automatisierter Autos funktionieren könnte, und sie funktionieren im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien.

Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation

Der naheliegendste Weg zu Netzwerke von automatisierten Fahrzeugen ermöglichen So gelangen wir in eine Welt voller fahrerloser AutosFahren ist eine mühsame, gefährliche und anspruchsvolle Aufgabe. Könnte es eines Tages durch Googles fahrerlose Autotechnologie automatisiert werden? Weiterlesen ist, sie direkt miteinander sprechen zu lassen. Aus technischer Sicht ist dies relativ einfach und springt tatsächlich von den aktuellen Kollisionsvermeidungstechnologien ab. Viele Luxusautos verfügen jetzt über eine automatische Geschwindigkeitsregelung und automatisierte Bremssysteme mit niedriger Geschwindigkeit, die mit einer Vielzahl von Sensoren arbeiten. Fügen Sie ein Radio und einen Standard hinzu, über den Fahrzeuge Daten über Funk austauschen können, und presto! Sie haben ein einfaches drahtloses Netzwerk.

Dies hat einen Reiz, da es sofort verwendbar ist und mit Fahrzeugen betrieben werden kann, die nicht automatisiert sind. Die National Highway Traffic and Safety Administration, die oberste Aufsichtsbehörde, die die Straßen in Amerika überwacht, hat bereits die Implementierung einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V) empfohlen Kollisionen zu verhindern. Ein Bericht von vier NTSB-Forschern festgestellt, dass:

„… Mit Ausnahme von Fahrern, die durch Alkohol oder Schläfrigkeit beeinträchtigt sind, bewältigen diese Systeme [V2V] 81 Prozent aller Fahrzeugunfälle mit unbeeinträchtigten Fahrern.“

Dies bedeutet, dass V2V-Systeme die meisten Autounfälle verhindern könnten, wenn alle Fahrzeuge sie implementieren würden.

Eine beliebte theoretische Implementierung von V2V ist das "Zug" -System. Bei dieser Idee, die es seit mindestens 1993 gibt, handelt es sich um Gruppen automatisierter Fahrzeuge, die zusammen eine lange, eng beieinander liegende Linie bilden. Dies hält die automatisierten Autos von denen fern, die nicht automatisiert sind, und bietet aerodynamische Vorteile, die den Kraftstoffverbrauch senken (mit Ausnahme des Führungswagens).

In diesem System könnte praktisch jede Art von drahtloser Kommunikation funktionieren, da jedes Fahrzeug im Zug nur mit dem vor ihm befindlichen kommunizieren müsste. Beliebig viele moderne Funktechnologien (Volvo demonstrierte einen Zug mit 802.11p WiFi) könnte zuverlässig arbeiten, da der kurze Kommunikationsbereich Interferenz- und Empfangsprobleme begrenzt. Selbst eine vorübergehende Unterbrechung der Kommunikation wäre nicht katastrophal, da jedes automatisierte Auto nur die Geschwindigkeit mit der vorhergehenden übereinstimmen muss. Erik Coelingh, Ingenieur bei Volvo, erzählte Phys.org "Wir [Volvo] glauben, dass Platooning heute sicherer sein kann als normales Fahren", und erläuterten, dass die Der Automobilhersteller prüft genau, wie das am effizientesten und sichersten umgesetzt werden kann Idee.

V2V-Systeme wie Platooning sind eine relativ einfache Möglichkeit, autonome Fahrzeuge zu implementieren, aber die Idee ist nicht perfekt. Allen V2V-Systemen fehlt eine zentralisierte Hardware, die für den gesamten Transport zuständig ist. Platoons sind beispielsweise für die beteiligten Autos effizient, reagieren jedoch nicht dynamisch auf den Verkehr und können nicht mit der Straßeninfrastruktur kommunizieren. Wenn ein Zug auf starken Verkehr stößt, wird er einfach langsamer und folgt der vom Führungswagen festgelegten Route. Für V2V-Netze gibt es keine Möglichkeit, einen Stau zu „sehen“ und eine alternative Route zu berechnen oder das Timing der nächsten drei Ampeln vorherzusagen und die Geschwindigkeit entsprechend anzupassen. Die volle potenzielle Effizienz des automatisierten Fahrzeugs kann mit einem größeren und komplexeren System nicht realisiert werden.

Fahrzeug-zu-Infrastruktur

Diese Effizienz kann nur aktiviert werden, wenn autonome Autos nicht nur miteinander, sondern auch mit der Umwelt interagieren können, wodurch der bereits erwähnte „Bienenschwarm“ ermöglicht wird. Dazu muss jedes Auto in der Lage sein, sich in ein Netzwerk einzubinden, das nicht nur die unmittelbare Umgebung, sondern auch einen viel größeren Bereich umfasst, der möglicherweise so groß ist wie die gesamte Stadt, in der das Fahrzeug fährt. Diese Art von Netzwerk wird als Fahrzeug-zu-Infrastruktur bezeichnet und ist weitaus komplexer.

Ein deutsches Unternehmen dirigiert derzeit Eine dreimonatige Testversion eines V2I-Systems namens simTD Damit können vernetzte Autos mit Infrastrukturelementen kommunizieren. Zum Beispiel kann ein Auto mit diesem System mit einem bevorstehenden sprechen Ampel Arduino-Programmierung für Anfänger: Ampelsteuerungs-Projekt-TutorialDurch den Bau eines Arduino-Ampelsteuergeräts können Sie grundlegende Codierungsfähigkeiten entwickeln! Wir bringen Sie zum Laufen. Weiterlesen und passen Sie die Geschwindigkeit an, um die Ankunft mit der Änderung des Lichts zu planen. Dadurch wird die Leerlaufzeit verkürzt, was die Kraftstoffeffizienz verbessert. Das System kann ein Auto und seine Insassen auch vor bevorstehenden Straßengefahren warnen, indem es Daten empfängt, wenn ein anderes Auto rutscht oder die Traktion verliert.

Selbst diese rudimentäre Implementierung von V2I ermöglicht jedoch Sicherheits- und Effizienzvorteile Der Nachteil ist die Komplexität. Eine Kombination aus WiFi, UMTS und GRPS (die beiden letzteren sind zellulare Datenstandards GSM Vs. CDMA: Was ist der Unterschied und was ist besser?Sie haben vielleicht schon einmal die Begriffe GSM und CDMA in einem Gespräch über Mobiltelefone gehört, aber was bedeuten sie wirklich? Weiterlesen ) dienen der ständigen Kommunikation mit der Infrastruktur und anderen Fahrzeugen.

SimTD verwendet auch Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Übertragungen als Verkettung, um die Infrastrukturkommunikation zu ermöglichen, wenn keines der Funkgeräte eines Fahrzeugs ein Signal empfangen kann. Das ist eine großartige Idee, aber es bedeutet, dass jedes Auto in der Kette einen kompatiblen Standard verwenden muss, und es stellt sich auch die Frage, wie die Mobilfunkkommunikation von Anbietern dieses Dienstes gehandhabt wird.

Und dann ist da noch die Infrastruktur. SimTD hat mit Fahrzeugherstellern und der Stadt Frankfurt zusammengearbeitet, um eine Feldtria durchzuführenl, aber es war auf nur zwanzig Ampeln begrenzt. Die Implementierung der für die V2I-Kommunikation erforderlichen Infrastruktur ist ein teures Unterfangen und besonders schwierig (wenn nicht unmöglich) in ländlichen Gebieten umzusetzen, in denen es viel Straße und nicht viel Geld gibt, um die Infrastruktur aufzubauen erforderlich.

Die kombinierte Lösung

All dies macht es im besten Fall schwierig, V2I zu implementieren, aber die gute Nachricht ist, dass es vollständig mit V2V kompatibel ist und wahrscheinlich sogar in jedes reale System integriert wird. Dies bedeutet, dass Fahrzeuge, die nicht in der Lage sind, mit der Infrastruktur zu kommunizieren, in begrenztem Umfang weiterhin im Netzwerk betrieben werden können und alle Fahrzeuge bei Bedarf standardmäßig V2V-Kommunikation verwenden können.

In der Tat ist es unwahrscheinlich, dass irgendwo auf der Welt eine Infrastrukturlösung alleine entsteht. Der Aufbau eines solchen Netzwerks ist sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig. Es erfordert auch ausgereifte Technologie, da eine Änderung des Kommunikationsstandards auf halbem Weg durch die Gebäudeinfrastruktur das gesamte Projekt ruinieren könnte.

Im Gegensatz dazu werden V2V-Plattformen bereits in begrenzter Anzahl bereitgestellt. Im Gegensatz zu dem, was Sie vielleicht gehört haben, Sie haben noch einen langen Weg vor sich, bevor sie in großer Zahl die Autobahnen befahren werden, aber sie existieren und können von unabhängigen Teams schnell entwickelt werden.

Diese beiden Ansätze für autonome Autos sind kompatibel, da sie auf denselben Kommunikationstechnologien beruhen. In der Tat ist die Kommunikation nicht das dringlichste Problem, mit dem autonome Fahrzeuge konfrontiert sind. simTD hat bereits gezeigt, dass vorhandenes WLAN und Mobilfunk gut funktionieren können. Das Problem für Forscher besteht nicht darin, zu lösen, wie sie kommunizieren, sondern zu entscheiden, wie sie sich verhalten sollen, wenn sie dies tun.

Bildnachweis: Wikimedia / SreeBot