ADAS (سیستم کمک راننده پیشرفته Advanced Driver Assistance Systems) سیستم های ایمنی پسیو و اکتیوی هستند که برای حذف مولفه خطای انسانی، هنگام کار با وسایل نقلیه مختلف طراحی شده‌اند.
ADAS چیست؟
سیستم‌های ADAS یا همیار راننده از فناوری‌های پیشرفته برای کمک به راننده در حین رانندگی و در نتیجه بهبود عملکرد رانندگان استفاده می‌کنند. ADAS از ترکیب فناوری‌های سنسور برای درک دنیای اطراف خودرو استفاده می‌کند و سپس اطلاعاتی را در اختیار راننده قرار می‌دهد یا در صورت لزوم خود نیز اقدامی می‌کند.
سیستم‌های ADAS امروزه در خودروها، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها و همچنین کشاورزی، ساخت‌وساز و وسایل نقلیه نظامی اعمال می‌شوند.
بر اساس گزارش NHTSA (اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه)، تنها در سال 2019 بیش از 36000 آمریکایی در تصادفات اتومبیل کشته شدند. یادداشت تحقیقاتی حقایق ایمنی ترافیک NHTSA در آگوست 2016 گزارش داد که 94 درصد از این تصادفات ناشی از خطای انسانی است، یعنی اشتباهات راننده!!
با توجه به این واقعیت، به راحتی می توان تصور کرد که سیستم های موثر ADAS که از بسیاری از این خطاها جلوگیری می کند، جان چند نفر را می توان نجات داد. در واقع، IIHS (موسسه بیمه ایمنی بزرگراه ها) تخمین می‌زند فناوری‌های ADAS موجود در حال حاضر می توانند از اثرات 1.8 میلیون تصادف در سال جلوگیری یا کاهش دهند و به طور بالقوه جان 10000 نفر را در سال نجات دهند.
چندین سطح متمایز از ADAS وجود دارد، از دوربین‌های پشتیبان ساده و سنسورهای هشدار نقطه کور گرفته تا سیستم‌های هشدار خروج از خط، کروز کنترل تطبیقی، پارک خودکار و غیره. توسعه نهایی ADAS روزی وسایل نقلیه‌ای خواهند بود که واقعاً خودران هستند، که به آنها «خودران» می‌گویند و نیازی به راننده انسانی ندارند. اما حتی در حال حاضر، سال‌ها قبل از رسیدن به خودروهای کاملاً خودمختار، ویژگی‌های ایمنی ADAS رانندگی را هر روز ایمن‌تر و ایمن‌تر می‌کند.
شرکت‌ها در سراسر جهان میلیاردها دلار سرمایه گذاری در توسعه فناوری های ADAS انجام می دهند. امروزه به سختی می توان خودروسازی را پیدا کرد که منابع قابل توجهی را برای فناوری ADAS اختصاص نداده باشد. جنرال موتورز، ولوو، تویوتا، فورد، فولکس واگن، تسلا، بی‌ام‌و و آئودی و … . این فهرستی طولانی است که تقریباً از هر خودروساز، کامیون و اتوبوس در جهان تشکیل شده است.
فناوری ADAS به سرعت در حال پیشرفت است و هیچ کس نمی‌خواهد پشت سر این تکنولوژی جذاب بماند.
طرز کار ADAS
سیستم ADAS با هشدار دادن به راننده در مورد خطر یا حتی اقدام برای جلوگیری از تصادف کار می‌کند. وسایل نقلیه مجهز به ADAS می توانند محیط اطراف خود را حس کنند، این اطلاعات را به سرعت و با دقت در یک سیستم کامپیوتری پردازش کنند و خروجی صحیح را در اختیار راننده قرار دهند.
وسایل نقلیه مجهز به ADAS دارای مجموعه‌ای از سنسورهای پیشرفته هستند که چشم‌ها، گوش‌ها و تصمیم‌گیری راننده انسان را تقویت می‌کنند. آیا می توانید در تاریکی ببینید؟ خب چشم انسان چنین توانایی ای ندارد، اما رادار می‌تواند! آیا می‌توانید قبل از اینکه دنده عقب بگیرید؛ برای اینکه تشخیص دهید کودکی پشت ماشین هست یا نه مانند خفاش یا دلفین ها پژواک یابی کنید؟ ( مکان یابی از طریق پژواک) قطعا نه! اما سنسورهای سونار SONAR می توانند. آیا می توانید همه جهات را در یک زمان ببینید؟ نه، اما دوربین‌ها و سنسورهای لیدار LiDAR می توانند. آیا طول و عرض جغرافیایی دقیق خود را همیشه می دانید؟ خیر، اما چندین صورت فلکی از ماهواره های موقعیت یاب جهانی در فضا می توانند این اطلاعات را به ماشین شما ارسال کنند و موارد دیگر.
معماری سیستم ADAS شامل مجموعه‌ای از سنسورها، رابط‌ها و یک پردازنده کامپیوتری قدرتمند است که همه داده‌ها را یکپارچه می‌کند و در لحظه تصمیم‌گیری می‌کند. این حسگرها دائماً محیط پیرامون خودرو را بررسی می‌کنند و دیتاها را برای اولویت‌بندی و تصمیم گیری در اختیار رایانه‌های ADAS قرار می‌دهند. امروزه این سیستم با جلوگیری از حوادثی که بدون وجود آن ممکن است اتفاق بیافتد، جان افراد زیادی را نجات می‌دهد. روزی، این فناوری ها به خودروهای کاملاً خودمختار منجر خواهند شد.
سیستم ADAS پسیو چیست؟
عملکرد سیستم دستیار راننده پیشرفته پسیو
ABS- سیستم های ترمز ضد قفل: از لغزش و چرخش خودرو در هنگام ترمز اضطراری جلوگیری کنید.
ESC – کنترل پایداری الکترونیکی: به راننده کمک می‌کند تا از کم فرمانی یا بیش فرمانی اجتناب کند، به ویژه در شرایط رانندگی غیرمنتظره.(کم فرمانی زمانی رخ می دهد که چرخ های جلو از کشش کافی برخوردار نیستند و ماشین به جای دور زدن به حرکت در مسیر مستقیم ادامه دهد. بیش فرمانی نیز درست برخلاف آن است: خودرو بیشتر از آنچه که راننده می خواهد دور می زند و این باعث می شود که چرخ عقب لغزیده و خودرو بچرخد.)
TCS – سیستم کنترل کشش: دارای ویژِگی های ABS و ESC در بالا، برای کمک به راننده در حفظ کشش کافی در مسیرهای منحنی و پیچ ها.
دوربین پشتیبان: در هنگام پارک کردن یا دنده عقب گرفتن، دید مناسبی از پشت خودرو را در اختیار راننده قرار می‌دهد.
LDW – هشدار انحراف مسیر: اگر وسیله نقلیه در لاین خود حرکت نکند به راننده هشدار می‌دهد.
FCW – هشدار برخورد در جلو: به راننده می گوید برای جلوگیری از برخورد پیش رو ترمز کند.
تشخیص نقطه کور: به راننده هشدار می دهد که یک وسیله نقلیه در نقطه کور او وجود دارد.
کمک پارک: هنگامی که سپرهای جلو یا عقب با سرعت کم به یک جسم نزدیک می شوند، به عنوان مثال هنگام مانور در فضای پارک، به راننده هشدار می دهد.
سیستم ADAS اکتیو
در سیستم کمک راننده پیشرفته اکتیو، خودرو مستقیماً وارد عمل می‌شود. نمونه‌هایی از توابع عملکرد ADAS اکتیو عبارتند از:
ترمز اضطراری خودکار: برای جلوگیری از برخورد با وسیله نقلیه جلوتر یا اشیاء دیگر، از جمله عابران پیاده، حیوانات یا هر چیزی که در مسیر حرکت است، به صورت خودکار ترمز می کند.
فرمان اضطراری: ماشین را هدایت می کند تا از برخورد با شی در مسیر حرکت جلوگیری کند.
کروز کنترل تطبیقی: تنظیم سرعت کروز کنترل برای مطابقت با وسایل نقلیه جلویی.
دستیار حفظ مسیر: هدایت خودرو به گونه ای که در مرکز خط مسیر در حال حرکت باقی بماند.
دستیار ترافیک: ترکیبی از کروز کنترل تطبیقی و Lane Keeping Assist برای ارائه کمک نیمه خودکار به راننده در هنگام حوادث ترافیکی متراکم، به عنوان مثال، شرایط توقف و حرکت به دلیل بسته شدن خطوط، ساخت و ساز جاده و غیره.
پارک خودکار: مانور خودکار در فضاهای پارکینگ.
چشم انداز توسعه نهایی سیستم ADAS
توسعه نهایی فناوری ADAS، استقلال کامل است، یعنی قابلیت رانندگی خودران (یک مخفف رایج AV – “خودروی خودکار یا Autonomous Vehicle” است). اگر در آینده دنیایی را تصور کنیم که در آن اتومبیل ها، کامیون ها و اتوبوس ها بدون کنترل اپراتورهای انسانی در حال تردد هستند، چالش‌های موجود در ایجاد چنین سیستم گسترده‌ای از فناوری‌های رانندگی خودکار دلهره آور به نظر می رسند. اما ثمره عالی خواهد بود:
- شمار تصادفات بسیار کمتری ناشی از خطای راننده است، به این معنی که صدمات انسانی و مرگ کمتر، و همچنین وسایل نقلیه و اموال آسیب دیده یا تخریب شده کمتر است.
- مصرف انرژی کمتر و احتمالاً سرانه خودروهای کمتر
- سیستم‌های ترافیکی خود مدیریت در جاده‌های شلوغ، به معنی ترافیک کمتر.
- و خیلی های دیگر…
در سال 1963 شیکاگو “رمپ متر” (چراغ‌های راهنمایی) را در رمپ‌های بزرگراه‌های شلوغ معرفی کرد تا تعداد اتومبیل‌هایی را که می‌توانستند در ساعات شلوغ روز وارد شوند؛ تنظیم کند و از ترافیک جلوگیری کند. این اقدام امروزه در سراسر جهان یافت می شود. در آینده، این نوع مقررات می‌تواند در سطح بالاتری انجام شود، به طور مثال با سرعت‌دهی یا حتی تغییر مسیر خودروها برای جلوگیری از ترافیک.
سطوح استقلال یا خودگردانی وسایل نقلیه
وزارت حمل و نقل ایالات متحده شش سطح از استقلال خودرو را که توسط SAE (انجمن بین المللی مهندسان خودرو) توسعه یافته است، به شرح زیر پذیرفته است:
|
سطح
|
عنوان
|
توضیحات
|
|---|---|---|
|
0
|
بدون استقلال
|
راننده 100% کنترل خودرو را در دست دارد. ممکن است سیستم هایی مانند ترمزهای ABS نصب شده باشند، اما آنها خودرو را نمی رانند!.
|
|
1
|
کمک راننده
|
پایین ترین سطح اتوماسیون، که در آن یک سیستم واحد مانند کروز کنترل پسیو یا کروز کنترل تطبیقی برای کمک به راننده وجود دارد.
|
|
2
|
اتوماسیون رانندگی جزئی
|
وسایل نقلیه سطح 2 دارای سیستم ADAS هستند که می تواند بدون دخالت انسان آن را هدایت کند، شتاب بگیرد و ترمز کند. با این حال، یک انسان باید در صندلی راننده باشد و بتواند هر زمان که بخواهد کنترل را به دست بگیرد، از این رو "جزئی" در عنوان این سطح وجود دارد.
|
|
3
|
اتوماسیون رانندگی مشروط
|
این وسایل نقلیه که یک پله قابل توجه از سطح 2 بالاترند، می توانند بر اساس ترافیک و سایر ملاحظات تصمیم گیری کنند و سپس بر اساس آنها عمل کنند. یک اپراتور انسانی همچنان باید در صندلی راننده باشد و بتواند در هر زمان لازم مسئولیت را به عهده بگیرد.
|
|
4
|
اتوماسیون رانندگی سطح بالا
|
این وسایل نقلیه خودران هستند، اما در این برهه از زمان، فقط در محدوده جغرافیایی خاص، جاده ها یا در محدوده سرعت مشخصی کار می کنند. خدمات تاکسی و اجاره خودرو در چندین مارکت امروزه وسایل نقلیه سطح 4 را به کار می گیرند.
|
|
5
|
اتوماسیون کامل رانندگی
|
هنوز در دسترس عموم مردم نیست، یک ماشین سطح 5 اصلاً نیازی به تعامل انسانی ندارد. در واقع، یک ماشین یا کامیون سطح 5 نیازی به داشتن فرمان یا ترمز یا هیچ وسیله ای برای یک راننده انسانی ندارد.
|
انواع وسایل نقیله خودران
امروزه انواع مختلفی از وسایل نقلیه خودران وجود دارد:
ماشین های مسافری
تاکسی و وسایل نقلیه اجاره‌ای
وسایل نقلیه حمل و نقل، بزرگ و کوچک
ماشین‌های سواری خودران
خودروهای سواری و تاکسی های کاملاً خودران همچنان هدف نهایی این فناوری هستند. اما مانند مأموریت‌های کره ماه در دهه‌های 1960 و 1970، مجموعه عظیمی از مزایای، چه در داخل و چه در خارج از اکتشافات فضایی، ناشی از چالش‌های فنی بود که باید برای فرستادن انسان‌ها به ماه و بازگرداندن سالم آنها به زمین، غلبه می‌کرد.
بنابراین، امروز، سال‌ها قبل از دستیابی به استقلال 100%، ما در حال بهره‌برداری از مزایای پیشرفت‌های حاصل از فناوری ADAS هستیم. سیستم‌های ADAS با عملکردهایی مانند جلوگیری از برخورد، دوربین‌های پشتیبان، سنسورهای پارک، کروز کنترل تطبیقی و تشخیص نقاط کور، رانندگی را ایمن‌تر کرده‌اند.
“Autopilot” سطح 2 تسلا پیشرفته ترین فناوری خودران موجود در بازار نیست، اما احتمالاً به دلیل محبوبیت برند تسلا، بهترین فناوری توسط مصرف کنندگان شناخته شده است. تسلا به عنوان سازنده خودروهای سواری کاملا الکتریکی به شهرت رسید. آنها در سال های 2021 و 2022 در حال گسترش به فضای کامیون‌های کوچک (وانت بار) و بزرگ (کلاس 8) هستند.
فناوری خودران و خودروهای الکتریکی به خوبی با هم تطابق دارند، زیرا هر دو برپایه کامپیوتر هستند. در ژوئیه 2021، تسلا شروع به دانلود نسخه بتای 9 سطح 4 خود ( مدت ها در انمتظار آن بودیم) در خودروهای مشتریان خود کرد. در عین حال، تسلا سریعاً هشدار می دهد که رانندگان باید در صندلی راننده نشسته و بتوانند در هر لحظه کنترل را به دست بگیرند. ایلان ماسک، مدیرعامل تسلا، وعده این نسخه بتا را از سال 2018 آغاز کرد.
یاندکس (Yandex) نیز خودروهای خودران خود را در شهرهای مختلف جهان آزمایش کرده است. این کمپانی همچنین ویدیوی یک ساعت رانندگی در خیابان‌های Ann Arbor میشگان توسط یکی از ماشین‌هایش را در حال عبور در مناطق ساخت‌وساز، حضور عابران پیاده و حرکت سایر وسایل نقلیه، منتشر کرده است.
در این شهرها به تمهیدات خاصی نیاز است تا امکان استقرار آزمایشی و تجاری وسایل نقلیه خودران فراهم شود. البته خطراتی وجود دارد و برای مقابله با آنها، به عنوان مثال، زمانی که حوادث ناگزیر رخ می دهند، باید قوانین جدیدی نوشته شود.
تاکسی های خودران
شرکت‌هایی که روی تاکسی‌های خودران (معروف به «تاکسی‌های رباتیک») کار می‌کنند، می‌توان به Waymo، TuSimple، Plus AI و غیره اشاره کرد. جای تعجب نیست که غول‌های ride-share یا اشتراک‌گذاری سواری، Uber و Lyft عمیقاً درگیر فضای خودران هستند، میلیون‌ها دلار سرمایه‌گذاری کرده و اتحادهایی را در سراسر چشم‌انداز self-driving تشکیل می‌دهند. آنها به دنبال جایگزینی هزینه های رانندگان انسانی با فناوری هستند، درست مانند شرکت های حمل و نقل کامیون های بزرگ و کوچک.
تاکسی های بدون راننده Waymo
Waymo یکی از شرکت‌های تابعه آمریکایی آلفابت، شرکت مادر گوگل است. امروزه، مردم منطقه شهری فونیکس در ایالات متحده می‌توانند با استفاده از برنامه Waymo در تلفن های هوشمند خود، از تاکسی کاملاً مستقل Waymo One استفاده کنند. تاکسی های بدون راننده Waymo در سطح 4 از استقلال در نظر گرفته می‌شوند، اما فقط در یک مسیر تعیین شده و تحت شرایط مشخص.
تا زمان نگارش این مقاله، ویمو 300 تاکسی را در مساحت 100 مایل مربع (260 کیلومتر مربع) که شامل شهرهای Chandler، Gilbert، Mesa و Tempe می‌شود، بکار گرفته است. لازم به ذکر است که تاکسی‌های Waymo کاملاً بدون راننده بوده و با نام مستعار «تنها سوار» کار می‌کنند.
کامیون های بدون راننده
طبق گزارش وزارت انرژی ایالات متحده (US DOE)، وسایل نقلیه سالانه 11 میلیارد تن (9.9 میلیارد تن) بار – تقریباً 35 میلیارد دلار (29.5 میلیارد یورو) کالا در روز حمل می‌کنند و مردم را بیش از 3 تریلیون مایل جابجا می‌کنند. (T Km ~4.8). بخش حمل و نقل تقریباً 30٪ از کل نیازهای انرژی ایالات متحده و 70٪ از مصرف نفت ایالات متحده را تشکیل می دهد.
مقیاس این اعداد دلیل علاقه DOE به افزایش بهره وری انرژی در حمل و نقل است و ویژگی‌های پیشرفته ADAS یک جزء ضروری است. چگونه؟
یکی از اولین کاربردهایی که برای وسایل نقلیه خودران یا بدون راننده در نظر گرفته شده بود، در حوزه کامیون‌های “جوخه” بود. در این سناریو، که برای اولین بار توسط مجله Popular Science در سال 1995 ارائه شد، یک کامیون سربی که توسط یک اپراتور انسانی هدایت می‌شود، یک کاروان (معروف به “جوخه”) از کامیون‌های خودران را هدایت می‌کند که به دنبال یک رهبر تحت هدایت انسان می‌رود. این رویکرد نه تنها در حمل و نقل، بلکه در کشاورزی، معدن، عملیات نظامی و غیره کاربرد دارد. فناوری Peloton با حمایت ولوو به طور فعال در حال توسعه فناوری “جوخه” کامیون ها است.
طبق یک گزارش DOE در سال 2018: «جوخه شامل استفاده از ارتباطات وسیله نقلیه به وسیله نقلیه و سنسورها، مانند دوربین ها و رادار، برای اتصال مجازی دو یا چند کامیون به یکدیگر در یک کاروان است. پیوند مجازی همه وسایل نقلیه موجود در جوخه را قادر می‌سازد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و به آنها امکان می‌دهد به طور خودکار با هم شتاب بگیرند، با هم ترمز کنند و آنها را قادر می‌سازد تا در فاصله نزدیک‌تری نسبت به کامیون‌های غیرمرتبط از یکدیگر دنبال کنند.
مزایای جوخه سازی عبارتند از:
کاهش هزینه های انرژی، زیرا وسیله نقلیه سربی هوا را قطع می کند و کشش آیرودینامیکی در کامیون های جوخه دار را کاهش می دهد.
از آنجا که فواصل کمتری بین آنها وجود دارد، کامیون‌های پلاتونی فضای کمتری را در جاده ها اشغال می‌کنند.
افزایش ایمنی انسان، زیرا تنها یک راننده وجود دارد. این امر در دسته بندی خودروهای نظامی که در مناطق جنگی عمل می کنند، حائز اهمیت تر است.
امروزه تاکید بر وسایل نقلیه تجاری خودران برای تحویل بار در کامیون‌های بزرگ و همچنین تحویل محلی غذا و بسته‌های کوچک در کامیون‌های بسیار کوچک‌تر است که گاهی به عنوان تحویل «آخرین مایل» نامیده می‌شود. این شامل بسته‌ها و همچنین مواد غذایی مانند تحویل پیتزا می‌شود. شرکت های متعددی در مراحل آزمایشی و عملیاتی کوچک مقیاس توسعه در این زمینه هستند. شرکت هایی که در این زمینه فعالیت می کنند عبارتند از دایملر، ولوو، ناویستار، پاککار (سازنده کامیون های Peterbilt، DAF و Kenworth)، فورد اوتوسان و غیره.
Waymo Via سرویس تحویل تجاری Waymo است که از فناوری خودروهای بدون راننده یکسانی از سرویس تاکسی خود برای حمل‌ونقل در مسافت‌های طولانی و همچنین تحویل آخرین مایل با استفاده از وسایل نقلیه بسیار کوچک‌تر استفاده می‌کند. Waymo خودرو تولید نمی‌کند اما با شرکت های دیگری مانند فیات-کرایسلر، آئودی، تویوتا و جگوار شریک شده است.
تسلا در حال توسعه Tesla Semi است که یک خودروی نیمه کلاس 8 برای حمل و نقل طولانی مدت است. این خودرو دارای چهار موتور الکتریکی مستقل است – یکی در هر چرخ محرک. نسخه اول به یک راننده نیاز دارد، اما در نظر گرفته شده است که به یک کامیون کاملا مستقل بر اساس سیستم Autopilot این شرکت تبدیل شود.
