خودروهای خودکار از فناوری برای هدایت، شتابگیری و ترمزگیری بدون نیروی انسانی استفاده می کنند. برخی از وسایل نقلیه هنوز به یک انسان برای نظارت بر مسیر نیاز دارند، در حالی که سایر وسایل نقلیه نیازی به دخالت انسان ندارند.
 
فناوری های اتوماتیک و متصل وسایل نقلیه در میان فناوری های خودرویی هستند که بسیار مورد تحقیق قرار گرفته اند. فناوری های خودروهای موجود در حال حاضر تنها بخشی از آن چه در آینده توسعه می یابد هستند. فناوری های مربوط به خودروهای خودران، خودروهای متصل و سیستم های پیشرفته کمک راننده با یکدیگر همپوشانی دارند. در زیر مروری بر فناوری ها، تعاریف، مزایا و چالش های این بخش در حال ظهور آمده است.
 این، سیستم رانندگی خودکار است که بر محیط رانندگی نظارت می کند.
 
تصویر: نگاره ای از یک خودروی خودکار با فناوری های مورد استفاده برای کار کردن
 

سطوح اتوماسیون  و خودروهای متصل و خودگردان چیست؟

خودروهای کاملاً خودکار، خودگردان یا "خودران" توسط اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه های وزارت حمل و نقل ایالات متحده (NHTSA) (National Highway Traffic Safety Administration) به این صورت تعریف می شوند: "وسایلی که در آنها کارکرد خودرو بدون دخالت مستقیم راننده برای کنترل فرمان، شتاب و ترمز گیری و به گونه ای طراحی شده اند که انتظار نمی رود راننده هنگام کار در حالت رانندگی خودران دائماً روی جاده نظارت داشته باشد. "
 
همچنین کد عمل وزارت حمل و نقل (DfT) یک وسیله نقلیه کاملاً خودگردان را به عنوان "وسیله ای که در آن وجود راننده لازم نیست" توصیف می کند، هرچند این وسایل نقلیه قادر به حمل مسافر خواهند بود. در حالی که واقعیت وسایل نقلیه کاملاً خودران در جاده های ما تا حدی دور از دسترس است، بسیاری از وسایل نقلیه متصل در حال حاضر در جاده های ما وجود دارد. فناوری های خودروهای متصل به یکدیگر این امکان را می دهد تا با یکدیگر و زیرساخت های اطراف خود صحبت کنند. بسیاری از مردم از قبل با فناوری خودروهای متصل آشنا هستند، به عنوان مثال. ناوبری ماهواره ای، telematics  و 'eCall'.
 طیف وسایل نقلیه ای که می توانند از فناوری ارتباطات V2V استفاده کنند، از اتومبیل و کامیون گرفته تا اتوبوس و موتورسیکلت، متغیر است. حتی دوچرخه ها و عابران پیاده روزی ممکن است از فناوری ارتباطات V2V برای افزایش دید خود برای رانندگان استفاده کنند.برای سطوح مختلف اتوماسیون، به منظور استاندارد سازی، تعاریف متعددی ارائه شده است و NHTSA تعاریف بین المللی SAE  را برای سطوح اتوماسیون، برای کمک به وضوح و سازگاری، به کار گرفته است. این تعاریف، وسایل نقلیه را بر اساس "چه کسی، چه وقت چه کار می کند" به سطوح مختلف تقسیم بندی می کند.
 
* سطح 0
بدون اتوماسیون
راننده انسانی تمام رانندگی را انجام می دهد. راننده انسانی تمام جنبه های رانندگی را همیشه کنترل می کند.
 
* سطح 1
راهنمای راننده
یک سیستم پیشرفته کمک راننده (ADAS) (advanced driver assistance system) روی وسیله نقلیه می تواند به راننده انسانی در فرمان یا ترمز / شتاب کمک کند. راننده انسانی با فرمان یا شتاب / ترمز توسط سیستم کمک راننده کمک می شود با این امید که راننده انسانی تمام عملکردهای باقی مانده را انجام دهد.
 
* سطح 2
اتوماسیون جزئی
ADAS روی وسیله نقلیه می تواند تحت هر شرایطی فرمان و ترمز / شتاب را کنترل کند. راننده انسانی باید همیشه توجه کامل ("نظارت بر محیط رانندگی") را داشته باشد و بقیه وظایف رانندگی را انجام دهد. سیستم کمک راننده فرمان و شتاب / ترمز را با استفاده از اطلاعات مربوط به محیط رانندگی با این انتظار که راننده انسان تمام کارهای دیگر رانندگی را انجام دهد، بر عهده می گیرد.
 
* سطح 3
اتوماسیون مشروط
یک سیستم رانندگی خودکار (ADS) (automated driving system) بر روی وسیله نقلیه می تواند تحت هر شرایطی تمام جنبه های وظیفه رانندگی را انجام دهد. راننده انسانی باید آماده باشد تا در هر زمان که ADS از راننده انسانی بخواهد، کنترل خود را پس بگیرد. در همه شرایط دیگر، راننده انسانی وظیفه رانندگی را انجام می دهد. سیستم رانندگی خودکار تمام جنبه های رانندگی پویا را با این انتظار انجام می دهد که راننده انسانی به درخواست مداخله پاسخ مناسب دهد.
 
* سطح 4
اتوماسیون بالا
ADS روی وسیله نقلیه در شرایط خاص می تواند خود کلیه وظایف رانندگی را انجام دهد و محیط رانندگی را کنترل کند - در اصل، تمام رانندگی را انجام دهد. انسان در این شرایط نیازی به توجه ندارد. سیستم رانندگی خودکار تمام جنبه های رانندگی پویا را بر عهده می گیرد، حتی اگر راننده انسانی به درخواست مداخله پاسخ مناسب ندهد.
 
* سطح 5
اتوماسیون کامل
ADS  بر روی وسیله نقلیه می تواند تمام رانندگی را در هر شرایطی انجام دهد. سرنشینان انسان فقط مسافر هستند و هرگز نیازی به رانندگی ندارند. سیستم رانندگی خودکار تمام جنبه های رانندگی پویا را در تمام شرایط جاده ای و محیطی بر عهده می گیرد.
 
وسایل نقلیه متصل

وسایل نقلیه متصل از فناوری برای برقراری ارتباط با یکدیگر، برقراری ارتباط با علائم راهنمایی و رانندگی، دیگر علائم و سایر موارد جاده ای استفاده می کنند یا داده ها را از ابر دریافت می کنند. این تبادل اطلاعات به ایمنی و بهبود جریان ترافیک کمک می کند.

 
 
 
تصویر: نگاره یک وسیله نقلیه متصل در ارتباط با علائم راهنمایی و رانندگی، نشانه ها، وسایل نقلیه دیگر، دوچرخه، و عابران پیاده.
همان طور که گفته شد وسایل نقلیه متصل به خودروهایی گفته می شود که از چندین فناوری ارتباطی مختلف برای برقراری ارتباط با راننده، سایر خودروهای موجود در جاده (وسیله نقلیه به وسیله نقلیه (vehicle-to-vehicle [V2V])) ، زیرساخت های کنار جاده ای (وسیله نقلیه به زیرساخت (vehicle-to-infrastructure [V2I]))، و "ابر" (وسیله نقلیه به ابر (vehicle-to-Cloud [V2C])) استفاده می کنند. این فناوری نه تنها می تواند ایمنی خودرو را افزایش دهد، بلکه کارایی و زمان رفت و آمد خودرو را نیز بهبود می دهد. در زیر برخی از انواع ارتباطات، و برخی از مزایای وسایل نقلیه متصل به شرح داده شده آمده است:
 
V2I وسیله نقلیه به زیر ساخت، V2V وسیله نقلیه به وسیله نقلیه، V2C وسیله نقلیه به ابر، V2P وسیله نقلیه به عابر پیاده، V2X وسیله نقلیه به همه چیز.
 
منابع وسیله نقلیه به زیرساخت (V2I)

Vehicle-to-Infrastructure (V2I) نسل بعدی سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) (Intelligent Transportation Systems) است. فناوری های V2I داده های ترافیکی تولید شده توسط خودرو را ضبط می کند و به صورت بی سیم اطلاعاتی مانند توصیه هایی از زیرساخت به خودرو را ارائه می دهد که در بر دارنده اطلاعاتی در مورد ایمنی، تحرک یا شرایط مربوط به محیط برای ارائه به راننده است. آژانس های دولتی و محلی به احتمال زیاد زیرساخت V2I را در کنار تجهیزات یکپارچه ITS به وجود می آورند یا یکپارچه می کنند. به همین دلیل، اکثر استقرارهای V2I ممکن است برای برنامه های مشابه فدرالِ کمک به عنوان استقرار ITS واجد شرایط باشند، در صورتی که آژانس استقرار شرایط لازم را داشته باشد.

فناوری های V2I داده های ترافیکی تولید شده توسط خودرو را ضبط می کند و به صورت بی سیم اطلاعاتی مانند توصیه هایی از زیرساخت به خودرو را ارائه می دهد که در بر دارنده اطلاعاتی در مورد ایمنی، تحرک یا شرایط مربوط به محیط برای ارائه به راننده است.ارتباط خودرو با خودرو

توانایی ارتباط خودرو با خودرو (V2V) برای تبادل بی سیم اطلاعات سرعت و موقعیت وسایل نقلیه اطراف، نویدبخش کمک بزرگی برای جلوگیری از تصادفات، کاهش ترافیک و بهبود محیط است. اما بزرگ ترین مزایا تنها زمانی قابل دستیابی است که همه وسایل نقلیه بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. به همین دلیل NHTSA بیش از یک دهه است که با صنعت خودرو و مؤسسات دانشگاهی کار می کند تا پتانسیل نجات بخش ارتباطات V2V را به واقعیت تبدیل کند.

ارتباط خودرو با خودرو (V2V) ، خودروها را قادر می سازد تا اطلاعات در مورد سرعت، موقعیت و مسیر حرکت خود را به صورت بی سیم مبادله کنند. فناوری پشت ارتباط V2V به خودروها این امکان را می دهد تا پیام های همه جانبه (حداکثر 10 بار در ثانیه) را پخش و دریافت کنند، که باعث آگاهی 360 درجه ای از سایر وسایل نقلیه در مجاورت می شود. وسایل نقلیه مجهز به نرم افزار مناسب (یا برنامه های ایمنی) می توانند از پیام های وسایل نقلیه اطراف برای تعیین تهدیدات احتمالی تصادف در توسعه تصادفات استفاده کنند. سپس این فناوری می تواند از هشدارهای بصری، لمسی و شنیداری - یا ترکیبی از این هشدارها - برای هشدار به رانندگان استفاده کند. این هشدارها به رانندگان این امکان را می دهد که برای جلوگیری از تصادف اقدام کنند.

برد این پیام های ارتباطی V2V بیش از 300 متر است و می تواند خطرات مبهم در ترافیک، زمین، یا آب و هوا را تشخیص دهد. ارتباطات V2V سیستم های فعلی، کار جلوگیری از تصادف را که از رادارها و دوربین ها برای تشخیص تهدیدات برخورد استفاده می کند، گسترش داده و تقویت می کند. این فناوری جدید نه تنها به رانندگان فقط این کمک را نمی کند که از تصادف جان سالم به در ببرند، بلکه به آنها کمک می کند تا از تصادف به طور کامل جلوگیری کنند.

طیف وسایل نقلیه ای که می توانند از فناوری ارتباطات V2V استفاده کنند، از اتومبیل و کامیون گرفته تا اتوبوس و موتورسیکلت، متغیر است. حتی دوچرخه ها و عابران پیاده روزی ممکن است از فناوری ارتباطات V2V برای افزایش دید خود برای رانندگان استفاده کنند. علاوه بر این، اطلاعات اعلام شده خودرو، راننده یا خودرو را مشخص نمی کند و کنترل های فنی برای جلوگیری از ردیابی و دستکاری خودرو در سیستم در دسترس است.

فناوری ارتباط V2V می تواند عملکرد سیستم های ایمنی خودرو را افزایش داده و به نجات جان افراد کمک کند. تخمین زده می شود که 6.8 میلیون تصادف گزارش شده توسط پلیس در سال 2019 رخ داده است که منجر به مرگ 36.096 نفر و جراحت تخمین زده شده 2.7 میلیون نفر شده است. فناوری های خودروهای متصل به رانندگان ابزار لازم را برای پیش بینی تصادفات احتمالی و کاهش قابل توجه تعداد جان باختگان در سال ارائه می دهد.
ارتباطات وسیله نقلیه به عابر پیاده (Vehicle-to-Pedestrian (V2P)) (V2P)برای ایمنی

در سال 2013، 32719 نفر در تصادفات رانندگی در ایالات متحده کشته شدند. عابران پیاده، دوچرخه سواران و دیگر سرنشینان غیر خودرو 17 درصد از این مرگ ها را تشکیل می دهند. با وجود کاهش مداوم تعداد تلفات جاده ای در سال های اخیر، تعداد کشته های عابران پیاده و دوچرخه سواران نسبتاً ثابت مانده است. وزارت حمل و نقل ایالات متحده (USDOT) درک می کند که این گروه های آسیب پذیر دارای نیازهای ایمنی ویژه و چالش هایی هستند که باید برطرف شوند. بنابراین، حفاظت از عابران پیاده، دوچرخه سواران و دیگر سرنشینان غیر وسیله نقلیه بخشی از تلاش های مداوم این وزارتخانه در زمینه تحقیقات خودروهای متصل و خودکار است.
تحقیقات ارتباطات خودرو به عابر پیاده

در یک دهه گذشته، USDOT  در حال تحقیق و آزمایش سیستمی از وسایل نقلیه است که می تواند محیط اطراف خود را حس کرده و این اطلاعات را به سایر وسایل نقلیه، زیرساخت ها و دستگاه های تلفن همراه شخصی ما منتقل کنند. این ارتباط وسیله نقلیه متصل، ایمنی، تحرک و پیشرفت های زیست محیطی را که فناوری های فعلی قادر به ارائه آن نیستند، امکان پذیر می سازد. انتظار می رود این فناوری تصادفات بدون نقص خودرو را تا 80 درصد کاهش دهد.

در حال حاضر، محیط خودرو متصل شامل سه رویکرد اصلی ارتباط است:

* خودرو به خودرو  (V2V)

* خودرو به زیرساخت  (V2I)

* وسیله نقلیه به عابران پیاده  (V2P)

رویکرد V2P شامل مجموعه وسیعی از کاربران جاده از جمله افرادی است که پیاده روی می کنند، کودکان را در کالسکه هل می دهند، افرادی که از ویلچر یا سایر وسایل تحرک استفاده می کنند، مسافرانی که سوار و پیاده اتوبوس و قطار می شوند، و افرادی که دوچرخه سواری می کنند. 

 
همچنین در سال 2016، تصادفات مربوط به وسایل نقلیه موتوری در بزرگراه های آمریکا جان 37 هزار و 461 نفر را گرفت. تحقیقات وزارت حمل و نقل ایالات متحده نشان می دهد که 94 درصد از تصادفات جدی به دلیل خطای انسانی است. برخی از مزایای وسایل نقلیه متصل و خودکار عبارتند از:
 
حذف تصادف
حذف تصادف: رانندگی بدون تصادف و بهبود ایمنی وسیله نقلیه، به گونه ای که یک وسیله نقلیه می تواند به طور مداوم بر محیط نظارت داشته باشد، و خطاهای رانندگان را جبران کند.
 
کاهش زیرساخت ها
کاهش نیاز به زیرساخت های جدید: با مدیریت جریان ترافیک، رانندگی خودکار می تواند نیاز به ایجاد زیرساخت های جدید را کاهش داده و هزینه های نگهداری را کم کند.
 
بهبود زمان سفر
قابلیت اعتماد و اطمینان به زمان سفر: V2V ، V2C  و V2I می توانند از طریق زمان واقعی و ارزیابی پیش بینی کننده زمان سفر در همه مسیرها، عدم قطعیت زمان سفر را کاهش دهند.
 
بهبود بهره وری
بهبود بهره وری: کاهش وظایف رانندگی به مسافران اجازه می دهد تا از زمان سفر به نحو احسن استفاده کنند.
 
بهره وری انرژی
بهبود بهره وری انرژی: کاهش مصرف انرژی به حداقل سه روشِ رانندگی کارآمدتر. وسایل نقلیه سبک تر و کم مصرف تر،  و زیرساخت های کارآمد.
 
مدل های جدید استفاده از خودرو
مدل های جدید برای مالکیت وسایل نقلیه: وسایل نقلیه خودران می توانند به تعریف مجدد مالکیت وسایل نقلیه منجر شوند و فرصت های اشتراک خودرو را افزایش دهند.
 
مدل های تجاری جدید
مدل ها و سناریوهای تجاری جدید: همگرایی فناوری ها ممکن است صنایع را به گونه ای تغییر دهد که شرکت ها نیاز به رقابت و همکاری همزمان داشته باشند.
 

چالش ها

اگرچه افزودن قابلیت اتصال به خودروها مزایای خود را دارد، اما چالش هایی نیز دارد. با افزودن قابلیت اتصال، به دلیل دسترسی زیاد و به اشتراک گذاری اطلاعات زیاد، ممکن است مشکلاتی در زمینه امنیت، حریم خصوصی و تجزیه و تحلیل داده ها و تجمیع آنها ایجاد شود.
 
دفتر برنامه های مشترک سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) وزارت حمل و نقل ایالات متحده (USDOT) فعالیت های تحقیق، توسعه و آموزش را برای تسهیل پذیرش وسایل نقلیه هوشمند، زیرساخت های هوشمند و ادغام یک سیستم حمل و نقل هوشمند انجام می دهد.
 
برنامه استانداردهایITS ، که در سال 1996 مستقر شد، استانداردهایی را مبتنی بر فناوری باز و غیر اختصاصی توسعه می دهد و سیستم های ارتباطی خودروهای قابل همکاری را توسعه می دهد. این برنامه با همکاری سازمان ها، شرکت ها و آژانس های دولتی و خصوصی، 91 استاندارد را برای تسریع توسعه خودروهای متصل منتشر کرده است.
 
نمونه های اولیه اتصال خودرو عبارتند از سیستم هایGPS ، OnStar  جنرال موتور، Sync  فورد و Uconnect  کرایسلر. اتو اندروید، کارپلِی اپل، و الکسای آمازون آن فناوری اولیه را با درس هایی از صنعت تلفن های هوشمند برای افزایش اتصال و ادغام اطلاعات در دستگاه ها ترکیب کرده اند.
 
در واقع در مجموع باید گفت که خودروهای بدون راننده یک جهش بزرگ به جلو است و ما مفتخریم که در حال کار بر روی یک چارچوب قانونی برای آینده هستیم.
در حالی که واقعیت وسایل نقلیه کاملاً خودران در جاده های ما تا حدی دور از دسترس است، بسیاری از وسایل نقلیه متصل در حال حاضر در جاده های ما وجود دارد. فناوری های خودروهای متصل به یکدیگر این امکان را می دهد تا با یکدیگر و زیرساخت های اطراف خود صحبت کنند. در این رابطه کشور در موقعیتی منحصر به فرد قرار دارد و در خط مقدم خودروهای متصل و خودران (CAV) (connected and autonomous vehicle) قرار دارد که می تواند تا سال 2030 به ارزش 51 میلیارد پوند در سال برای اقتصاد کشور برسد.
 
تیم CAV با ترکیب تجربه و تخصص به مشتریان کمک می کند تا فرصت های تجاری خودروهای بدون راننده را باز کنند. این تیم در مورد مسائل حقوقی CAV از ایجاد مشارکت های مشارکتی تا خطر و بیمه و حفاظت از داده ها مشاوره می دهد. این تیم متشکل از متخصصان مقررات، بیمه، تولید خودرو، مالکیت معنوی، فناوری، حفاظت از داده ها و امنیت سایبری همراه با متخصصان صنعت حمل و نقل شناخته شده در صنعت است.
 
این، سیستم رانندگی خودکار است که بر محیط رانندگی نظارت می کند.
 
منبع: Technologies، burges-salmon، dot.state.mn