سیستم‌های رانندگی خودران یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌ها در دنیای خودروها به‌حساب می‌آیند که نقش مهمی در سیستم حمل‌ونقل و به‌خصوص در آینده ایفا می‌کنند. این سیستم‌ها با استفاده از سنسورها، دوربین‌ها و هوش مصنوعی، محیط اطراف را تحلیل کرده و بدون نیاز به راننده، خودرو را هدایت می‌کنند. سیستم‌های خودران نه‌تنها ایمنی را افزایش می‌دهند که باعث کاهش تصادفات و بهینه‌سازی مصرف سوخت هم می‌شوند. سیستم‌های کمک‌راننده و خودروهای کاملاً خودران، هرکدام در سطح متفاوتی از هوشمندی قرار دارند. اگر می‌خواهید بدانید این فناوری چگونه کار می‌کند و چه تأثیری بر آینده خودروها خواهد داشت، ادامه مطلب را از دست ندهید.
سیستم رانندگی خودران چیست؟
سیستم رانندگی خودران مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفته است که به خودرو این امکان را می‌دهند بدون نیاز به دخالت انسان حرکت کند و در مواقع حساس تصمیم‌های مهم بگیرد. این سیستم از سنسورهای متعدد، الگوریتم‌های پردازش داده، نقشه‌های دقیق و هوش مصنوعی تشکیل شده است و با استفاده از همه این المان‌ها است که می‌تواند محیط اطراف را تحلیل کند و اقدامات لازم را برای هدایت خودرو انجام دهد.
علاوه بر موارد قبلی در خودروهای خودران از دوربین‌ها، رادار، لیدار و GPS برای شناسایی مسیر، موانع، علائم راهنمایی و سایر وسایل نقلیه استفاده می‌شود. پس از جمع‌آوری داده‌ها، یک واحد پردازش مرکزی اطلاعات را تحلیل می‌کند و بعد تصمیماتی مشابه یک راننده واقعی می‌گیرد. این تصمیمات شامل تغییر مسیر، توقف اضطراری، تنظیم سرعت و حتی پیش‌بینی رفتار سایر رانندگان در جاده است.
هدف نهایی این سیستم‌ها، افزایش ایمنی، کاهش تصادفات، بهینه‌سازی مصرف سوخت و ایجاد شرایط مناسب برای تجربه یک سفر راحت‌تر برای سرنشینان است.
تاریخچه سیستم‌های رانندگی خودران
ایده ساخت خودرویی که بتواند بدون نیاز به راننده حرکت کند، چندین دهه قبل ذهن مهندسان و پژوهشگران را به خود مشغول کرد. اگرچه این مفهوم در ابتدا بیشتر شبیه یک داستان تخیلی بود، اما امروزه به لطف پیشرفت‌های چشمگیر در حوزه هوش مصنوعی، سنسورها و پردازش داده‌ها، سفر با خودروهای خودران به یک واقعیت انکارناپذیر تبدیل شده است.
نخستین تلاش‌ها برای ساخت خودروهای بدون راننده به دهه ۱۹۲۰ برمی‌گردد. در سال ۱۹۲۵، شرکت کنترل رادیویی هودینا خودرویی را معرفی کرد که با استفاده از امواج رادیویی کنترل می‌شد و در خیابان‌های نیویورک حرکت می‌کرد. این فناوری در سال ۱۹۲۶ هم در محصول دیگری با نام شبح اتوماتیک مورد استفاده قرار گرفت. بااین‌حال، این خودروها بیشتر جنبه نمایشی داشتند تا یک محصول جدید.
در دهه ۱۹۵۰، تحقیقات در زمینه رانندگی خودکار به شکل جدی‌تری دنبال شد، اما نتایج آن تا سال‌ها محدود به آزمایش‌ها بود و هنوز خبری از تولید یک محصول جدید نبود. اولین گام‌های جدی در این زمینه در دهه ۱۹۷۰ برداشته شد، زمانی که آزمایشگاه مکانیک تسوکوبا در ژاپن، خودرویی طراحی کرد که می‌توانست با استفاده از دوربین‌ها و یک کامپیوتر آنالوگ خطوط خیابان را تشخیص دهد و مسیر خود را تنظیم کند. سرعت این خودرو حدود ۳۰ کیلومتر بر ساعت بود ولی باز هم استفاده از آن به وجود زیرساخت‌های خاص وابسته بود.
تحقیقات جدی روی خودروهای خودران در دهه ۱۹۸۰ به اوج خود رسید. دانشگاه کارنگی ملون آمریکا از پیشگامان این عرصه بود و در همین دوره پروژه‌های مهمی را در زمینه وسایل نقلیه خودران اجرا کرد. در سال ۱۹۸۵، وزارت دفاع آمریکا در قالب پروژه ALV، خودرویی ساخت که علاوه بر حرکت مستقل، می‌توانست موانع را هم تشخیص دهد. در سال ۱۹۸۷، شرکت مرسدس بنز و دانشگاه بوندسوئر مونیخ آلمان روی پروژه‌ای به اسم EUREKA PROMETHEUS کار کردند که خروجی آن خودروهایی بود که برای اولین بار می‌توانستند در شرایط مختلف مثل مسیرهای خارج از شهر و حتی در شب رانندگی کنند.
در سال ۱۹۹۱، دولت آمریکا ۶۵۰ میلیون دلار به تحقیقات مربوط به بزرگراه‌های هوشمند اختصاص داد. هدف از این کار ساخت بزرگراه‌هایی بود که رانندگی خودکار را از طریق ارتباط بین خودروها و زیرساخت‌های جاده‌ای ممکن می‌کردند. این تحقیقات در سال ۱۹۹۷ به نتایج امیدوارکننده‌ای رسید، اما به دلیل محدودیت‌های مالی و فنی ادامه پیدا نکرد.
با آغاز قرن ۲۱، شرکت‌های فناوری محور وارد میدان شدند و توسعه خودروهای خودران شتاب بیشتری گرفت. شرکت‌هایی مانند تسلا، گوگل (وایمو)، اوبر، آئودی و جنرال موتورز؛ سرمایه‌گذاری‌های زیادی در این حوزه انجام دادند. در سال ۲۰۱۳، شرکت VisLab محصولی به نام BRAiVE را معرفی کرد که توانایی حرکت در ترافیک‌های سنگین را هم داشت.
در سال ۲۰۱۷، آئودی اعلام کرد که خودرویی به اسم A8 تولید کرده است که در واقع اولین خودروی مجهز به سطح ۳ فناوری خودران بود. این خودرو می‌توانست بدون نیاز به کنترل مداوم راننده، در شرایط خاصی به‌صورت خودکار حرکت کند. در همان سال، شرکت وایمو هم آزمایش خودروهای کاملاً خودران را آغاز کرد که در آن‌ها هیچ راننده‌ای پشت فرمان حضور نداشت. نهایتاً در دسامبر ۲۰۱۸ وایمو استفاده از ماشین‌های خودران را برای سرویس تاکسی‌رانی آمریکا به‌صورت تجاری درآورد.
سطوح مختلف رانندگی خودران
خودروهای خودران را بر اساس میزان اتوماسیون و قابلیت‌هایی که دارند، می‌توان به شش سطح مختلف از سطح صفر (بدون اتوماسیون) تا سطح پنج (کاملاً خودران) دسته‌بندی کرد. این تقسیم‌بندی که توسط انجمن مهندسان خودرو (SAE) ارائه شده است، به‌عنوان یک استاندارد جهانی در این حوزه شناخته می‌شود. برای آشنایی بیشتر با هرکدام از این سطح‌ها در ادامه به بررسی کامل آن‌ها خواهیم پرداخت.
سطح ۰: بدون اتوماسیون (No Automation)
در این سطح هیچ‌گونه سیستم خودکاری برای کنترل خودرو وجود ندارد. تمامی کارهایی که حین رانندگی انجام می‌شود، مثل هدایت خودرو، کنترل سرعت، ترمز و تغییر مسیر کاملاً بر عهده راننده است. اگرچه در بعضی از خودروهای این سطح ممکن است از سیستم‌های هشداردهنده‌ای مانند هشدار خروج از خط یا هشدار برخورد استفاده شود، اما حقیقت این است که این سیستم‌ها کنترلی بر خودرو ندارند.
سطح ۱: کمک‌راننده (Driver Assistance)
در خودروهای این سطح، برخی از سیستم‌های کمک‌راننده وجود دارد اما کنترل نهایی وضعیت رانندگی همچنان بر عهده راننده است. برخی از سیستم‌های این سطح را می‌توان سیستم کنترل سرعت یا حفظ حرکت خودرو در بین خطوط دانست. بااین‌حال، راننده همچنان باید هوشیار و هر لحظه آماده در دست گرفتن کنترل خودرو باشد. از مهم‌ترین سیستم‌های این سطح می‌توان به دو مورد زیر اشاره کرد:
- کروز کنترل تطبیقی (Adaptive Cruise Control): این سیستم سرعت خودرو را بر اساس خودروی جلویی تنظیم می‌کند.
- سیستم هشدار خروج از خط (Lane Departure Warning): این سیستم تنها هشدار می‌دهد و مداخله‌ای در رانندگی ندارد.
سطح ۲: اتوماسیون جزئی (Partial Automation)
در این سطح خودرو می‌تواند به‌صورت هم‌زمان کنترل سرعت، فرمان و ترمز را بر عهده بگیرد. البته راننده باید همچنان دست‌های خود را روی فرمان نگه دارد و در مواقع اضطراری آماده انجام اقدامات مناسب باشد. سیستم‌های این سطح عملکرد خوبی در شرایط خاص مثل رانندگی در بزرگراه‌ها یا مسیرهای مستقیم دارند؛ بااین‌حال، در محیط‌های پیچیده مانند خیابان‌های سطح شهر، عملکرد مطلوبی ندارند و راننده باید هوشیار باشد.
سطح ۳: اتوماسیون مشروط (Conditional Automation)
خودروهایی که در این سطح قرار دارند، می‌توانند در شرایط خاص رانندگی را به‌طور کامل بر عهده بگیرند. راننده می‌تواند در حین رانندگی دست‌های خود را از روی فرمان بردارد و حتی فیلم ببیند. بااین‌حال گاهی اوقات سیستم هوشمند درخواست می‌کند که راننده کنترل خودرو را به دست بگیرد. در این سطح، خودرو می‌تواند تصمیم‌گیری‌های پیچیده‌ای مانند سبقت گرفتن یا تغییر خط را نیز انجام دهد. اولین خودروی این سطح آئودی (Audi A8) A8 است که سیستمی به نام Traffic Jam Pilot دارد.
سطح ۴: اتوماسیون بالا (High Automation)
خودروهای این سطح کاملاً خودران هستند، اما فقط در شرایط خاص و مناطق مشخصی می‌توان از آن‌ها استفاده کرد. این خودروها نیازی به توجه راننده ندارند و کاملاً مستقل می‌توانند مسیر را مدیریت و موانع را شناسایی کنند. اگر خودرو به منطقه‌ای خارج از محدوده مشخص برسد، متوقف می‌شود یا از راننده درخواست می‌کند که کنترل را دست بگیرد. این سطح معمولاً برای تاکسی‌های خودران و سرویس‌های حمل‌ونقل عمومی استفاده می‌شود.
سطح ۵: اتوماسیون کامل (Full Automation)
این خودروها هیچ نیازی به راننده ندارند و می‌توانند در هر شرایطی، از جاده‌های شهری گرفته تا مسیرهای بین‌شهری و حتی شرایط آب‌وهوایی مختلف، بدون مداخله انسان حرکت کنند. این خودروها فاقد فرمان، پدال گاز و ترمز هستند، زیرا هیچ‌گونه نیازی به کنترل توسط راننده ندارند.
معرفی و بررسی خودروهای خودران برجسته در جهان
خودروهای خودران هر روز به واقعیت نزدیک‌تر می‌شوند. امروزه، بسیاری از شرکت‌های خودروسازی، از سیستم‌های رانندگی خودکار در محصولات خود استفاده می‌کنند. برخی از معروف‌ترین خودروهای خودران حال حاضر جهان عبارت‌اند از:
۱. تسلا مدل S: سطح ۲
این خودرو مجهز به سیستم Autopilot تسلا است که از قابلیت‌های نیمه‌خودران آن می‌توان به کروز کنترل تطبیقی، هدایت خودکار بین خطوط، پارک خودکار و ترمز اضطراری اشاره کرد. نکته جالب اینکه تسلا S یکی از معدود خودروهایی است که می‌تواند در اتوبان‌ها تا حدی به‌صورت خودران حرکت کند و جالب‌تر اینکه سیستم این خودرو را می‌توان با پرداخت هزینه به سطح دیگر ارتقا داد. در سطح بعدی قابلیت‌هایی مثل تغییر لاین خودکار، پارک خودکار و تشخیص تابلوهای راهنمایی و رانندگی به آن اضافه خواهد شد.
۲. هیوندای جنسیس G90: سطح ۲
این خودرو یک سیستم رانندگی خودکار در بزرگراه‌ها دارد که به کمک فناوری‌های پیشرفته دیگر خودرو را در بین خطوط حفظ می‌کند و سرعت را بر اساس ترافیک تنظیم می‌کند. از دیگر سیستم‌های هیوندای جنسیس G90 می‌توان به کنترل کروز تطبیقی اشاره کرد. این خودرو که در کلاس خودروهای لوکس قرار دارد، برخی ویژگی‌های سطح ۳ را هم دارا است، اما همچنان راننده باید دست‌های خود را روی فرمان نگه دارد.
۳. فورد F-150: سطح ۲+
این خودرو که اولین وانت خودران محسوب می‌شود، دارای سیستمی به نام BlueCruise است که به راننده این امکان را می‌دهد در بزرگراه‌های خاص بدون استفاده از فرمان رانندگی کند. کنترل کروز تطبیقی با قابلیت توقف و حرکت مجدد، از فناوری‌های کاربردی این خودرو است که در ترافیک‌های سنگین بیشترین فایده را دارد. این سیستم به‌جای ردیابی خطوط سفید، از نقشه‌های دقیق و داده‌های GPS برای حرکت در بزرگراه‌ها استفاده می‌کند.
۴. BMW X5: سطح ۲+
این خودرو که اولین کراس‌اوور لوکس خودران به‌حساب می‌آید، مجهز به سیستم Driving Assistant Professional است که شامل سیستم‌های کمک به حفظ خطوط، کروز کنترل تطبیقی و ترمز اضطراری خودکار می‌شود. نکته جالب اینکه این سیستم امکان ارتقا به سطح ۳ را هم دارد. از دیگر سیستم‌های این خودرو می‌توان به سیستم کمک پارک هوشمند اشاره کرد که می‌تواند خودرو را به‌طور خودکار در فضاهای محدود پارک کند.
۴. مرسدس بنز E-Class: سطح ۲+
سیستم رانندگی نیمه‌خودکار این خودرو به کمک دوربین‌های سه‌بعدی و رادارهای پیشرفته مسیر حرکت را ردیابی می‌کند. این سیستم همچنین دارای سیستم ترمز اضطراری، کنترل فرمان خودکار و کمک پارک هوشمند است. البته این خودرو در شرایط خاصی می‌تواند بدون نیاز به کنترل مداوم راننده حرکت کند.
۵. ولوو V90 Cross Country: سطح ۲
ازجمله سیستم‌های هوشمند این خودرو می‌توان به سیستم Pilot Assist اشاره کرد که تا سرعت‌های ۱۳۰ کیلومتر بر ساعت، بدون نیاز به دخالت مداوم راننده حرکت می‌کند. کروز کنترل تطبیقی یکی دیگر از سیستم‌های این خودرو است که به‌طور خودکار سرعت را بر اساس شرایط ترافیک تنظیم می‌کند. در نهایت باید به سیستم‌های حفظ خودرو بین خطوط، ترمز اضطراری خودکار و شناسایی موانع و عابرین پیاده اشاره کرد.
چالش‌های خودروهای خودران
باوجود پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری خودروهای خودران، این فناوری همچنان با چالش‌های مختلفی روبه‌رو است که می‌تواند سرعت پذیرش آن را در جامعه تحت تأثیر قرار دهد. برخی از مهم‌ترین چالش‌های این خودروها را می‌توان موارد زیر دانست:
- تداخل سیگنالی: خودروهای خودران به‌طور عمده از فناوری‌های مختلفی مانند GPS، لیدار، دوربین‌ها، رادار و سنسورها برای جهت‌یابی و تصمیم‌گیری استفاده می‌کنند. تداخل در سیگنال‌ها، به‌ویژه در مناطق شلوغ یا با پوشش ضعیف، باعث مشکلاتی در عملکرد خودرو می‌شود.
- ضعف در تشخیص ناگهانی تغییر وضعیت آب‌وهوا: شرایط آب‌وهوایی نامساعد مانند بارش باران شدید، برف و مه؛ تأثیر زیادی بر عملکرد سیستم‌های خودران دارد. خودروهای خودران ممکن است نتوانند به‌درستی این تغییرات را تشخیص دهند. در این شرایط سیستم‌هایی مانند ترمز اضطراری عملکرد درستی نخواهند داشت.
- نامشخص بودن مقصر تصادفات: یکی از اصلی‌ترین چالش‌ها، مسئله مسئولیت در صورت تصادف است. اگر این خودروها دچار تصادف شوند، مقصر کیست؟ شرکت سازنده خودرو یا صاحب خودرو؟
- امکان هک شدن: یکی از عوامل تهدیدکننده هر سیستم دیجیتال و خودکاری، هک شدن و دستکاری سیستمی است. با توجه به اینکه سیستم‌های خودران به شبکه‌های خارجی و اینترنت متصل هستند، ممکن است در معرض حملات سایبری قرار بگیرند. هک شدن سیستم‌های کنترل خودرو، خطرات زیادی برای سرنشینان و دیگران ایجاد خواهد کرد.
مزایای خودروهای خودران
- افزایش ایمنی: کاهش تصادفات به دلیل استفاده از سیستم‌های هوشمند و سنسورهای دقیق.
- کاهش ترافیک: بهبود جریان ترافیک با هماهنگ کردن حرکت خودروها.
- راحتی بیشتر: آزاد شدن زمان راننده برای انجام کارهای دیگر.
- کاهش آلودگی: کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌ها، به‌ویژه در خودروهای برقی.
کلام آخر
فناوری خودروهای خودران که شامل سنسورها، دوربین‌ها و هوش مصنوعی می‌شود، به‌طور چشم‌گیری در حال پیشرفت است. این سیستم‌ها می‌توانند ایمنی، راحتی و بهره‌وری حمل‌ونقل را تا حد زیادی بهبود دهند. این خودروها قادرند با تحلیل محیط اطراف و تصمیم‌گیری‌های خودکار، میزان تصادفات را کاهش دهند و موجب بهینه‌سازی مصرف سوخت شوند. در حال حاضر، خودروهای خودران در سطوح مختلفی از اتوماسیون قرار دارند، از کمک‌راننده تا خودروهای کاملاً خودران. بااین‌حال، این فناوری هنوز با چالش‌هایی نظیر تداخل سیگنال‌ها روبه‌رو است؛ اما با پیشرفت‌های آینده هوش مصنوعی و سنسورها، پیش‌بینی می‌شود که خودروهای خودران به‌زودی بخش عمده‌ای از حمل‌ونقل جهانی را پوشش دهند.