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）的計劃押注，新的智能汽車技術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的進步，這些技術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。這種設置使車輛能夠比人類駕駛員更準確地預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?！?br/>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、俄亥俄州立大學和加州大學伯克利分校。SwRI與密歇根大學合作，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，平衡燃氣發(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上，該項目于2021年進入第二階段，只剩下SwRI、加州大學伯克利分校、密歇根理工大學和俄亥俄州立大學。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是他們充分利用每箱燃料或電池充電的關鍵策略?！袄?，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)生負面影響的情況下并入高速公路的最佳方式至關重要，”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的進步及其大幅提高交通能源效率的潛力。