همه چیز درباره خودرو‌های خودران ( انواع خودروهای خودران، تکنولوژی¬ها و … )

از زمان انتشار مطالبی راجع به خودروهای خودران اپل تا ساخت خودروهای واقعی بدون راننده شرکت‌هایی مثل لیفت، اوبر و تسلا، تنها چندسال می‌گذرد و به نظر می‌رسد خودروهای خودران تا چند سال آینده از بازیگران اصلی صنعت خودروسازی در جهان باشند.

اگر به تکنولوژی خودروهای خودران علاقمند هستید و دوست دارید اطلاعات بیشتری از تکنولوژی‌های استفاده شده در این خودروها داشته باشید در این مطلب همراه ما باشید.

ماشین‌های خودران یا Self-Driving  چه هستند؟

اصطلاح خودران (Self-Driving) و خودمختار (Autonomous) هردو درمورد تکنولوژی ماشین‌های خودران مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته واژه خودمختار کلی‌تر است و واژه خودران بیشتر مربوط به وسیله‌نقلیه‌ای است که به‌صورت خودکار رانندگی می‌کند.

سیستم هدایت خودکار تسلا  Tesla Autopilot  تا الان از برجسته‌ترین فناوری خودروهای خودران بوده که به مرحله عملیاتی رسیده و در سال گذشته توانسته برای ۲ میلیارد مایل(معادل3 میلیارد و 218 میلیون و 688 هزار کیلومتر) مورد استفاده قرار بگیرد.

ماشین‌های خودران چگونه کار می‌کنند؟

1. ماشین‌های خودران به کمک مجموعه‌ای از سخت‌افزار‌ها و نرم‌افزار‌ها و بدون نیاز به دخالت انسان، هدایت وسیله نقلیه را برعهده می‌گیرند.
2. سخت‌افزار‌ها داده‌ها را جمع‌آوری کرده و نرم‌افزار‌ها، آنها را تحلیل، ساماندهی و اجرایی می‌کنند.
3. در بخش نرم‌افزاری، داده‌های ورودی معمولا با الگوریتم‌های یادگیری ماشین یا کدهای برنامه‌نویسی پیچیده، پردازش شده و با دنیای واقعی مطابقت داده می‌شوند .

نکته: در اصل هرچه ماشین‌های خودران بیشتر رانندگی کنند، بیشتر اطلاعات جمع‌آوری می‌کنند و هرچه بیشتر اطلاعات جمع‌آوری کنند، الگوریتم‌های سیستم هدایت خودکار بهتر عمل می‌کنند.

معمولا هر تکنولوژی جدیدی در ابتدا باعث ترس در بین مردم می‌شود و رانندگی ماشین‌های بدون راننده در سطح شهر می‌تواند یکی از همین تکنولوژی‌های دلهره آور باشد! اما در حال حاضر دنیا پر است از سیستم‌های خودکاری که زندگی را برای ما راحت‌تر، ایمن‌تر و لذت‌بخش‌تر کرده اند.

مثلا آمازون، بزرگ‌ترین خرده‌فروشی آنلاین در ایالات متحده آمریکا، در حال حاضر بیش از ۱۰۰ هزار سیستم رباتیک در عملیات لجستیک خود دارد که بسیاری از آن‌ها کاملا مستقل هستند. یا وقتی سوار هواپیما می‌شویم، بیشتر هواپیماها روی حالت هدایت خودکار قرار می‌گیرند تا خلبان و کمک خلبان بتوانند روی کارهایی مثل بررسی وضعیت ارتباطی و ناوبری تمرکز کنند.

سطوح مختلف خودروهای خودران

اگرچه سیستم‌های کمک‌راننده پیشرفته (ADAS) در سال‌های اخیر توانسته با عملکرد‌های ایمنی مانند هشدارهای قبل از برخورد، کمک فرمان، سیستم ترمز خودکار و سیستم تنظیم سرعت خودکار، کمک‌های زیادی به رانندگان کند؛ اما خودروهای خودران با رفع کامل نیاز به راننده، این فناوری را به سطح بالاتری رسانده است.

انجمن مهندسان خودرو (SAE) برای رانندگی خودمختار یا خودران، ۶ سطح مختلف تعریف کرده که از سطح صفر (کاملا دستی) تا سطح 5 (کاملا مستقل) هستند. این سطوح توسط وزارت حمل و نقل ایالات متحده به تصویب رسیده است.

• سطح صفر (کاملا دستی): تقریبا در حال حاضر اکثر خودروهای دنیا و البته ۱۰۰% خودروها در ایران، به‌صورت دستی کنترل می‌شوند. اگرچه در ماشین‌های پیشرفته‌تر سیستم‌هایی برای کمک به راننده مثل سیستم ترمز اضطراری وجود دارد؛ اما از آنجایی که به‌طور فنی، این سیستم‌ها خودرو را هدایت نمی‌کنند، نمی‌شود اسم خودران روی آن‌ها گذاشت.
• سطح یک (کمک راننده): این سطح، پایین‌ترین سطح خودرانی یک اتومبیل است. این خودرو از یک سیستم خودکار مانند فرمان یا شتاب (کنترل سرعت) برای کمک به راننده استفاده می‌کند. کروز کنترل تطبیقی​​، جایی که وسیله نقلیه را می‌توان در فاصله ایمنی پشت ماشین بعدی نگه داشت، به عنوان سطح یک شناخته می شود؛ زیرا خود انسان، بقیه بخش‌ها مثل فرمان و ترمز را کنترل می‌کند.
• سطح دو (سیستم خودران جزئی): سیستم‌های کمک‌راننده پیشرفته (ADAS) در وسایل نقلیه سطح دو قرار دارند. خودرو سطح ۲ می‌تواند فرمان، افزایش یا کاهش سرعت و شتاب اتومبیل را کنترل کند. البته مدت زمان هدایت خودکار این اتومبیل‌ها کوتاه و محدود است، چرا که راننده پشت فرمان نشسته و هر لحظه می‌تواند هدایت ماشین را به دست بگیرد. سیستم هدایت خودکار تسلا و سیستم سوپرکروز کادیلاک (جنرال موتورز)، هر دو می‌توانند در این سطح قرار بگیرند.

• سطح سه (سیستم خودران مشروط): خودروهایی که در سطح ۳ قرار می‌گیرند قابلیت تشخیص محیط را دارند و می‌توانند براساس شرایط محیطی، تصمیمات آگاهانه بگیرند. اما همچنان به نظارت راننده انسان نیاز دارند چون اگر سیستم آماده تشخیص شرایط محیط و تصمیم‌گیری نباشد، راننده باید کاملا هوشیار و آماده به دست گرفتن کنترل باشد.

سال 2019 شرکت آئودی (فولکس واگن) اعلام کرد که نسل بعدی A8L  با قابلیت Traffic Jam Pilot اولین خودرو تولید سطح 3 در جهان خواهد بود و همین‌طور هم شد. اگرچه با تغییر قانون ایالت متحده آمریکا این خودرو در آمریکا بدون تجهیزات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری فروخته می‌شود و در سطح ۲ قرار می‌گیرد؛ اما در آلمان آئودی A8L با قابلیت‌های کامل Traffic Jam Pilot یک خودرو سطح ۳ به حساب می‌آید.

• سطح چهار (سیستم خودران سطح بالا): تفاوت اصلی خودروهای سطح ۳ و ۴ در این است که اگر در این خودروها خطای سیستمی اتفاق بیفتد یا چیزی خراب شود، خودرو می‌تواند به‌صورت مستقل و بدون نیاز به انسان، در تصمیم‌گیری‌های بعدی مداخله کند. این خودروها در اغلب مواقع به کمک انسان نیازی ندارند اما همچنان این گزینه وجود دارد که راننده خودش کنترل وسیله نقلیه را برعهده بگیرد.

خودروهای سطح ۴ می‌توانند هدایت کامل رانندگی خودکار را برعهده بگیرند اما تازمانی که قوانین و زیرساخت‌های رانندگی برای این خودروها تکمیل نشده، فقط در محدوده‌های تعیین شده این امکان را دارند. شرکت‌های مختلفی مثل Volvo و Baidu به تازگی اعلام کردند برای توسعه خودروهای سطح ۴ همکاری خواهند کرد.

• سطح پنج (خودروهای کاملا خودران): خودروهای سطح ۵ همان چیزی است که در فیلم‌های علمی‌تخیلی می‌بینیم. خودروهای این سطح اصلا نیازی به راننده ندارند و تمامی سرنشینان خودرو حکم مسافر را خواهند داشت، چرا که اصلا فرمان و پدالی برای کنترل وسیله نقلیه وجود ندارد و تنها چیزی که نیاز دارند، آدرس مقصد است. خودروهای سطح ۵ در بعضی نقاط جهان در حال آزمایش هستند و هنوز هیچ کدام به فاز عملیاتی نزدیک نشده‌اند.

تکنولوژی‌های درون یک ماشین خودران

ماشین‌های خودران تکنولوژی‌های قابل توجهی در خود دارند. سخت‌افزار‌ها تقریبا ثابت شده‌اند و به ندرت ممکن است با یک سخت‌افزار جدیدتر جایگزین شوند اما نرم‌افزار‌ها در ماشین‌های خودران دائما در حال تغییر و به‌روزرسانی هستند. بعضی از این فناوری‌ها عبارت‌اند از:

• دوربین‌ها (Cameras): کاربرد دوربین در یک ماشین خودرانبرای ردیابی مواردی مانند خطوط در بزرگراه ، علائم و تابلوهای راهنمایی رانندگی و چراغ راهنما است. بعضی از توسعه‌دهندگان بر این باورند که با داشتن دید بهتر ماشین، می توانند با استفاده از دوربین ها همه چیز را شناسایی کرده و متناسب با آن عمل کنند. حتی «ایلان ماسک» اعلام کرده: «دوربین‌ها تنها تکنولوژی سخت‌افزاری مورد نیاز ماشین‌های خودران است و ما تنها به الگوریتم‌های بیشتری نیاز داریم تا بتوانیم تصاویر دریافتی را کاملا درک کنیم». خودروهای تسلا، ۸ دوربین خارجی دارند که به درک بهتر آنها از محیط اطراف کمک می‌کند.
• رادار (Radar): رادارها از اواخر دهه ۹۰ میلادی به‌طور منظم در خودروها حضور دارند. رادارها امواج رادیویی را به محیط اطراف پرتاب می‌کنند تا محیط اطراف خود را درک کنند. عملکرد رادارها در تشخیص اشیا به‌خصوص اشیا فلزی بزرگ بسیار قابل قبول است و شرایط بد آب و هوا مثل مه، باران یا برف تاثیری در عملکرد آن‌ها ندارد.
• لایدار (LiDAR): سنسورهای لایدار، همان چیزی است که بالای ماشین‌های خودران می‌چرخد. این سنسورها با شلیک پرتوهای نور به محیط اطراف و دریافت بازخورد، یک نقشه سه‌بعدی بسیار دقیق از محیط اطراف تهیه می‌کنند. سنسورهای لایدار در مقایسه با رادارها از وضوح بسیار بالایی برخوردار هستند اما به دلیل وابستگی به نور، در محیط‌های تاریک به مشکل می‌خورند.
• سنسورهای دیگر: ماشین‌های خودران همچنان از ردیابی سنتی GPS، همراه با سنسورهای اولتراسونیک و سنسورهای اینرسی استفاده می کنند تا تصویر کاملی از آنچه که ماشین انجام می‌دهد و آنچه در اطرافش اتفاق می‌افتد، به دست آورند. چون در حوزه فناوری رانندگی خودکار، هرچه اطلاعات بیشتری جمع آوری شود، بهتر است.
• پردازشگر: همه ماشین‌های خودران و تقریبا همه ماشین‌های مدرن، برای پردازش زمان واقعی اتفاقات مربوط به وسیله نقلیه، به یک کامپیوتر و پردازنده داخلی نیاز دارند. قدرت پردازش اتومبیل‌های خودران باید بالاتر از توان CPUهای سنتی باشد به همین دلیل آنها از واحد پردازش‌های گرافیکی GPU هم برای انجام محاسبات خود استفاده می‌کنند.

 با این حال برای محاسبات این حجم عظیم از داده‌های دریافتی در کسری از ثانیه و تحلیل همان داده‌ها و تصمیم‌گیری در همان کسر از ثانیه، CPU و GPU توانایی انجام این محاسبات را ندارند. اینجاست که واحد پردازش عصبی وارد می‌شود. به همین دلیل هم تسلا تراشه شتاب دهنده عصبی NNA را معرفی کرده است که قدرت پردازش فوق‌العاده بالایی دارند و قادر به پردازش تصاویر دریافتی در لحظه هستند.

قطعا مدتی طول می کشد تا شاهد خودروهای خودران سطح 5 در جاده‌ها باشیم، اما در حال حاضر، تولید اتومبیل‌های خودران سطح 2 به یک امر عادی تبدیل شده است و به زودی هم شاهد تولید انبوه خودروهای سطح‌های بعدی و توسعه سیستم حمل و نقل هوشمند خواهیم بود.

شما دوست دارید ماشین‌های خودران را امتحان کنید یا به نظرتان تجربه استرس آوری است؟