自动驾驶汽车可以使所有汽车更加高效

自动驾驶汽车一直备受期待，因为它们有可能大大减少或消除每年导致超过100万人死亡的碰撞。但安全并不是自动驾驶汽车所能提供的唯一潜在好处：世界各地的研究团队正在证明，自动驾驶汽车也可以比人类更高效地驾驶。例如，美国能源部（U.S. Department of Energy）的一项名为NEXTCAR（下一代联网和自动驾驶道路车辆能源技术）的计划押注，新的智能汽车技术的组合可以将燃油效率提高30%。
作为NEXTCAR计划的一部分，总部位于德克萨斯州圣安东尼奥的西南研究所（SwRI）展示了自动驾驶汽车技术的进步，这些技术将提高车辆的燃油经济性，包括非自动驾驶汽车的燃油效率，这些汽车恰好与自动驾驶汽车一起行驶。该演示于5月下旬在达拉斯举行的ARPA-E能源创新峰会上举行。
制造高效的自动驾驶汽车
SwRI 团队改装了 2021 款本田 Clarity 混合动力车，具有感知和定位等基本自动驾驶功能。在峰会当天，他们驾驶车辆沿着环绕峰会举办地会议中心停车场的路线行驶。研究人员在本田上安装了SWRI的Ranger定位系统，该系统有一个向下的摄像头，可以捕捉地面图像。通过最初绘制驾驶表面地图，Ranger可以使用地面独特的“指纹”与GPS数据相结合，以厘米级的精度定位车辆。这种精度确保了车辆的驾驶具有出色的控制力。
“这几乎就像骑在铁轨上一样，”SwRI动力总成工程小组的研究员Stas Gankov说。对于这个项目，他的团队与该研究所的其他部门合作，例如情报系统部门，该部门开发了添加到本田Clarity的自动驾驶软件堆栈。

然而，同样重要的是增加了一个生态驾驶模块，这是SwRI的一项关键创新。省油模式通过考虑交通信号灯和周围车辆等各种因素来确定最经济的行驶速度。该系统采用预测控制算法来帮助解决一个棘手的优化问题：汽车如何在保持高效交通流量的同时最大限度地降低能耗？SwRI的节能模式旨在减少不必要的加速和减速，以便在不妨碍其他车辆的情况下优化能源使用。
“在环保模式下运行的自动驾驶汽车会影响其后面所有汽车的驾驶行为。—STAS GANKOV，西南研究所

为了说明该技术的工作原理，该团队在演示路径上安装了交通信号灯。Gankov说，来自交通信号柜的实际交通信号灯计时器连接到电视屏幕，为与会者提供了视觉效果。还连接了一个专用的短程通信 （DRSC） 无线电，将信号的相位和定时信息广播到车辆。这种设置使车辆能够比人类驾驶员更准确地预测交通信号灯的动作。
例如，Gankov 说，如果本田 Clarity 接近即将变绿的红灯，它会知道灯是由于变化而产生的，因此避免通过制动然后再次加速来浪费能量。相反，如果汽车在即将从绿色变为黄色再到红色时接近信号灯，车辆将松开油门并让摩擦减慢其速度，避免不必要的加速以试图击败信号灯。
这些自动驾驶策略可以显著节省能源，不仅有利于自动驾驶汽车本身，也有利于整个交通生态系统。
“在正常的交通情况下，以环保模式运行的自动驾驶汽车会影响其后面所有汽车的驾驶行为，”Gankov说。“结果是，即使是具有 0 级自动驾驶的车辆也更节约地使用燃料。”
大汽车能源计划
自 2017 年以来，SwRI 一直是NEXTCAR计划的参与者。该计划的初始阶段涉及 11 个团队，包括 SwRI、密歇根理工大学、俄亥俄州立大学和加州大学伯克利分校。SwRI与密歇根大学合作，专注于优化以燃油效率著称的丰田普锐斯Prime，通过优化算法和与周围环境的无线通信，将能源使用量提高20%。这是在不修改丰田的动力总成或影响其排放的情况下实现的。该团队利用功率分配优化，平衡燃气发动机和电池推进系统的使用，以实现最大效率。
在NEXTCAR第一阶段成功的基础上，该项目于2021年进入第二阶段，只剩下SwRI、加州大学伯克利分校、密歇根理工大学和俄亥俄州立大学。NEXTCAR 2 的重点是确定自动化程度可以进一步提高能源效率。Gankov解释说，虽然第一阶段比没有自动驾驶功能的2016年或2017年车型相比，能源效率提高了20%，但仅通过增加车辆到万物的连接，第二阶段正在探索通过整合自动驾驶功能来额外提高10%的潜力。
Gankov说，SwRI最初打算与本田合作开展NEXTCAR的第二阶段，但当合同问题出现时，非营利组织独立进行。利用SwRI智能系统部门开发的自动驾驶平台，NEXTCAR团队为本田Clarity配备了相当于4级自动驾驶的盒子。该自动驾驶系统采用线控驱动系统，允许车辆根据自动驾驶软件堆栈和环保驾驶模块的输入自动调整速度和转向。这确保了车辆在优化能源效率的同时将安全放在首位。
采用高效的高速公路合并等技术是他们充分利用每箱燃料或电池充电的关键策略。“例如，在高速公路上交通繁忙的情况下，计算出在不对高速公路上已有车辆的能源效率产生负面影响的情况下并入高速公路的最佳方式至关重要，”Gankov 指出。
随着NEXTCAR 2进入最后一年，ARPA-E峰会上的演示证明了自动驾驶汽车技术的进步及其大幅提高交通能源效率的潜力。