驾驶的未来:控制障碍功能和车联网

美国国家公路交通与安全协会报告称,94%的严重车祸是人为失误造成的。Christos Cassandras,波士顿大学电气与计算机工程杰出教授,系统工程系主任,信息与系统工程中心(CISE)的联合创始人,在车辆网络澳门威尼斯人注册网站研究和使用系统消除道路上的人为错误方面做出了巨大贡献。

图片来源:IGphotography/iStock

Cassandras擅长于离散事件和混合系统、协同控制、随机优化、网络系统中的分布式优化和计算机模拟领域,并应用于计算机和传感器网络、制造系统和运输系统。他最近在ScienceDirect上发表的一篇题为《具有事件/自触发控制屏障功能的联网自动驾驶汽车的最优控制》的澳门威尼斯人注册网站研究强调了控制屏障功能(CBF)如何使联网和自动驾驶汽车(cav)在交通网络冲突区域得以实现,从而限制了人为错误碰撞的数量。

车祸,无论是由超速、分心还是疲劳引起的,都归因于司机的疏忽或鲁莽。卡桑德拉斯表示:“如果我们能实现至少一部分车辆的自动化,并将这一比例从94%降至50%以下,那将是一件了不起的事情。”“如果你用电脑取代人类司机,电脑就不会睡觉、喝酒,也不会眨眼。它们喜欢数据,而(人类)会被数据淹没。”CBF将方向盘从驾驶员手中拿走,并与其他车辆进行人工交互,从而消除了道路上的人类接触。

根据Cassandras的说法,博弈论和合作的基本概念在驾驶时起作用。博弈论表明,两个或两个以上的决策者之间的决策,在这种情况下,司机,显示相互依存的决策和合作,或缺乏。司机之间主要是竞争,但偶尔也会合作,让另一名司机合并、超过或走在他们前面。

卡桑德拉斯说:“我们自私地试图找到最适合我们到达目的地、换车道、穿过十字路口等的方式。”有了这种新的自动驾驶汽车技术,这种竞争将被消除,一个“社会最优”将被创造出来。谁先通过十字路口或谁先合并的竞争将不再掌握在司机的手中。现在,决定什么是最好的将属于汽车里的电脑。

对卡桑德拉来说,关键是安全。他说:“没有人会购买你的自动驾驶汽车或任何其他昂贵、复杂的技术,除非你能保证它的安全。”虽然实现完全的乘客安全并跟踪车辆周围的情况可能具有挑战性,但这仍然是可能的。

“如果我的车在你的车后面,我不想太靠近你,以免撞到你。这很容易定义和说明,”Cassandras说。“在任何时候都保证这一点是非常困难的,不仅仅是现在和接下来的两分钟,而是永远。”这个问题的解决方案来自CBF。这些功能是车辆运行的约束条件,包括车辆与前面车辆的距离有多近,或者车辆的移动速度有多快。“(CBF)方法创建了一个映射和转换,它说,‘这就是你想要的。这就是我能做到的。”他说。这些功能提供了如何在道路上遵守这些约束的指导方针。

但是,伴随这些功能而来的是一种保守感。Cassandras说:“如果所有的车辆都以每小时5英里的速度行驶,那么一个完美的交通系统就可以得到保证,但这显然不是我们想要的。”因此,在cbf的安全性和速度之间产生了权衡。“我想保证安全,但同时我也想开得尽可能快。这是最先进的技术。我希望在不违反安全的情况下尽可能提高效率,但不能以过于保守为代价。”

在速度和安全之间找到平衡是很困难的,但通过车载计算,这是可能的。“你希望所有这些计算在不到一秒的时间内开始,因为这通常是决定下一步做什么的时间。”

目前有两种观点:支持或反对车联网(IoV)。与互联网手机的使用类似,车辆互联网将用于车辆在道路上相互通信。相反,汽车公司可能不希望成为“互联网”的一部分,而是选择使用自己的技术。

公司可能希望为自己的汽车配备自己的传感器,以便在自己的网络内进行通信,而不是让更广泛的物联网社区引发与天气或导航障碍相关的更大问题。车联网的竞争优势由消费者决定是否参与,从而创造了道路上自动驾驶和非自动驾驶的结合,正如卡桑德拉所说的“混合交通”。

使用一组自动驾驶汽车,可以使用一个名为“联盟游戏”的框架来减轻粗心、分心或不合作的司机。卡桑德拉斯说:“这涉及到我们如何在代理和自主设备之间进行合作,同时安全高效地完成任务,而不必过于担心的整个想法。”“如果车辆合作,它们有时可以抵消人类驾驶员的不合作。”

Cassandras目前和未来的资助项目包括与美国国家科学基金会合作,提供一个在线学习框架,旨在在给定的交通网络中分配旅行需求,从而形成一个旅行者愿意接受的社会最优移动系统。此外,Cassandras正在与本田合作,探索和量化在高速公路交通中使用智能汽车的好处,以改善目前经常受到高方差不可预测行为导致的“虚幻交通拥堵”。