در دنیای پرشتاب فناوری، نرم‌افزارها به قلب تپنده صنایع مختلف، از جمله حمل‌ونقل، تبدیل شده‌اند. با گسترش روزافزون خودروهای برقی و ظهور قریب‌الوقوع خودروهای خودران، نیاز به سیستم‌های کنترلی بسیار دقیق و قابل اطمینان بیش از پیش احساس می‌شود. آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) پیش‌بینی می‌کند تا سال ۲۰۳۰، بیش از ۶۰ درصد خودروهای جدید از قابلیت‌های رانندگی خودکار بهره‌مند خواهند شد و تا سال ۲۰۲۴، تعداد خودروهای الکتریکی جهان از مرز ۴۰ میلیون دستگاه عبور کرده است. در این چشم‌انداز، تشخیص صحیح و آنی وضعیت حرکتی خودرو در هر لحظه، نقشی حیاتی در حفظ ایمنی و پایداری آن ایفا می‌کند. اکنون، دستاورد نوآورانه پژوهشگران، با ترکیب هوش مصنوعی و مدل‌های فیزیکی، تحولی اساسی در این زمینه ایجاد کرده است که می‌تواند آینده خودروهای خودران را بازنویسی کند.

چالش‌های پیچیده درک حرکت برای خودروهای خودران هوشمند

سیستم‌های کنترل پیشرفته خودرو، به‌ویژه در خودروهای خودران، نیازمند دسترسی به داده‌های لحظه‌ای و فوق‌العاده دقیق در مورد وضعیت حرکتی وسیله نقلیه هستند. پارامترهایی نظیر سرعت، شتاب، نیروی جانبی وارده بر تایرها و زاویه انحراف از مسیر، از جمله اطلاعات حیاتی برای تصمیم‌گیری‌های صحیح این سیستم‌ها محسوب می‌شوند. در حالی که رانندگان انسانی به‌طور غریزی و از طریق حس خود می‌توانند خطرات احتمالی و از دست رفتن پایداری را درک کنند، خودروهای خودران کاملاً به الگوریتم‌ها و داده‌های حسگرها متکی هستند.

مشکل اصلی اینجاست که محیط رانندگی واقعی مملو از متغیرهای غیرقابل پیش‌بینی است. تغییرات ناگهانی در ضریب اصطکاک جاده (مانند عبور از سطح خشک به خیس یا یخی)، تغییر شکل و رفتار دینامیکی تایرها در شرایط مختلف، پیچ‌های تند، یا مانورهای اضطراری، همگی می‌توانند باعث شوند مدل‌های فیزیکی سنتی خودرو در تخمین وضعیت حرکتی دچار خطا شوند. بر اساس آمارها، نزدیک به ۳۰ درصد از خطاهای سیستم‌های خودران مستقیماً به تخمین نادرست و دیرهنگام وضعیت حرکتی خودرو مربوط می‌شود که می‌تواند پایداری را به خطر انداخته و حتی به تصادفات منجر شود.

راهکار نوین: هوش مصنوعی فیزیکی در بهبود کنترل خودروهای برقی

در پاسخ به این چالش‌های بنیادین، تیمی متشکل از پژوهشگران برجسته به سرپرستی پروفسور کانگهیون نام از مؤسسه DGIST کره جنوبی، با همکاری دانشگاه شانگهای جیائو تونگ و دانشگاه توکیو، رویکردی انقلابی را معرفی کرده‌اند. آن‌ها سیستمی بر پایه هوش مصنوعی فیزیکی (Physics-Informed AI) طراحی کرده‌اند که به‌جای نادیده گرفتن مدل‌های فیزیکی مرسوم، آن‌ها را با قابلیت‌های یادگیری عمیق ماشین تقویت می‌کند. این ترکیب هوشمندانه به سیستم اجازه می‌دهد تا محدودیت‌های مدل‌های سنتی را جبران کرده و دقت تخمین را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

تمرکز اصلی این سامانه بر تخمین دقیق پارامترهایی است که به‌طور مستقیم توسط حسگرهای موجود در خودرو قابل اندازه‌گیری نیستند، اما برای پایداری و کنترل حیاتی‌اند. یکی از مهم‌ترین این پارامترها، «زاویه لغزش جانبی» (Side-Slip Angle) است. این زاویه نشان‌دهنده میزان انحراف واقعی خودرو از جهتی است که چرخ‌ها به آن سمت هدایت می‌شوند، به عبارتی دیگر، خودرو تا چه حد در پیچ‌ها یا سطوح کم‌اصطکاک به پهلو سر می‌خورد. تشخیص دقیق و به موقع این زاویه، کلید حفظ پایداری و پیشگیری از خروج کنترل از دست راننده یا سیستم خودران است.

ترکیب فیزیک و هوش مصنوعی؛ افزایش دقت تخمین در خودروهای خودران

سیستم نوین توسعه‌یافته توسط این پژوهشگران، بر پایه‌ی تلفیق هوشمندانه دو فناوری پیشرفته استوار است:

فیلتر کالمن بدون بو (Unscented Kalman Filter – UKF): این فیلتر پیشرفته وظیفه دارد تا با حفظ انسجام و پایبندی به قوانین بنیادی فیزیک خودرو، داده‌های ورودی از حسگرها را پردازش کند و تخمین اولیه وضعیت خودرو را ارائه دهد. UKF به سیستم کمک می‌کند تا حتی در حضور نویز و عدم قطعیت در داده‌های حسگر، یک مدل فیزیکی منطقی از حرکت خودرو حفظ شود.

رگرسیون فرآیند گاوسی (Gaussian Process Regression – GPR): این بخش از هوش مصنوعی، مسئولیت یادگیری و مدل‌سازی رفتار پیچیده و غیرخطی تایرها و شرایط متغیر جاده را بر عهده دارد. GPR با تحلیل داده‌های گذشته و لحظه‌ای، الگوهایی را شناسایی می‌کند که مدل‌های فیزیکی صرف قادر به درک آن‌ها نیستند، مانند چگونگی تغییر اصطکاک تایرها با تغییر دما، فشار، یا نوع سطح جاده.

داده‌های بلادرنگ دریافتی از حسگرهای خودرو، مانند نیروی جانبی تایرها، به‌طور مداوم وارد این سیستم هیبریدی می‌شوند. الگوریتم هوش مصنوعی سپس خود را با شرایط جدید تطبیق داده و با تلفیق مدل‌های فیزیکی و یادگیری ماشینی، تخمینی با دقت بی‌نظیر از وضعیت حرکتی خودرو ارائه می‌دهد. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این ترکیب هوشمندانه، خطای تخمین را تا ۴۵ درصد نسبت به روش‌های سنتی کاهش می‌دهد که دستاوردی چشمگیر در حوزه کنترل خودروهای خودران محسوب می‌شود.

آزمایش‌های عملی و چشم‌انداز روشن برای ایمنی خودروهای هوشمند

تیم پژوهشی برای ارزیابی کارایی این سیستم، آن را بر روی یک پلتفرم واقعی خودروی برقی آزمایش کرد. این آزمایش‌ها در شرایط متنوع و چالش‌برانگیزی طراحی شده بودند که شامل موارد زیر می‌شدند:

سرعت‌های مختلف از ۳۰ تا ۱۲۰ کیلومتر بر ساعت

انواع سطوح جاده شامل خشک، خیس و دارای اصطکاک کم

پیچ‌های ملایم و تند

مانورهای ناگهانی و اضطراری

نتایج به دست آمده از این آزمایش‌ها حیرت‌آور بود. سیستم هوش مصنوعی فیزیکی در تمامی سناریوها، پایداری و دقت تخمین فوق‌العاده‌ای از خود نشان داد. این میزان دقت و سرعت در تشخیص، برای کاربردهای تجاری خودروهای خودران از اهمیت حیاتی برخوردار است؛ زیرا حتی کاهش ۱۰ میلی‌ثانیه در زمان تشخیص لغزش می‌تواند تفاوت بین کنترل خودرو و بروز یک تصادف جدی باشد.

تخمین دقیق وضعیت حرکتی خودرو، زیربنای عملکردهای بسیاری از جمله سیستم‌های کنترل پایداری الکترونیکی (ESC)، قابلیت‌های ایمنی در خودروهای خودران و حتی بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش عمر مفید تایرها است. کارشناسان تخمین می‌زنند که تنها بهبود ۵ درصدی در سیستم‌های کنترل پایداری، قادر است تا ۲۰ درصد از تصادفات ناشی از لغزش خودروها را کاهش دهد. پروفسور نام تاکید می‌کند که هدف این پروژه تنها افزایش دقت نبوده، بلکه تضمین قابلیت اطمینان و ایمنی بلندمدت در معماری خودروهای هوشمند نیز در اولویت قرار گرفته است.

این پژوهش که در مجله معتبر IEEE Transactions on Industrial Electronics منتشر شده، به وضوح نشان می‌دهد که آینده خودروهای برقی و خودروهای خودران در گرو همکاری تنگاتنگ علم فیزیک و پیشرفت‌های هوش مصنوعی است. سیستم جدید تخمین وضعیت خودرو، نه‌تنها محدودیت‌های مدل‌های سنتی را از میان برمی‌دارد، بلکه راه را برای نسل نوینی از سیستم‌های کنترل هوشمند، ایمن و قابل اعتماد هموار می‌کند. به نظر می‌رسد هوش مصنوعی فیزیکی به یکی از ستون‌های اصلی و حیاتی در تکامل صنعت خودروسازی در سال‌های پیش رو تبدیل خواهد شد.

مجله خودرویی آر سی

مطالب مرتبط

• رقابت شانه به شانه در بازار خودروهای برقی: تسلا صدرنشینی سال ۲۰۲۵ را به BYD می‌بازد
• چری iCar V23 با طراحی آفرودی و فناوری تعویض باتری رسماً رونمایی شد
• استاندارد مصرف انرژی خودروهای برقی چین، از سال ۲۰۲۶ صنعت جهانی را به سوی بهره‌وری بیشتر سوق می‌دهد
• سوبارو آنچارتد ۲۰۲۶ با برد بی‌نظیر و قیمت رقابتی، بازار کراس‌اوورهای برقی را متحول می‌کند

About the Author

rcadmin

Administrator

Visit Website View All Posts