Digitale vejsektor

tRAFIK & VEJE • 2015 JunI/JulI 47

Selvkørende og forbundne biler

Selvkørende biler har de seneste måneder fyldt meget i trafikdebatten i Danmark. Det er formentlig med god grund, da de har et potentiale til at revolutionere trafikken. Der er dog mange aspekter af de selvkørende biler, som stadig mangler at blive fuldt belyst. Denne artikel vil fokusere på et aspekt af selvkørende biler, som ofte bliver overset, nemlig behovet for at de kommunikerer med hinanden og med vejmyndighedernes trafikledelse.

Jens Peder Kristensen, KeyResearch

jpk@keyresearch.dk

Sensorer har mange kvaliteter men ikke alleDe selvkørende biler har sensorer, som har

mange kvaliteter. De kan se langt frem, til

siden og bagud. Nogle sensorer rækker op

til flere hundrede meter, mens andre sen-

sorer er optimeret mod kortere distancer.

Fælles for alle sensorer er dog, at de kan

ikke se gennem huse og andre biler. Sen-

sorerne kan også kun se, hvad en anden

bil gør, men ikke hvad den har til hensigt at

gøre, som fx at foretage en opbremsning.

Hensigten om at foretage en opbrems-

ning skal kommunikeres til de andre biler.

Sensorerne kan også kun se, hvordan om-

givelserne ser ud nu, men ikke hvordan der

ser ud på vejen flere km fremme, hvor der

måske er kø eller er ved at danne sig en kø.

Her er der også brug for kommunikation.

Hvis flere biler skal svinge i et kryds,

kan sensorer heller ikke klare det alene. Der

er brug for, at bilerne kommunikerer ind-

byrdes, så de kan aftale, hvordan de skal

navigerer sig gennem et kryds. Kommuni-

kation mellem biler kan bidrage til at gøre

de selvkørende biler bedre og kan supplere

de mange sensorer, de selvkørende biler

er udstyret med. Kommunikation mellem

biler vil ofte kunne suppleres med kom-

munikation mellem biler og infrastruktur,

hvor infrastruktur skal forstås bredt dæk-

kende lige fra små signalgivere i vejsiden,

som kan advare mod vejarbejde til centrale

trafikledelsessystemer hos vejmyndighe-

derne. Kommunikation mellem biler bliver

ofte på dansk kaldt forbundne biler.

Forskning i bilers kommunikationDer har i de seneste 10 år været forsket

meget i bilers kommunikation i blandt an-

det EU’s forskningsprogram, hvor projekter

som CVIS, Coopers, Safespot, COMeSa-

fety, EuroFOT, COMPASS4D og DRIVE

C2X tilsammen har brugt mere end 1 mil-

liard kroner. Der foregår også tilsvarende

aktiviteter i USA. Parallelt hermed er der

gennemført et stort standardiseringsar-

bejde i ETSI regi, og en særlig frekvens er

reserveret på 5,9 GHz. Den anvendte kom-

munikationsteknologi kaldes ofte wifi-p, da

den er tæt beslægtet med de wifi protokol-

ler, som anvendes i hjemmet og på arbejde

(fx Wifi-b,g,n, ac).

Begrebet selvkørende bil anvendes

ofte til at dække over mange forskel-

lige niveauer af automatisering af bi-

listens opgave rækkende fra advar-

selssystemer til den fuldt selvkørende

robottaxi. I denne artikel anvendes be-

grebet bredt dækkende hele spektret

af automatisering.

Figur 1. Samspillet mellem bilens sensorer, kommunikation mellem biler med wifi-p, og

kommunikation med vejsiden med wifi-p, samt brug af mobil nettet til kommunikation med

vejmyndighedernes trafikledelsescentre via 4G.

48 tRAFIK & VEJE • 2015 JunI/JulI

Wifi-p er optimeret til brug i trafikken og

kan anvendes ved hastigheder på op til 200

km/t. Samtidigt er den optimeret til hurtige

beskeder, da det ofte er nødvendigt, at en

besked er både afsendt og modtaget på få

millisekunder. Test af protokollen i EuroFOT

projektet har dog vist, at den ikke helt er

så stabil og hurtig, som det kunne ønskes.

80% af de afsendte beskeder blev mod-

taget i en afstand på op til 150 m. Forsin-

kelsen var ofte op til 60 ms. Disse tal er et

gennemsnit af både by- og landkørsel, og

det afspejler bl.a., at protokollen ikke virker

pålideligt omkring hushjørner.

En metode til at kompensere for den

begrænsede rækkevidde af wifi-p består i

at sætte små wifi modtagere og sendere op

langs vejsiden (kaldet beacons). Disse bea-

cons kan fx sikre ,at beskeder kommer vi-

dere til biler meget længere tilbage i en kø.

Beacons vil ofte være koblet til vejmyndig-

hedernes trafikledelsescentre og kan der-

for også levere mere overordnet trafikinfor-

mation. Ulempen ved beacons er den store

investering, det vil kræve af vejmyndighe-

derne at sætte dem op. Derfor er der me-

get, der tyder på, at beacons ikke vil blive

anvendt så meget. I EU’s forskningsprojek-

ter kaldes kommunikation mellem biler og

beacons for V2I (vehicle to infrastructure) til

forskel fra bilers indbyrdes kommunikation,

som kaldes V2V (vehicle to vehicle).

Et alternativ til wifi-p er mobilnettet.

Datakommunikation har altid været relativt

langsomt med svartider på flere hundrede

millisekunder, men med 4G nettet er svar-

tiderne blevet meget mindre. En anden

ulempe ved mobilnettet er, at der nogle

steder er dårlig dækning.

Der er mange fordele ved forbundne

biler, men mange af dem er vanskelige at

realisere i praksis, bl.a. fordi de er afhæn-

gige af, at alle biler har udstyret for at kunne

virke effektivt. Et eksempel er advarsel

mod, at en bil kører over for rødt. Det er

en advarsel, som kun er noget værd, hvis

den bil, der kører over for rødt har udsty-

ret, og alle de biler, der er ved at passere

for grønt skal også helst have udstyret, og

kommunikationen mellem alle bilerne skal

virke hurtigt og effektivt. Derudover er der

så risikoen for, at det bliver misbrugt af en

bilist til med vilje at køre over for rødt, da

de andre biler jo automatisk holder tilbage.

Jeg vil her præsentere nogle af de mere

lovende anvendelser af teknologien.

Kommunikation med signalanlægI EU projektet COMPASS4D testes Wifi-p

protokollen bl.a. til at sikre den optimale og

energibesparende kørsel frem mod et sig-

nalanlæg. Køretøjer på vej mod anlægget

kan tilpasse deres hastighed, så de slipper

for hårde opbremsninger og accelerationer,

fordi chaufføren får besked om, hvornår

signalet bliver grønt eller rødt. Systemet

giver også mulighed for busprioritet, så

busser med udstyret får signalanlæggene

til at justere deres grøntider, så de passerer

bedre med bussernes ankomsttider.

Projektet illustrerer meget godt et

klassisk problemstilling, når det gæl-

der forbundne biler. Samtidigt med at

COMPASS4D tester anvendelsen af wifi-

p protokollen, sker der er centralisering af

styring af signalanlæg i København, så al

information om deres aktuelle skiftetider er

tilgængeligt centralt. Denne centralisering

vil formentlig også blive set i mange andre

byer i Danmark. Helt i tråd med tendensen

til centralisering af styringen af signalanlæg

har vejregelrådet udsendt deres anbefalin-

ger til signalprioritering, hvor de anbefaler

anvendelsen af mobildatakommunikation

mellem bilerne/busserne og det centrale

anlæg i stedet for kommunikation mellem

bilerne/busserne og de enkelte signalan-

læg [1].

Kryds uden signalanlægSignalanlæg er til bilister. I stedet for at vise

farver ved hjælp af lamper kan fuldt selvkø-

rende biler selv finde vej gennem et kryds

takket være deres sensorer og helt uden

brug af signalanlæg. Der er dog brug for

at aftale forkørselsret mv. Derfor må fuldt

selvkørende biler være forbundne, når de

kører gennem et kryds uden signalanlæg.

Simuleringer udført af forskere ved Austin

University i Texas [2] tyder på, at effektivite-

ten af mange kryds kan øges med en faktor

4, hvis hovedparten af bilerne er selvkø-

rende og forbundne.

Varsel om opbremsningDe selvkørende biler kan se bremselys på

den forankørende bil og agere på dette. De

har stadig svært ved at registrere bremselys

på biler længere fremme, selvom det ofte er

muligt at se disse gennem de forankørende

bilers ruder pga. de ekstra bremselys pla-

ceret over bagruden på mange biler. Det

skal dog nok lykkes af få billedbehandlin-

gen gjort så avanceret, at disse bremselys

også kan detekteres. Med forbundne biler

bliver det muligt at registrere, at biler fore-

tager en opbremsning, også når der ikke er

synligt bremselys, fordi den bremsende bil

sender en wifi-p besked om, at den brem-

ser. Og modtager en bil en sådan besked,

sender den en besked videre bagud til de

efterfølgende biler. Derved øges rækkevid-

den af wifi-p. Faktisk kan bilen sende be-

skeden samtidigt med, at den gør klar til

opbremsningen, altså før der kommer lys i

bremselysene.

Figur 2. Viser placeringen af vejside-

beacons i København i forbindelse med

COMPASS4D projektet. I dette tilfælde er

vejsidebeacons forbundet med signalan-

læg. Illustrationen er udlånt af Københavns

Kommune og COMPASS4D projektet.

Figur 3. Simulering af selvkørende og for-

bundne biler, der passerer et kryds.

tRAFIK & VEJE • 2015 JunI/JulI 49

Intelligent fartpilotFartpiloten har efterhånden været kendt i

mange år, men i de senere år er den intel-

ligente fartpilot begyndt at blive til rådig-

hed i nyere biler. Den intelligente fartpilot

tilpasser sig automatisk hastigheden på

den forankørende bil. Det har dog vist sig,

at selv med den intelligente fartpilot vil en

svag opbremsning af en bil kunne forplante

sig som en bølge, der bliver kraftigere jo

længere bagud, den kommer. Det skyl-

des, at de intelligente fartpiloter reagerer

forsinket på hastighedsændringer af den

forankørende bil og derfor må bremse lidt

kraftigere.

Med forbundne biler kan alle efterføl-

gende biler foretage en kontrolleret og

samtidig opbremsning, hvilket forhindrer,

at der dannes bølger.

Ambulance advarselÉn af de simple anvendelser af forbundne

biler består i at lade en ambulance udsende

beskeder om, at den nu er på vej. Med de

kraftigt støjdæmpede moderne biler, kan

det være svært at opdage en ambulance,

der kommer bagfra, men med et wifi-p sig-

nal kan en ambulance sende en besked til

alle køretøjer i kørselsretningen.

PlatooningPlatooning dækker over et antal køretøjer,

som kører meget tæt med det formål enten

at reducere luftmodstanden, eller at de ef-

terfølgende chauffører ikke behøver at føre

bilen.

Platooning kræver forbundne biler og

har været testet i en årrække med lastbiler

som første biler. De efterfølgende biler kan

så være andre lastbiler eller personbiler.

Platooning med lastbiler løber dog ind i det

problem, at platoonet skal kunne flette med

andre køretøjer. Når dette sker, opløses

platoonet og de bagvedkørende chauffører

skal kunne tage over. Fletteproblemet gør

dog, at det er vanskeligt at lade chauffø-

rerne i de efterfølgende biler slappe af. De

skal hele tiden være klar til at tage over. Det

vil stadig være muligt at spare energi, fordi

så længe platoonet ligger tæt, vil der være

en betydelig reduktion i luftmodstanden

med brændstofbesparelser på over 10%.

Volvo har dog set en anden anvendelse

af platooning, hvor det ikke er et problem,

at de efterfølgende chauffører skal kunne

tage over. Volvo har udviklet et koncept,

hvor busser i byerne kører som platoons.

Det betyder, at de fylder mindre på vejene

og dermed giver mere plads til den øvrige

trafik.

Referencer[1] “Prioritering af køretøjer i signalanlæg,

systemteknisk koncept” af 1. marts

2015, Vejregelrådet.

[2] Au, Tsz-Chiu, Shun Zhang, Peter Stone.

Autonomous Intersection Management

for Semi-Autonomous Vehicles. 2014.

█

Figur 4. Volvo busser i platoon, hvor de kommunikerer med wifi-p (V2V).