Adaptivní tempomaty zatím dopravní zácpy nevyřeší  
Vědecký tým z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT v prosinci spolu s dobrovolníky testoval, co se stane, když se na silnici vytvoří kolona z více aut, jejichž řidiči mají zapnutý tzv. adaptivní tempomat. Experiment ukázal, že u náhodného vzorku vozů na českých silnicích bude docházet i s použitím ACC ke kvalitativně stejnému chování jako u lidských řidičů – tedy ke vzniku bezdůvodných (fantomových) dopravních zácp.

Výsledek experimentu: řetězová nestabilita. Kredit: ČVUT
Výsledek experimentu: řetězová nestabilita. Kredit: ČVUT
V pátek 6. 12. 2019 na letišti v Mnichově Hradišti provedl tým z Fakulty elektrotechnické ČVUT pod vedením docenta Zdeňka Huráka unikátní experiment s osobními automobily vybavenými adaptivními tempomaty (angl. adaptive cruise control, ACC). Majitelé a řidiči dvanácti takových vozů se přitom přihlásili na veřejnou výzvu, šlo tedy o experiment se zapojením veřejnosti. Vědci na dvoukilometrové pojezdové dráze sestavili řadu celkem 12 vozů se zapnutým ACC v závěsu za vedoucím vozem. Ten měl za úkol nejprve nastoupit plynulou jízdu v rychlosti 60 km/h, poté mírným a krátkým brzděním zpomalit na 50 km/h a pak opět zrychlit na původní cestovní rychlost. Ostatní vozy měly adaptivní tempovat nastavený na 80 km/h. Vědci pak zaznamenávali reakce těchto vozů v koloně, tedy změny jejich rychlosti.

 

Výsledek experimentu: řetězová nestabilita

A k čemu při změně rychlosti vedoucího vozu došlo? Řidiči v posledních pořadích kolony mohli pozorovat, že jejich vůz přibrzdil až na 30 km/h a následně zrychlil až na 80 km/h (hodnota nastavená na jejich tempomatech), než se zase ustálí na původní cestovní rychlosti vedoucího vozu 60 km/h. Pozorovaný jev je pod názvem řetězová nestabilita (angl. string instability) dobře známý z řízení vozů lidskými řidiči. V případě adaptivních tempomatů, kdy o zrychlení a brzdění rozhoduje palubní řídicí počítač pouze na základě měření vlastní rychlosti a vzdálenosti k předchozímu vozu, je v mezinárodní odborné komunitě známo, že řetězovou nestabilitu by mělo být možné potlačit. Experiment však ukázal, že u náhodného vzorku vozů na českých silnicích dochází ke kvalitativně stejnému chování jako u lidských řidičů. Naděje, že při větším zastoupení vozů s adaptivními tempomaty (ve dnešním provedení) na českých dálnicích přestanou vznikat bezdůvodné (fantomové) dopravní zácpy, se tak ukazuje jako lichá.

Nahoře průběh rychlostí vedoucího vozidla (silnější modrá čára) a vozidel s adaptivními tempomaty (záznamy pro vůz 7 chybí). Dole průběh vzdáleností k vedoucímu vozu. Vedoucí vůz na pár vteřin zpomalil o cca 10 km/h, aby se následně vrátil na původní rychlost cca 60 km/h, zatímco vozidla ke konci kolony snižovala rychlost až na 30 km/h a následně přesahovala 70 km/h. Kredit: ČVUT.
Nahoře průběh rychlostí vedoucího vozidla (silnější modrá čára) a vozidel s adaptivními tempomaty (záznamy pro vůz 7 chybí). Dole průběh vzdáleností k vedoucímu vozu. Vedoucí vůz na pár vteřin zpomalil o cca 10 km/h, aby se následně vrátil na původní rychlost cca 60 km/h, zatímco vozidla ke konci kolony snižovala rychlost až na 30 km/h a následně přesahovala 70 km/h. Kredit: ČVUT.

Nešlo o srovnání ACC proti člověku ani jednotlivých ACC systémů mezi sebou

Předmětem experimentu nebylo, zda je pozorovaný příspěvek k řetězové nestabilitě u vozů vybavených adaptivním tempomatem silnější nebo slabší, než když řídí člověk. Ve prospěch adaptivních tempomatů obecně mluví spolehlivost, přesnost a rychlost strojového rozhodování, v jeho neprospěch však neschopnost předvídat, byť i jen rozpoznáním rozsvícených brzdových světel předchozího vozu (či několika vozů) a neschopnost přečíst a vyhodnotit upozornění o blížícím se zúžení či práci na silnici.

 

Stejně tak nebylo cílem experimentu porovnávat jednotlivé vozy mezi sebou. Vědci neprováděli důkladné (a časově náročné) experimenty s jednotlivými vozy. Jedině na základě takových měření by bylo možné spolehlivě kvantifikovat míru přispívání konkrétních adaptivních tempomatů k řetězové nestabilitě celku. Není tak vyloučeno, že u vozů různých značek a typů bude různá.

Z. Hurák spolu s T. Hanisem, ČVUT.
Z. Hurák spolu s T. Hanisem, ČVUT.

Budoucnost: kooperativní adaptivní tempomaty

Výraznější zlepšení schopností těchto asistenčních systémů s ohledem na jejich dopad na plynulost dopravy lze očekávat až po zakomponování dalších funkcí, například schopnosti rozpoznat rozsvícené brzdové světlo jednoho nebo více vozů vpředu, či dokonce formou bezdrátové komunikace mezi vozy (angl. vehicle-to-vehicle, V2V) přijmout informace o dění vpředu. V mezinárodní odborné komunitě jsou takovéto systémy, označované kooperativní adaptivní tempomaty (angl. CACC), předmětem velmi intenzivního výzkumu a v experimentálním provozu už byly představeny první prototypy.

 

Tým docenta Huráka chce data změřená při experimentu využít k vývoji přesnějších modelů popisujících dynamiku vozů vybavených adaptivními tempomaty. Tyto budou publikovány v odborném tisku, nicméně už teď jsou data z experimentů přístupná i veřejnosti zde. Více informací na www.fel.cvut.cz.

Datum: 16.12.2019
Tisk článku

Budoucnost lidstva - Kaku Michio
 
 
cena původní: 397 Kč
cena: 333 Kč
Budoucnost lidstva
Kaku Michio

Diskuze:

Samozřejmě že nevyřeší

Martin Novák 2,2019-12-17 11:07:05

Samozřejmě že nevyřeší. I ten adaptivní tempomat reaguje na situaci před sebou se zpožděním. Jednak je to žádoucí (aby auto nejezdilo stylem brzda plyn, když to není potřeba a neškubalo sebou na základě drobných podnětů před sebou) a jednak je to z principu věci, kdy prostě odezva pohonů a brzd není okamžitá, ale pozvolná. Adaptivní tempomaty bvy to vyřešily tehdy, pokud by byly řízeny centrálně - v rámci dané kolony by je řídil jeden řídicí člen, který by je rozpohyboval současně. Pokud reaguje každý sám, tak bude vždy reagovat plus mínus jako člověk.

Odpovědět

Odstup mezi vozidly

Aleš Voborník,2019-12-17 08:22:26

Zažil jsem již mnoho fantomových zácp a to především v Německu a ve Švýcarsku.
Jednu velmi zblízka na berlínské výpadovce z Mnichova.
- počáteční situace - levý poloprázdný, prostřední plný asi 130km/h, pravý plný s kamiony 90km/h, plynulá jízda s rozumnými odstupy za večerního šera, silnice osvětlená
- porucha - zpoza kamionu prudce vjede do prostředního dodávka, protne ho do levého (já byl za ní v pravém)
- reakce - řidič v prostředním, náhle bez odstupu, prudce brzdí a vytváří brzdnou vlnu šířící se dozadu
- neadekvátní reakce - řidič za mnou v pravém nesmyslně brzdí - má asi problém s předjížděním zprava, řidiči v levém také brzdí - neví co se děje
- následky - já předjíždím kamion již v prázdném prostředním pruhu kamion a vzdaluji se stojícím autům, za cca 5 min. se za mnou objevují další auta, dodávka je už dávno pryč, někde vzadu se dokonce mohli i srazit
- dodávka jela podobnou rychlostí jako prostřední pruh, kdyby ten řidič před kterého vjela tak divoce nebrzdil a strpěl 1s odstup cca 5m, tak by se nic nedělo
- podle mého významnou příčinou fantomových zácp je extrémní lpění na odstupech některých řidičů
- někteří řidiči lpí na velkých odstupech i při nízkých rychlostech - nafukují kolony ve městech, vybízí k myškování - pak se asi vztekají, že musí brzdit
- dokonce existují řidiči vyučující odstupy za sebou nesmyslným zpomalováním a bržděním - i švýcaři umí vybržďovat
- adaptivní tempomat reaguje na krátkodobé zkrácení odstupu bržděním a navíc se může přidat ještě brzdný asistent, tak bude spíš hůř než líp
(řídím 35let, mám projetou celou Evropu bez nehody a prakticky bez pokut na silnici)

Odpovědět


Re: Odstup mezi vozidly

František Kroupa,2019-12-17 22:48:24

Podle mých omezených zkušeností (byť řídím o něco déle než Vy :-)) je to náhlé vybočení do sousedního pruhu typické pro Němce. Našinec zpravidla koukne do zrcátka a pokud vidí, že se jej někdo chystá předjet, byť je relativně daleko, pustí jej. Němec vidí, že tam vejde, a už se sune. Možná to tak mají doma zavedeno a považují to za normální, předjížděný i předjíždějící.

Odpovědět

Zavora

Mojmir Kosco,2019-12-17 06:22:52

Kdyby na zacatek dali zavory tak se kolona zastaví úplné. On nekdo neví ze system řízení auta ma pri beznem řízení malý vliv ? Ze na zacpy ma nejdulezitejsiv vliv bod snizeni propustnosti?

Odpovědět

A nedá se rovnou

Richard Vacek,2019-12-16 18:12:30

matematicky dokázat, že adaptivní tempomaty fantomové zácpy neodstraní?

Odpovědět


Re: A nedá se rovnou

Aleš Petřina,2019-12-16 18:27:05

Pokud získáte od výrobců tempomatů data, tak ano. Jednodušší a hlavně rychlejší jejich zavádějící reklamní šoty dát do patřičných mezí jednoduchým pokusem. Navíc je podle mne pro majitele takových udělátek víc než intuitivní.

Odpovědět


Re: A nedá se rovnou

Jiri Naxera,2019-12-16 21:52:52

Vzhledem k tomu, že (i kdyby se podařilo parametrizovat přesně reakci vozu s adaptivním automatem) se jedná o soustavu složitých nelineárních difernciálních rovnic, tak se obávám, že ne.

Druhá věc je, jak dobrý by ten model byl, třeba jen když zmáčknete plyn na plno, tak reakce je závislá na okamžité rychlosti, kvalitě paliva, teplotě tlaku a vlhkosti vzduchu, rychlosti turba (zkuste se zamyslet jen nad modelem, který z průběhu otáček a výkonu odhadne kolik točí, a to je jen subproblém).

Odpovědět


Re: Re: A nedá se rovnou

Marek Fucila,2019-12-17 15:48:43

Podla mna na to vysoku matematiku netreba. Ulohou adaptivneho tempomatu je udrziavat konstantnu rychlist, a v pripade prekazky konstantnu vzdialenost / rovnaku rychlist aku ma aaku ma auto pred nim. Vestit to nevie ani nikdy nebude. Ako takyto system naimplementovat? Odmeriam rychlost toho predo mnou a vypocitam, ako pribrzdit. Presne to neurobim, takze tam bude nejaka tolerancia. A to je polovicny interval. Povedzme ze auto ma nastaveny ofstup 20m, tak tempomat nemoze brzdit tak, ze to bude nakoniec 20+/-5, ale ze to bude 20+10. Ide v prvom rade o bezpecnost a priblizenie sa je nebezpecne. Co ak chce to auto zastavit? Pri odchylke skracujucej odstup by pri dalsom premerani z 20 metrov mohli byt 15, potom 10, nakoniec zaporne cislo.
Takze tieto fantomove zapchy vznikaju kvoli rezervam, ked sa pre istotu brzdi viac, lebo nevieme,ci by potom skrateny odstup nestacil. Auto pred nami moze s kludom chciet uplne zastavit a mozno aj havaruje. Osobne ked soferujem, mierne riskujem a nebrzdim hned ako vidim brzdove svetla, lebo ak ide ten predo mnou systemom brzda/plyn, tak plynulou jazdou a skracovanim a predlzovanim odstupov jeho jazdu za mnou vyhladim. Ale aj to ma svoje limity a moj odhad nemusi byt dobry. To si adaptivny tempomat na svedomie nezoberie. :)
Ja teda pochybujem, ze vysledok necakali a islo len o demonstraciu.
Jedine riesenie, ktore mi napada je komunikacia autonomnych aut. Prve oznami, ze znizuje ryrychlost a ak to dalsich 10 potvrdi, jedenaste za nim sa moze spolahnut, ze staci ist rychlostou toho prveho, pokial nejake pred nim neoznami dalsiu zmenu. Ale to je daleka buducnost. Viem ale ze sa komunikacia aut riesi, tak si myslim, ze uz na toto modely su.
Sorry za preklepy a absenciu diakritiky, ale z mobilu tu ani naraz nevidim pisany text...

Odpovědět


Re: Re: Re: A nedá se rovnou

Richard Vacek,2019-12-17 16:39:44

To máte těžké. I když první auto oznámí, že začalo brzdit, tak si ho poslechnou auta v protisměru a začnou co? Taky brzdit?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: A nedá se rovnou

Aleš Procháska,2019-12-17 20:25:02

Tohle je věc která se dá celkem snadno ošetřit softwarově (například si z navigace/GPS vezme směr kterým jede) i hardwarově (doba zpoždění signálu, Doppler - to umí adaptivní tempomaty už teď).

Odpovědět


Re: Re: Re: A nedá se rovnou

František Kroupa,2019-12-17 23:00:40

To, jste popsal, právě na vyšší matematiku vede. Jakmile začne vozidlo nepředvídatelně měnit rychlost, tedy nelineárně, máte z toho diferenciální rovnice jak vyšité, a musíte je řešit v reálném čase.

Odpovědět


Re: Re: Re: A nedá se rovnou

Jiri Naxera,2019-12-18 09:59:57

Ona to vyssi matematika je. I jen hloupe elektricke topeni neni snadne regulovat (mam nastaveno 20, sonda rika 19.5 - jak moc mam pritopit kdyz topeni i vzduch maji tepelnou setrvacnost? A co to je udrzet teplotu 20 stupnu? I tam se obvykle pocita jak s integraci, tak i s derivaci, integrace je aby to zvladalo trendy (kdyz je venku -10 aby nebylo v mistnosti 18 a pri +10 21), derivace pro zmenu kdyz na chvili otevrete okno, aby to netrvalo hodinu nez to zacne topit, atd.
V matematice kolem se i tady dostanete na veci jako Besselovy a Cebysevovovy funkce. A to jsme jen u linearniho modelu.

Jinak fantomove zacpy nemusi vznikat kvuli rezervam, to se da vyresit ze potrebuju 20m, drzim 30m, ale kvuli dynamice celeho systemu, ktery se proste rozkmita (opet, Nyquistovo kriterium je snadne, ale rozumne k nemu dojit u nelinearniho modelu uz ne).

ad brzda/plyn: Adaptivni tempomat ma proti Vam sice nevyhodu, ze je hloupy, ale i vyhodu ze muze mit presnejsi informace, zejmena o vzajemne rychlosti, takze krome plynule jizdy to muze vcas "zadupnout" kdyz se auto pred nim chova spatne, a stejne jako Vy ma moznost za blbcem drzet vetsi odstup, aby se do tehle krizove casti nedostal.
Co beru za vetsi problem (viz clanek), aby se pri bezne jizde nedochazelo k zesilovani fluktuaci, coz je myslim chyba nastaveni soucasnych tempomatu.

ad komunikace aut - osobne nevim, co si o tom myslet. Jednak je to priznani neschopnosti problem (nastaveni tempomatu tak aby vznikle kmity tlumily) vyresit, druhak mam velmi spatny pocit kdykoli neco co muze cloveka dost snadno zabit je krmene daty z untrusted zdroju obecne (a jeste vetsi strach mam z prasat programatoru, kteri dnes nedokazou ani osetrit bezne chyby, natoz pak mozne umyslne chybne informace. Zvlast pri tlaku "musime to dat do aut do tejdne jinak nas predbehne Tesla, nejak to udelejte").
Ostatne MCAS v Boeingu je zarnym prikladem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: A nedá se rovnou

Vladimír Bzdušek,2019-12-20 14:24:30

S tým kúrením je ďalší problém. Teplota (v izbe) je veličina s rozloženými parametrami, takže to vedie na parciálne diferenciálne rovnice ... Málokedy sa podarí umiestniť teplotné čidlo tak, aby to viedlo k všeobecnej spokojnosti.

Odpovědět


Re: A nedá se rovnou

Stanislav Brabec,2019-12-18 03:33:44

Volbou vhodných parametrů by adaptivní tempomaty fantomové zácpy vyřešily. Výsledkem matematického modelu by sice byla složitá soustava rovnic, ale my známe její systémové výsledky: Čím je kratší reakční doba a čím je větší buffer (vzdálenost vozidel), tím menší korekce rychlosti je potřeba. Při určitém nastavení parametrů bude vzniklá vlna utlumovat, při jiném zesilovat až k mezním hodnotám.

P. S.: Stejný problém vzniká při pokusech centrálních bank o „ekonomický tempomat“. Reakční doba regulační veličiny (inflace spotřebního koše) je extrémně dlouhá (mnoho let), a přehnaná reakce bank vede k fantomovým krizím, které nemají žádnou materiální příčinu, pouze přílišné zrychlení v některém místě ekonomiky.

Odpovědět


Re: Re: A nedá se rovnou

Jiri Naxera,2019-12-18 10:28:58

Ono to neni tak jednoduche, i kdyz mate v principu pravdu. Ale predstavte si tenhle nasledujici jednoduchy priklad. Mate nejaky vstup (rychlost) a vystup (vykon), vystup protahnete v ramci modelu nejakym zpozdenim a sup s tim zpet do vstupu, a ke vstupu pripojte navic kondenzator proti zemi (setrvacnost) a signalni generator (rozdily v rychlosti auta pred). Je to nejjednodussi mozny linearni model se zpetnou vazbou, regulator bude nejaky black box, a Vasim ukolem je ho nejak nastavit.

A ted projedte celou (relevantni cast) spektra. At mate v regulatoru cokoli, nektere frekvence se Vam utlumi, ale urcite tam najdete nektere, ktere to bude zesilovat (nevim jestli bych dokazal a nechci pocitat, jestli vubec lze udelat regulaci ktera tlumi vsechny frekvence). Tam je problem, kdyz jich date nekolik za sebe, tak vam to bude na tech frekvencich delat zacpy. OK, tak to rozhodime, pokud by mel kazdy z regulatoru jinou frekvencni charakteristiku, tak by se to mohlo ve vysledku srovnat a utlumit.
A ted misto idealizovaneho systemu do toho dejte aktualni auta. Netvrdim ze je to nemozne, ale snadne to nebude.
(jinak s Vami nemohu souhlasit ani v tom ...cim kratsi reakcni doba... - pak je mozne ze budete resit ze auto v kolone zacne skakat jako zacatecnik pri rozjezdu)

Odpovědět


Re: Re: Re: A nedá se rovnou

Stanislav Brabec,2019-12-18 21:25:43

Pokud se budete pokoušet regulovat rychleji než je reakční doba systému, dostanete samá nestabilní řešení, v nejlepším případě se dostanete do labilní rovnováhy, kdy jakékoliv narušení předpokládaného průběhu bude mít nepříjemné efekty. Budete mít problémy s oscilacemi a překmity.

Krátká reakční doba má i svá negativa. Například spotřebu energie a nepohodlí. To lze zčásti kompenzovat tím, že reakce bude mít pomalý náběh. Tedy když auto přede mnou zpomalí z 60 km/h na 59,5 km/h, tak udělám totéž. Snížení rozestupu kompenzovat mohu, ale nemusím, pokud nejsem pod minimem. Když bude tempomat místo rychlosti regulovat přímo rozestup vozidel, může reagovat mnohem rychleji. Pokud bude tempomat fungovat tak, že spekulativně bude držet 60 km/h, a až při dosažení minimálního povoleného rozestupu začne prudce brzdit pod rychlost auta před ním, tak se to uregulovat asi nedá.

Také lze zvětšit vyrovnávací kapacitu, tedy rozestup vozidel. Což opět má svá negativa. Ale je to náš jediný vyrovnávací prvek.

Opravdu inteligentní systém může rozpoznat typ vozidla přede mnou, znát jeho dynamiku (hlavně brzdné vlastnosti), a na základě těchto údajů vypočíst třídu všech nekolizních trajektorií, a z nich vybrat tu nejpohodlnější. Jako bonus ještě může vzít při brzdění v úvahu brzdné vlastnosti vozidla za ním. Vozidla budoucnosti mohou bez problémů tyto údaje sdílet. („Mám keramické brzdy, a ze sto na nulu to dnes na této vozovce dám na třiceti metrech. Uprav rozestup!“)

Odpovědět


Re: A nedá se rovnou

Lada 1,2019-12-18 19:13:36

ano dá. Taky nechápu, proč si to museli takto asi po milionté zkoušet.
ACC používá PID regly. Těch simulací jsou hromady v matlabu

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace