القيادة الذاتية: مستوياتها، وتقنياتها، ومستقبلها

دليل ألفا » ألعاب » القيادة الذاتية: مستوياتها، وتقنياتها، ومستقبلها

انتقلت القيادة الذاتية من كونها فكرة خيالية إلى أحد أهم أهداف صناعة السيارات في فترة وجيزة. ففي كل عام، يتم الإعلان عن أنظمة جديدة ومشاريع تجريبية وتغييرات قانونية، مما يقربنا أكثر من فكرة ركوب السيارة، وتحديد الوجهة، ثم نسيان بقية الرحلة.

مع ذلك، ما زلنا بعيدين عن رؤية سيارات بدون عجلة قيادة تجوب شوارع مدننا بأعداد كبيرة. ما هو متوفر لدينا بالفعل في السوق هو مركبات بمستويات متفاوتة من الأتمتة ومجموعة جيدة من أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) التي تمهد الطريق نحو القيادة الذاتية الكاملة. دعونا نشرح بوضوح كيف يعمل كل هذا، وما هي التقنيات التي تحملها هذه السيارات، وما هي مستويات جمعية مهندسي السيارات (SAE)، وما هو التقدم الحقيقي الذي تم إحرازه، وما هي التحديات التي لا تزال قائمة.

ما هي القيادة الذاتية بالضبط؟

قبل الخوض في تفاصيل المستويات والعلامات التجارية، من المهم توضيح أن ليس كل نظام سيارة "ذكي" يعني بالضرورة القيادة الذاتية . ويُعدّ معيار J3016 الصادر عن جمعية مهندسي السيارات (SAE International) المرجع المعتمد في هذا القطاع ، حيث يُحدد بدقة ماهية القيادة الآلية وكيفية تصنيفها.

ببساطة، القيادة الذاتية هي قدرة المركبة على تولي بعض أو كل مهام القيادة الديناميكية (التسارع، والكبح، والانعطاف، ومراقبة المحيط، والاستجابة للأحداث غير المتوقعة، إلخ) بشكل مستدام، مع درجات متفاوتة من الإشراف البشري. وفي أعلى مستوياتها، تستطيع السيارة القيادة دون أي تدخل بشري.

لتحقيق ذلك، تجمع المركبة ذاتية القيادة بين أجهزة استشعار ومعالجات ومحركات وبرمجيات قادرة على إدراك محيطها، وتفسير ما يحدث، وتخطيط المناورة، وتنفيذها باستخدام أدوات التحكم في السيارة. كل هذا يحدث ضمن الظروف التي صُممت من أجلها، والمعروفة باسم نطاق التصميم التشغيلي (ODD) : نوع الطريق، والطقس، وحركة المرور، والإضاءة، وما إلى ذلك.

لا يقتصر الدافع الرئيسي وراء هذا السباق التكنولوجي على مجرد الراحة. تشير التقديرات إلى أن أكثر من 90% من حوادث المرور تعود إلى الخطأ البشري . ومن أهم أهداف السيارات ذاتية القيادة: الحد من هذا العامل، وتحسين انسيابية المرور في المدن، وتسهيل تنقل الأشخاص الذين يعانون من صعوبات في القيادة.

كيف تعمل السيارة ذاتية القيادة من الداخل؟

إن السيارة ذاتية القيادة ليست مجرد مركبة "تقود نفسها بنفسها"، بل هي منصة تكنولوجية معقدة. ولكي تعمل، تحتاج إلى إدراك محيطها، وتحديد موقعها بدقة، واتخاذ القرار المناسب، وتنفيذه بأمان. ويعتمد كل هذا على عدة مكونات تكنولوجية.

أولاً، هناك أجهزة استشعار البيئة المحيطة ، التي تُغني إلى حد ما عن حواس السائق. وتشمل هذه الأجهزة الكاميرات، والرادار، والليدار، والموجات فوق الصوتية، وأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء، وأنظمة الرؤية الليلية، وغيرها. ولكل منها مزاياها وعيوبها، ولذلك تُدمج عادةً معًا.

يلي ذلك جانب تحديد الموقع والملاحة . يجب أن تعرف المركبة ذاتية القيادة موقعها بدقة أعلى بكثير مما يوفره نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الهواتف المحمولة التقليدية. ولتحقيق ذلك، تستخدم أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GPS، GLONASS، Galileo، وغيرها)، والملاحة بالقصور الذاتي، وفي المستويات الأكثر تطوراً، خرائط عالية الدقة تتم مقارنتها باستمرار مع البيانات المسجلة بواسطة أجهزة الاستشعار.

تُرسل جميع البيانات التي تلتقطها هذه الأجهزة إلى وحدات تحكم مزودة بمعالجات فائقة القدرة . وهنا يبرز دور الذكاء الاصطناعي: رؤية الحاسوب، والتعلم الآلي، وخوارزميات التخطيط التي تحوّل البيانات الخام إلى قرارات ملموسة بشأن عجلة القيادة، ودواسة الوقود، أو المكابح. وهذا ما يُعرف في هذا المجال بأنظمة القيادة الآلية (ADS).

وأخيرًا، تتولى المحركات (التوجيه الكهربائي، والفرامل الإلكترونية، وإدارة المحرك، إلخ) مسؤولية تنفيذ الأوامر. وإذا أضفنا إلى ذلك أنظمة الاتصال مع المركبات الأخرى أو مع البنية التحتية (V2V، V2I)، يبرز مفهوم السيارة المتصلة ، وهو مفتاح الاستقلالية التامة في البيئات الحضرية المعقدة.

مستويات القيادة الذاتية وفقًا لجمعية مهندسي السيارات (SAE)

لتجنب الالتباس، حددت جمعية مهندسي السيارات (SAE) ستة مستويات للأتمتة، من 0 إلى 5 ، والتي أصبحت المعيار العالمي. ويكمن الاختلاف الأساسي بين كل مستوى وآخر في الجهة المسؤولة عن مهام القيادة: الإنسان، أو النظام الآلي، أو مزيج من الاثنين.

المستوى 0: لا يوجد أتمتة

في المستوى صفر، تقع جميع القرارات والإجراءات على عاتق السائق البشري . قد توجد أنظمة مساعدة للسائق مثل نظام مراقبة النقطة العمياء أو نظام التحذير من الاصطدام الأمامي، لكن هذه الأنظمة لا تتحكم باستمرار في التوجيه أو السرعة. إنها مجرد تنبيهات؛ ولا تتحكم في المركبة.

المستوى 1: مساعدة السائق

يشمل المستوى الأول الأنظمة الأولى التي تتحكم إما في الحركة الطولية أو الجانبية ، ولكن ليس كليهما في الوقت نفسه. على سبيل المثال، يتحكم نظام تثبيت السرعة التكيفي في دواسة الوقود والفرامل للحفاظ على مسافة آمنة من السيارة الأمامية، أو يقوم مساعد الركن بتوجيه السيارة بينما يتحكم السائق في الدواسات.

الهدف الرئيسي هنا هو جعل القيادة أكثر راحة وأكثر أمانًا إلى حد ما ، لكن المسؤولية لا تزال تقع بالكامل على عاتق السائق، الذي يجب عليه الإشراف في جميع الأوقات.

المستوى 2: الأتمتة الجزئية

في المستوى الثاني، المنتشر على نطاق واسع في السوق، تستطيع السيارة التحكم في التوجيه والسرعة في آنٍ واحد ضمن سيناريو محدد (عادةً ما يكون طريقًا سريعًا أو ازدحامًا مروريًا). وهذا يسمح للسيارة بالحفاظ على مسارها، وتعديل المسافة بينها وبين السيارة التي أمامها، والتحرك في الازدحام المروري الكثيف بشكل شبه تلقائي.

تشمل الأمثلة النموذجية نظام المساعدة على البقاء في المسار الذي يعمل بالتزامن مع نظام تثبيت السرعة التكيفي ، ونظام المساعدة في الازدحام المروري، وأنظمة الركن المتقدمة التي تتحكم في كل من عجلة القيادة والدواسات. ومع ذلك، فإن السيارة من المستوى الثاني ليست مصممة للاستجابة تلقائيًا لكل موقف غير متوقع ، ويجب على السائق أن يظل متيقظًا ومستعدًا للتدخل باستمرار.

المستوى 3: الأتمتة المشروطة

يمثل المستوى الثالث قفزة نوعية، إذ تتميز المركبة الآن بنظام قيادة آلي قادر على التعامل مع جميع المهام الديناميكية في ظروف معينة. يستطيع السائق "تفويض" القيادة للسيارة، التي تقود نفسها دون إشراف مستمر، ولكن مع مراعاة بعض التفاصيل الدقيقة.

يتمتع النظام ببيئة تشغيل محددة جيدًا (على سبيل المثال، الطرق السريعة المزدحمة بسرعات منخفضة) وهو قادر على إدارة القيادة حتى يكتشف أنه على وشك مغادرة تلك البيئة أو يواجه موقفًا لا يستطيع حله. عندئذٍ، يتطلب الأمر من السائق البشري استعادة السيطرة، مما يتيح وقتًا محدودًا لتسليم القيادة.

إذا لم يستجب السائق في الوقت المناسب أو حدث عطل في أحد المكونات الرئيسية، فيجب أن يكون النظام قادراً على وضع المركبة في حالة من الحد الأدنى من المخاطر ، مثل إيقافها بطريقة محكمة في مكان آمن.

المستوى 4: أتمتة عالية

في المستوى الرابع، تستطيع السيارة العمل دون تدخل بشري ضمن نطاق تصميم تشغيلي محدد . لم يعد يُتوقع من السائق الاستجابة لطلب المساعدة من النظام؛ بل قد لا يكون هناك أحد في مقعد السائق أثناء تشغيل السيارة ضمن بيئتها المقصودة.

يستطيع نظام القيادة الآلية التعامل مع المواقف غير المتوقعة وإدارة حالات الطوارئ للوصول إلى موقع آمن بمفرده، حتى دون تدخل السائق. ومع ذلك، لا يزال يعاني من قيود جغرافية وأخرى تتعلق بنوع الطريق: فقد يُصمم، على سبيل المثال، لمناطق حضرية محددة، أو مجمعات جامعية مغلقة، أو طرق سريعة معينة.

لا يزال بإمكان المستخدم طلب استعادة التحكم أو تعطيل وضع القيادة الذاتية، ولكن على عكس المستوى الثالث، يمكن للمركبة تأخير التعطيل إذا رأت ذلك أكثر أمانًا . وإذا لم يستجب أحد، فإنها ملزمة بالتوقف بأمان من تلقاء نفسها.

المستوى 5: التشغيل الآلي الكامل

المستوى الخامس هو "الغاية المنشودة": سيارة قادرة على السير في أي بيئة وتحت أي ظرف يمكن للإنسان أن يقود فيه . لا توجد قيود على نوع الطريق أو الطقس أو منطقة محددة، على الأقل نظرياً.

في هذا السيناريو، يمكن للمركبة الاستغناء عن عناصر مثل عجلة القيادة أو الدواسات ، لعدم وجود سائق. كل ما على الشخص فعله هو تحديد الوجهة، وتتولى السيارة كل شيء، سواء كانت رحلة حضرية معقدة أو طريقًا جبليًا فرعيًا وسط الضباب.

على الرغم من أن بعض الشركات تعمل على نماذج أولية قريبة من هذا المفهوم - وخاصة في شكل سيارات أجرة ذاتية القيادة - إلا أن الحقيقة هي أنه لا توجد حتى الآن مركبات من المستوى 5 متاحة للجمهور ، ولا يُتوقع أن تكون متاحة على المدى القريب.

السيارات ذاتية القيادة وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة: أين نحن الآن؟

من المهم التوضيح أنه لا توجد حاليًا سيارات من المستوى الخامس ، أو حتى سيارات من المستوى الرابع، متاحة للمستهلكين الأفراد في وكالات البيع. ما لدينا هو سيارات مزودة بأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) المتعددة، وبعض الأنظمة الخاصة التي تصل إلى المستوى الثاني المتقدم، وحتى المستوى الثالث في ظروف شديدة التحكم.

تشمل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) جميع ميزات مساعدة السائق المألوفة بالفعل: الكبح التلقائي في حالات الطوارئ، ومساعد الحفاظ على المسار، والتحكم التكيفي في السرعة، والتعرف على إشارات المرور، وكاميرات بزاوية 360 درجة، والركن التلقائي، واكتشاف إرهاق السائق، وما إلى ذلك. وتتمثل وظيفتها في تقليل مخاطر الحوادث وتخفيف عبء العمل على السائق ، ولكن في معظم الحالات لا تحل محل السائق تمامًا.

في إسبانيا، تنص اللوائح الحالية بوضوح تام على أنه لا يُسمح للسائق بترك عجلة القيادة أثناء القيادة ، حتى لو كانت تقنية السيارة قادرة على ذلك. هذا يحد فعلياً من استخدام الأنظمة التي تُصنف في دول أخرى ضمن المستوى الثالث من أنظمة القيادة الآلية، لذا تستمر هذه الأنظمة في إسبانيا في استخدامها كأنظمة مساعدة متقدمة للسائق تتطلب انتباهه المستمر.

في أماكن أخرى، مثل بعض الولايات الأمريكية أو بعض الدول الأوروبية والآسيوية، تمّ الترخيص بإجراء اختبارات القيادة الذاتية في الطرق العامة ، لا سيما باستخدام أساطيل سيارات الأجرة الآلية أو خدمات النقل المشترك. تُعدّ هذه بيئات تخضع لمراقبة دقيقة وظروف مُحكمة إلى حدّ كبير، لكنها تُظهر نضوج هذه التقنية.

أمثلة حالية لأنظمة القيادة الآلية

ولإعطاء كل ما سبق منظورًا صحيحًا، يجدر بنا مراجعة بعض الأنظمة الأكثر تداولًا والتي يتم نشرها بالفعل في أسواق مختلفة والتي توضح بوضوح تنوع الأساليب.

عين الله من BYD

نظام "عين الله" هو نظام متطور لمساعدة السائق من شركة BYD ، أُطلق في البداية خارج أوروبا، ويتم دمجه الآن حتى في طرازاتها الكهربائية الأقل تكلفة. يستخدم النظام مزيجًا من مستشعرات LiDAR والكاميرات والرادار لمراقبة محيط السيارة باستمرار.

بفضل هذه المعلومات، يمكنها التحكم في السرعة، والحفاظ على موقعها في المسار، وتغيير المسارات على الطريق السريع، وتجنب الاصطدامات في بعض الحالات. كما تم اختبار تفاعلها مع إشارات المرور المتصلة، حيث تتلقى بيانات فورية عن حالة إشارة المرور لتوقع التوقف أو استئناف الحركة.

على الرغم من أن سلوكها في المدينة وفي المناورات المعقدة متقدم للغاية، إلا أن تصنيفها الفعلي يندرج ضمن المستوى 2 من الأتمتة : يجب على السائق أن يراقب باستمرار وأن يكون مستعدًا لتولي زمام الأمور في أي وقت.

نظام القيادة الذاتية الكاملة (FSD) من تسلا

نظام القيادة الذاتية الكاملة (FSD) الشهير من تسلا عبارة عن حزمة برمجية توفر ميزات متقدمة للغاية لمساعدة السائق . وعلى عكس الأنظمة الأخرى، يعتمد هذا النظام بشكل شبه كامل على مجموعة من الكاميرات المحيطة بالسيارة، متخليًا عن تقنية الليدار، ويستخدم بدلاً من ذلك نماذج الذكاء الاصطناعي المدربة على ملايين الكيلومترات من بيانات المستخدمين في العالم الحقيقي.

ومن بين قدراتها نظام الملاحة من الباب إلى الباب، وتغيير المسارات التلقائي على الطريق السريع، والتعرف على إشارات المرور واللافتات، والوقوف التلقائي، وميزة "الاستدعاء" الشهيرة ، والتي تتيح لك تحريك السيارة بسرعة منخفضة من هاتفك المحمول أو مفتاحك.

على الرغم من اسمها، الذي قد يوحي بالسحر في بعض الفيديوهات، تُعتبر تقنية القيادة الذاتية الكاملة (FSD) حاليًا من المستوى الثاني المتقدم للأتمتة . وتؤكد تسلا على ضرورة أن يبقى السائق منتبهًا ومستعدًا للتدخل، لأن النظام لا يمتلك بعدُ قدرات اتخاذ القرار الكاملة في جميع المواقف المحتملة.

فورد بلو كرويز

أطلقت فورد نظام BlueCruise في طرازات مثل موستانج ماك-إي ، والذي يُباع في إسبانيا بنظام الاشتراك بعد فترة تجريبية. يتيح هذا النظام ما تسميه الشركة نفسها "القيادة بدون استخدام اليدين مع إبقاء العينين على الطريق" على بعض الطرق السريعة والطرق الرئيسية المصنفة كمناطق زرقاء.

أثناء قيادة السيارة في إحدى هذه المناطق، يراقب نظام BlueCruise التوجيه والسرعة والكبح وموقع السيارة في المسار ، مع الحفاظ على مسافة آمنة من المركبات الأخرى. كما تراقب كاميرا داخلية نظر السائق ووضع رأسه لضمان تركيزه على الطريق.

يستطيع السائق رفع يديه عن عجلة القيادة عندما يسمح له النظام بذلك ، لكن يجب أن يبقى مستعدًا للتصرف. يتكيف النظام مع حركة المرور البطيئة، ويتوقف وينطلق في الازدحام المروري، ويمكنه التخلي عن التحكم إذا طلب المستخدم ذلك أو إذا غادر إحدى المناطق الزرقاء.

مرسيدس بنز درايف بايلوت

لقد خطت مرسيدس خطوة أبعد مع نظام DRIVE PILOT الخاص بها ، والذي تم اعتماده كنظام من المستوى 3 SAE في بعض الولايات الأمريكية، ليصبح بذلك أحد أوائل الأنظمة من نوعه التي يتم الاعتراف بها رسميًا.

في ظروف محددة - كأجزاء معينة من الطريق السريع وسرعات تصل إلى 65 كم/ساعة تقريبًا، وخاصة في الازدحام المروري الشديد - يمكن لنظام القيادة الآلية (DRIVE PILOT) تولي القيادة بالكامل . في هذا الوضع، يكون السائق مخولًا قانونًا بأداء مهام أخرى يسمح بها القانون، حيث يُعتبر النظام مسؤولًا عن القيادة أثناء تشغيله.

ولتحقيق ذلك، تتضمن المركبة نظام ليدار، ورادار، وكاميرات احتياطية، ونظام تحديد مواقع عالي الدقة ، بالإضافة إلى بنية مصممة لإدارة الأعطال بأمان. يُقدم النظام عبر الاشتراك، وتعمل مرسيدس على توسيع نطاق توفره ليشمل أسواقًا وشبكات طرق أخرى.

سيارات الأجرة الآلية ومشاريع "المناطق الجغرافية المحددة" من المستوى 4

تُجري شركات مثل وايمو (التابعة لشركة ألفابت، الشركة الأم لجوجل) وبعض شركات النقل الصينية اختبارات على سيارات الأجرة ذاتية القيادة في مناطق حضرية محددة منذ سنوات . تعمل هذه المركبات في وضع المستوى الرابع ضمن منطقة جغرافية محددة، دون سائق بشري، ولكن تحت إشراف عن بُعد وبقيود صارمة.

في حالة شركة وايمو، يستخدمون أنواعًا مختلفة من أجهزة الاستشعار، بما في ذلك تقنية الليدار والرادار والكاميرات وأنظمة تحديد المواقع وأجهزة الكشف عن الصوت، للتعرف حتى على صفارات الإنذار في حالات الطوارئ. وقد تم تدريب برامجهم في أجهزة محاكاة، وعلى دوائر مغلقة، ولاحقًا في حركة مرور حقيقية، مما أدى إلى تراكم ملايين الكيلومترات من الخبرة.

التقنيات الرئيسية في القيادة الذاتية

لكي تعمل جميع التقنيات المذكورة أعلاه بكفاءة، تعتمد المركبات ذاتية القيادة على مجموعة من التقنيات المترابطة. يختار كل مصنّع "وصفته" الخاصة، لكن المكونات الأساسية عادة ما تكون متشابهة.

أجهزة استشعار الإدراك البيئي

تُجهز السيارات ذاتية القيادة بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار، لكل منها دورها المحدد. ويتيح تشغيلها مجتمعةً بناء صورة ديناميكية ثلاثية الأبعاد لمحيط السيارة.

تُعدّ أجهزة الاستشعار فوق الصوتية مثاليةً لاكتشاف الأجسام القريبة جدًا، كما هو الحال عند ركن السيارة. تعمل هذه الأجهزة عن طريق إصدار موجات صوتية غير مسموعة وقياس الوقت الذي تستغرقه هذه الموجات للارتداد. وقد ساهم انخفاض تكلفتها في شيوع استخدامها في أنظمة مساعدة الركن وأجهزة الإنذار المحيطية لسنوات.

تتيح أنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية - مثل GPS وGLONASS وGalileo - معرفة الموقع الدقيق للسيارة على سطح الأرض بفضل تقنية التثليث باستخدام عدة أقمار صناعية. وعلى الرغم من أن هامش الخطأ في هذه الأنظمة يبلغ بضعة أمتار، إلا أن دقتها تتحسن إلى مستويات مناسبة للأتمتة المتقدمة عند دمجها مع تقنيات تصحيح أخرى وبيانات خرائط عالية الدقة.

يعتمد نظام الملاحة بالقصور الذاتي على مقاييس التسارع والجيروسكوبات لتقدير موقع المركبة واتجاهها وسرعتها دون الحاجة إلى مراجع خارجية. ويُستخدم غالبًا لتكملة نظام تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية للتخفيف من الأخطاء المؤقتة أو فقدان الإشارة، مع العلم أنه بمفرده لا يحقق الدقة المطلوبة للملاحة من المستوى الرابع أو الخامس.

توفر أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء وأنظمة الرؤية الليلية معلومات قيّمة في ظروف الإضاءة المنخفضة، مما يسمح برصد المشاة والحيوانات والعوائق التي يصعب على الكاميرات التقليدية رؤيتها. وقد وفرت بعض الطرازات المتطورة هذه التقنية كخيار إضافي لسنوات.

أصبحت كاميرات الفيديو منتشرة في كل مكان. فهي رخيصة الثمن وقد تحسنت جودتها بشكل كبير، لكن التحدي يكمن في البرامج القادرة على تفسير ما تعرضه: خطوط المسارات، واللافتات، والمشاة، والدراجات، والمركبات، وأعمال الطرق، وما إلى ذلك. ويمكن أن يتأثر أداؤها بالأمطار الغزيرة، والضباب، وغبار العدسة، أو الإضاءة المنخفضة.

يستخدم الرادار الموجات الكهرومغناطيسية لرصد الأجسام وقياس المسافة والسرعة والمسار. وهو يعمل بكفاءة عالية حتى مسافة مئات الأمتار، كما أنه أقل تأثراً بالظروف الجوية السيئة. ولذلك، انتشر استخدامه على نطاق واسع في وظائف مثل نظام تثبيت السرعة التكيفي، ونظام مراقبة النقطة العمياء، ونظام الكبح التلقائي في حالات الطوارئ.

تُصدر تقنية الليدار (التصوير الليزري والكشف والمدى) نبضات ليزرية وتقيس زمن عودتها، مما يُنشئ خرائط ثلاثية الأبعاد تتكون من سحب نقاط ذات مستوى عالٍ جدًا من التفاصيل. تُمكّن هذه المعلومات من إعادة بناء البيئة بدقة عالية، بما في ذلك حواف الطرق والعوائق وأثاث الشوارع والمركبات الأخرى.

رسم الخرائط عالية الدقة، وتحديد المواقع المتقدم، وتفسير البيانات

لتحقيق مستويات عالية من الاستقلالية، لا يكفي معرفة مكان السيارة "تقريباً". بل يلزم وجود خرائط عالية الدقة وأنظمة تحديد المواقع التي تجمع بين بيانات الأقمار الصناعية وأجهزة استشعار المركبات ورسم الخرائط الدقيقة .

تقوم بعض الشركات المتخصصة، مثل TomTom وHERE وMobileye ، بإنشاء هذه الخرائط التفصيلية، التي تتضمن معلومات عن المسارات، واللافتات الأفقية والرأسية، ومعالم الطرق الثابتة، وغيرها من التفاصيل التي تُسهّل الملاحة الآلية. وتستخدم كل شركة أجهزة استشعار مختلفة (بعضها يُعطي الأولوية للرادار، والبعض الآخر للكاميرات، والبعض الآخر لتقنية LiDAR) لجمع البيانات.

تعتمد إحدى الطرق الشائعة على مقارنة ما تراه مستشعرات السيارة في الوقت الفعلي مع خريطة مخزنة . إذا تطابقت "الصورة"، يمكن للنظام تحديد موقع السيارة بدقة عالية، وهو أمر بالغ الأهمية للمناورات المعقدة أو البيئات ذات البنية المعقدة مثل الطرق السريعة متعددة المسارات.

من الأمثلة المثيرة للاهتمام نظام Super Cruise من كاديلاك ، المتوفر في بعض الطرازات في الولايات المتحدة. يتيح هذا النظام القيادة بدون استخدام اليدين على أجزاء محددة مسبقًا من الطرق السريعة (حيث يسمح القانون بذلك)، وذلك من خلال دمج خرائط عالية الدقة وكاميرات ونظام تثبيت السرعة التكيفي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). مع ذلك، لا يصل هذا النظام إلى المستوى الثالث: فهو لا يغير المسارات تلقائيًا ولا يتجنب العوائق غير المتوقعة، ويجب على السائق البقاء منتبهًا طوال الوقت.

الاتصالات بين المركبات والبنية التحتية (V2X)

تتيح أنظمة الاتصالات بين المركبات للسيارات والبنية التحتية نفسها (إشارات المرور، لوحات المعلومات، محطات الطرق) تبادل البيانات في الوقت الفعلي. يُطلق على هذا النوع من الاتصالات اسم V2V (من مركبة إلى مركبة) عندما تتواصل المركبات فيما بينها، وV2I (من مركبة إلى بنية تحتية) عندما تتواصل مع عناصر الطريق.

يمكن لهذه التقنية استخدام تقنيات الجيل الخامس (5G) أو تقنيات الاتصالات قصيرة المدى المخصصة (DSRC) التي تعمل على نطاقات تردد محددة، بمدى يصل إلى كيلومتر واحد وقدرة على الاتصال ثنائي الاتجاه. وهذا يسمح بإرسال تحذيرات بشأن الكبح المفاجئ في الأمام، أو وجود مركبة متوقفة، أو انزلاق أسطح الطرق، أو تغيرات في إشارة المرور.

على الرغم من أنها ليست ضرورية تمامًا لكي تعمل السيارة ذاتية القيادة - في الواقع، أظهرت شركات مثل Waymo أنه يمكن إحراز تقدم دون الاعتماد عليها - إلا أنها تحسن بشكل كبير من التوقع والسلامة ، وتعتبر جزءًا مهمًا من النظام البيئي للتنقل في المستقبل.

التكرار وأمن الأنظمة

في المركبات ذاتية القيادة، لا يمكن أن يؤدي عطل في البرمجيات أو الأجهزة إلى فقدان السيطرة بشكل كامل. لذلك، يعمل المصنّعون على تطوير بنى تحتية ذات مستويات عالية من التكرار في جميع الأنظمة الحيوية: التوجيه، والفرامل، وإمداد الطاقة، والاتصالات، وأجهزة الاستشعار، وتحديد المواقع، وغيرها.

الفكرة هي أنه في حال تعطل أحد المكونات الرئيسية، يمكن لنظام موازٍ آخر أن يحل محله أو على الأقل أن يُقلل من مخاطر المركبة. على سبيل المثال، في نظام الكبح، يمكن استبدال مضخة التفريغ التقليدية بمضخة كهروميكانيكية يمكن التحكم بها بواسطة كل من وحدة التحكم في الثبات ونظام القيادة الآلي، مما يوفر طرقًا متعددة لتفعيل المكابح حتى في حال تعطل أحد أجزاء النظام.

ابتداءً من المستوى 3 فصاعدًا، لا يعتبر هذا التكرار ترفًا، بل متطلبًا أساسيًا للسلامة ، خاصةً لأنه في تلك المستويات لم يعد السائق مسؤولاً بشكل مباشر عن الاستجابة لأي مشكلة فنية.

الوضع الراهن والتحديات ومستقبل القيادة الذاتية

لدينا اليوم مركبات من المستوى الأول والثاني منتشرة على نطاق واسع ، وبعض أنظمة المستوى الثالث المحددة قيد الاختبار في ظروف واقعية، ومشاريع محدودة للغاية من المستوى الرابع (سيارات الأجرة الآلية، ومسارات الشاحنات، والحرم الجامعية المغلقة، وما إلى ذلك). أما المستوى الخامس، فيبقى حالياً في نطاق الأبحاث المتقدمة والعروض التوضيحية التكنولوجية.

لا تقتصر التطورات على الجانب التكنولوجي فحسب، بل تشمل أيضاً جهوداً كبيرة تُبذل في مجال الأطر التنظيمية ومعايير السلامة . ففي أوروبا، فتحت لوائح السلامة العامة الجديدة للمركبات الباب أمام أنظمة المستوى الثالث، وفي دول مثل إسبانيا، أُدرج مفهوم "المركبة الآلية" في قانون السلامة على الطرق لأول مرة.

ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات كبيرة: تحديد المسؤوليات القانونية في حالة وقوع حادث ، وضمان الأمن السيبراني ضد الهجمات المحتملة، وحماية خصوصية البيانات التي تولدها هذه المركبات (الطرق، وعادات الاستخدام، والموقع الثابت) وتكييف وثائق التأمين مع سيناريو قد لا يكون فيه السائق هو من يتخذ القرارات.

توجد أيضًا قضايا أخلاقية واجتماعية هامة تتعلق بالقبول. لا يزال الكثيرون متخوفين من فكرة ركوب سيارة ذاتية القيادة ، لا سيما بعد الحوادث البارزة التي تورطت فيها أنظمة مساعدة السائق التي أُسيء استخدامها. لذلك، يجب على المصنّعين والحكومات وشركات التكنولوجيا العمل معًا لبناء الثقة وإثبات، بالبيانات، أن هذه الأنظمة تُقلل من الحوادث.

من حيث الجداول الزمنية، تشير معظم التوقعات الواقعية إلى وجود ملحوظ لمركبات المستوى الرابع في مناطق محددة حوالي عام 2030 ، لا سيما في شكل خدمات سيارات أجرة ذاتية القيادة أو نقل البضائع على طول ممرات محددة. أما انتشار المستوى الخامس على نطاق واسع، فيُتوقع عمومًا بعد عام 2040، ويشكك بعض الخبراء في إمكانية تحقيقه بالكامل في ظل جميع الظروف الممكنة.

في غضون ذلك، من المرجح جداً أن نشهد خلال السنوات العشر إلى الخمس عشرة القادمة استمراراً في رؤية سيارات ذاتية القيادة بشكل متزايد، ولكن مع وجود عجلة قيادة وسائق يتحكمان بها ، مدعومة بمساعدين أذكياء بشكل متزايد: قيادة شبه بدون رقابة على الطرق السريعة، ومواقف سيارات آلية بالكامل، وإدارة متقدمة لحركة المرور بفضل تقنية الجيل الخامس والتواصل مع إشارات المرور والبنية التحتية الأخرى، وما إلى ذلك.

مع كل ما تم نشره بالفعل وما هو في الطريق، فإن القيادة الذاتية تتقدم بثبات ولكن خطوة بخطوة: اليوم تتعايش التكنولوجيا مع السائق كمساعد طيار كفء للغاية، وستتولى تدريجياً المزيد من القرارات حتى يصبح الإنسان في كثير من الحالات مجرد راكب يختار الوجهة بينما تقوم السيارة ببقية العمل.