Сознательный транспорт

Агентство передовых энергетических разработок ARPA-E при Департаменте энергетики США завершило основной этап обширной исследовательской программы NEXTCAR (2016-2020 годы). Программа NEXTCAR (Next-Generation Energy Technologies for Connected and Automated On-Road Vehicles) нацелена на повышение топливной эффективности автомобилей. Добиться этого позволят средства автоматизации и связи, координирующие и совместно оптимизирующие работу систем управления двигателем и движением. Перед разработчиками поставлена весьма амбициозная задача - сократить потребление топлива (электроэнергии) в будущих автомобилях на 20% при добавлении в каждый из них аппаратуры общей стоимостью не более 1000 долларов.

На первый взгляд поставленная задача совершенно нереальна, поскольку каждый дополнительный процент топливной эффективности даётся автомобильным компаниям огромными временными и материальными затратами. Автопроизводители уже не первое десятилетие совершенствуют аэродинамику, силовые установки, пытаются уменьшить собственный вес авто не в ущерб их безопасности и надёжности, заменить металл на пластмассу и композитные материалы. Прибавка в топливной эффективности от каждого подобного нововведения обычно составляет доли процента. Однако в агентстве ARPA-E нашли благодатную сферу для совершенствования, ранее не попадавшую в поле зрения крупнейших автоконцернов.

Стоит отметить, что агентство не делает преференции тем или иным энергоустановкам: предложенные системы пригодны для дизельных, бензиновых, газомоторных автомобилей, электрокаров и гибридов всех мастей. Однако проект по применению искусственного интеллекта в системах управления аккумуляторами конечно же рассчитан на электромобили.

Энтузиаст и первый руководитель программы Крис Аткинсон недавно покинул агентство в связи с истечением срока трудового контракта, и это - хороший повод побеседовать с ним о достигнутых на сегодня результатах (материал предоставлен агентством ARPA-E).

Крис Аткинсон

— Господин Аткинсон, вы были директором программы NEXTCAR с момента её запуска в 2016 году. Над проектами в её рамках трудились одиннадцать команд. Проделана огромная работа. Какие выводы можно сделать сегодня?

— Программа NEXTCAR продемонстрировала, что в скором будущем можно получить существенный выигрыш в энергоэффективности автотранспорта, соединив средства наблюдения, связи и низкоуровневой автоматизации. Это касается как пассажирских автомобилей, так и грузовиков - лёгких, средних и тяжёлых, причём независимо от вида применяемой энергоустановки и привода.

В целом чем больше информации о дорожной обстановке и предстоящих событиях получает система, тем выше потенциал её эффективности. Например, она поможет водителю или системе беспилотного управления пройти серию светофоров без торможений и разгонов. Автомобиль попадёт в «зелёную волну».

Необходимую для оптимизации движения информацию можно собирать через сеть, соединяющую автомобили друг с другом, получать от дорожной инфраструктуры и даже из облачного хранилища.

Следует отметить, что сильнее всего на топливную эффективность влияет поведение автомобилей, движущихся впереди, но большое значение имеют также общий трафик, погодные условия и дорожные пробки на пути, время переключения светофоров и смена вида дороги.

— Какие из предложенных в рамках программы технологий, по вашему мнению, успешно пройдут все стадии разработки и появятся на рынке в ближайшем будущем?

— Наши команды создали и опробовали ряд многообещающих технологий. Например, это экологичное построение маршрута (eco-routing) ещё до поездки. Здесь задача - найти не просто быстрый, но ещё и энергоэффективный способ добраться из точки А в точку Б. Несколько команд предложили стратегии полуавтоматического экологичного вождения, включая объединение тяжёлых грузовиков в колонны для снижения общего аэродинамического сопротивления. Предложены оригинальные варианты оптимизации энергоустановок гибридов, заряжаемых от сети. Эти разработки уже привлекли внимание автопроизводителей и поставщиков автокомпонентов.

Стоит напомнить, что в автомобилестроении новые технологии внедряются медленно. Циклы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ длятся от трёх до шести лет.

— Программа NEXTCAR скоро будет завершена. Как вы видите последующее развитие технологий в данной сфере?

— На мой взгляд несколько разработанных в рамках программы технологий с большой вероятностью будут реализованы в самоуправляемых автомобилях уровня L5. Когда водитель будет полностью исключён из контура управления, повысится не только безопасность, но и экономичность машин. Кроме того, наши разработки помогут увеличить пробег электромобилей при той же ёмкости их аккумуляторов.

Если сбудутся прогнозы насчёт увеличения общей интенсивности автомобильного движения, то меры по повышению энергоэффективности в каждом отдельном авто станут императивом.

— Есть ли какие-то технологии вне рамок проекта NEXTCAR, которые вы считаете перспективными для развития под патронатом агентства ARPA-E?

— Я считаю, что не нужно пренебрегать двигателями внутреннего сгорания, особенно теми, которые способны эффективно работать на экологически чистых видах топлива. Вполне реально создать системы преобразования химической энергии топлива с общим КПД порядка 50-60%.

За пределами транспортного сектора я вижу серьёзные вызовы и отличные перспективы для инновационных систем обогрева и кондиционирования зданий. Мы слишком много энергии тратим на охлаждение воздуха. Один из моих любимых проектов (его агентство финансировало с момента зарождения идеи) - это пассивное охлаждающее устройство, которое отправляет избыточную энергию в виде тепловых лучей в космос, остужая свою поверхность до более низкой температуры, чем у окружающей среды. Гениально спроектированная система позволяет делать это даже под прямыми лучами солнца! Данный пример показывает способность агентства ARPA-E доводить лабораторные разработки до этапа коммерциализации.

— На протяжении пяти лет вы были одним из ключевых членов команды ARPA-E. Чем планируете заняться в будущем?

— Работа в агентстве для меня стала вершиной карьеры, и превзойти полученные здесь результаты будет крайне сложно. Я попытаюсь запустить инициативу «умной мобильности» в академических кругах. Такую мобильность можно рассматривать как транспорт с элементами искусственного сознания, которое должно быть сосредоточено на энергоэффективности с учётом множества дополнительных аспектов, таких как экономика, политика, экология, поведение человека и, конечно, его здоровье. Постараюсь использовать полученный в агентстве бесценный опыт для организации важных научно-исследовательских и образовательных программ.