Чему можно научить круиз-контроль
Каждый месяц на автомобильном рынке происходят события, способные резко изменить существующие тенденции или задать новые. Журнал «АБС-авто» публикует самые яркие из них.
Сотрудники химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова синтезировали перспективный материал для натрий-ионных батарей – более дешевой альтернативе литий-ионным аккумуляторам.
Стремительное развитие технологии литий-ионных аккумуляторов, появившейся в начале 1990‑х годов, произошло в связи с ростом популярности портативной электроники: мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов и других гаджетов.
Сейчас рынок источников энергии продолжает развиваться благодаря повсеместному внедрению электротранспорта, робототехники, систем хранения и распределения электроэнергии. Можно сказать, что литий-ионные аккумуляторы изменили мир. За их изобретение даже вручена Нобелевская премия по химии 2019 года, подчеркивается в сообщении химического факультета МГУ.
Но дальнейшее развитие технологии литий-ионных аккумуляторов упирается в серьезную проблему – в возможный «потолок» литиевых ресурсов при нынешнем уровне технологий добычи самого легкого металла, а также в высокую стоимость сырья. Частичный переход на альтернативный носитель заряда в аккумуляторах – натрий – может помочь решению проблемы.
Натрий-ионный аккумулятор имеет энергетические характеристики, близкие к литий-ионному, но основной рабочий катион примерно в 100 раз дешевле лития (стоимость тонны карбоната натрия и лития оценивается примерно в 200 и 20 тыс. долл. соответственно), а химические свойства натрия позволяют использовать легкий и дешевый алюминий вместо тяжелой и дорогой меди на анодном токосъемнике.
Но не все так идеально – больший радиус иона натрия по сравнению с литиевым приводит к уменьшению плотности энергии электродного материала. С этим связано главное ограничение натрий-ионных аккумуляторов – для достижения энергоемкости, сравнимой с литий-ионными, их размер должен быть на 30–50% больше.
Поэтому натрий-ионные аккумуляторы пока не могут найти применения в портативной электронике, но уже перспективны в качестве крупногабаритных батарей, начиная с уровня электромобиля (десятки киловатт-часов энергии) и заканчивая масштабом электростанций (мега- и гигаватт-часы).
Сотрудники кафедры электрохимии МГУ под руководством старшего научного сотрудника, к. х.н. Олега Дрожжина впервые синтезировали и охарактеризовали электрохимические свойства натрий-ванадиевого пирофосфата β-NaVP2O7.
«Пока поиск нового материала для электрохимических приложений по большей части ведется на базе эмпирических предположений ученых – они отмечают интересные свойства в соединениях сходного состава и структуры и пытаются получить новые, улучшенные материалы. Группа Олега Дрожжина обнаружила интересную структуру, ранее описанную только для крупных щелочных катионов – калия, рубидия, цезия – и попробовала синтезировать новое соединение с натрием с целью проверить его электрохимические свойства. Они оказались уникальными», – прокомментировал результат работы и. о. декана химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Калмыков.
Энергоемкость исследованного материала достигает 420 Вт·ч/кг, что всего на 20% меньше, чем у литиевого катодного материала LiCoO2 (530 Вт·ч/кг), и значительно выше энергоемкости многих ранее изученных потенциальных натриевых катодных материалов.
Другой важной характеристикой электродного материала является крайне малое – всего полпроцента – изменение объема при заряде-разряде. Схожими свойствами обладает литий-титановая шпинель, которая оказалась самым стабильным, мощным и безопасным анодным материалом и потому нашла применение в аккумуляторах электрокаров и электробусов.
«Изменение объема при циклировании напрямую влияет на такой важный показатель, как потеря емкости со временем. Чем меньше меняется объем материала при заряде-разряде, тем дольше он сможет стабильно работать. Множество соединений так и не нашли применение в аккумуляторах из-за значительного изменения в объеме», – комментирует Олег Дрожжин.
Электрохимики получили материал, каркас которого может обратимо отдавать и внедрять до двух катионов натрия на одну элементарную ячейку, от состава VP2O7 до Na2VP2O7.Суммарная емкость такого циклирования – около 220 мАч/г, что стало рекордной величиной для подобных материалов.
Кроме того, это означает, что пирофосфат потенциально может стать и анодным материалом натрий-ионных аккумуляторов. В дальнейшем специалисты планируют еще улучшить электрохимические свойства соединения за счет изменения начальной степени окисления ванадия и частичного замещения его на другие катионы.
Умный круиз-контроль
Hyundai Motor Group объявила о разработке первого в мире «умного» круиз-контроля на базе искусственного интеллекта (Smart Cruise Control, SCC–ML). Система выстраивает индивидуальный алгоритм беспилотного движения, схожий со стилем вождения владельца автомобиля.
Такое нововведение внедряется в отрасли впервые и входит в систему помощи водителю (ADAS). Интеллектуальный круиз-контроль появится в будущих поколениях автомобилей Hyundai Motor Group.
«В новом круиз-контроле (SCC–ML) используются улучшенные алгоритмы прежних систем ADAS, благодаря чему он значительно повышает удобство движения в полуавтономном режиме, – отметил Вунг Чжун Чжанг, вице-президент Hyundai Motor Group. – Hyundai Motor Group продолжит разработку инновационных технологий искусственного интеллекта, чтобы стать лидером отрасли в сфере автономного вождения».
Интеллектуальный круиз-контроль обеспечивает главную функцию беспилотного вождения и систем ADAS: поддержание дистанции до идущего впереди автомобиля на заданной водителем скорости.
Он самостоятельно распознает модели поведения и привычки водителя. Благодаря машинному обучению интеллектуальный круиз-контроль автоматически ведет машину в том же стиле, как это делает водитель.
При использовании интеллектуального круиз-контроля прошлого поколения нужно было вручную задавать характеристики движения, такие как расстояние до автомобиля впереди и скорость. Однако детально настроить параметры в соответствии с собственными предпочтениями было невозможно.
Например, в зависимости от ситуации один и тот же водитель мог по-разному ускоряться на высокой, средней и низкой скорости, но настроить такое «поведение» раньше было нельзя. Поэтому когда включался интеллектуальный круиз-контроль, автомобиль двигался не так, как хотелось бы. В итоге люди с неохотой пользовались такой системой, так как при ее работе они чувствовали себя некомфортно.
SCC–ML, разработанная инженерами Hyundai Motor Group, функционирует следующим образом. Датчики, фронтальная камера и радар непрерывно собирают данные о движении и передают их в центральный компьютер. Компьютер извлекает важную информацию из потока данных и определяет модели поведения водителя. В ходе этого процесса задействуется алгоритм машинного обучения.
Стиль вождения определяется по трем параметрам: расстояние до идущих впереди автомобилей, режим ускорения (как быстро автомобиль разгоняется) и скорость реакции (как быстро человек реагирует на изменение условий движения). Также важны условия движения и скорость.
Например, учитывается поддержание безопасного расстояния до впереди идущего автомобиля при медленном движении в городе и увеличение этого расстояния на скоростной трассе. Анализируя эти условия, SCC–ML различает более 10 тыс. стилей вождения и формирует гибкий алгоритм интеллектуального круиз-контроля, который адаптируется к поведению любого водителя.
Сведения о стиле вождения регулярно обновляются на основании данных, полученных от датчиков, отражающих текущий стиль вождения. Кроме того, в SCC–ML используются программные блокировки, которые не запоминают агрессивный стиль вождения, способный спровоцировать аварию. Это повышает общую безопасность на дороге.
«Умный» круиз-контроль в сочетании с системой помощи при движении по автомагистрали и автоматической системой перестроения обеспечит автономное вождение на уровне 2.5. Это уровень «частичной автоматизации», когда компьютер полностью управляет автомобилем, осуществляя ускорение, торможение и рулевое управление, но водитель все равно следит за ездой и готов вмешаться в любой момент.
