本节核心论点:车队可以提速交通、降低拥堵,还可以降低燃料消耗;但问题在于,如何保证车辆安全加入和离开车队,以及如何强制检查试图加入车辆的通信控制系统是否满足要求。
鸟群、蜂群、鱼群,这些动物成群行进时很好看,飞翔游弋的队形整齐而精确,遇到障碍物可以分开再合拢,一切都很自如。这是精确的行动;它们同步前行,所有的个体都精确地服从领头者,一个挨着一个行进,不会相互碰到。
即使没有领头者,这种诸如鸟群、鱼群、牛群等的群体行为,也都同时遵循着一组极其简单的行为规则,让人赞叹不已。每个个体保持着各自精确的行进路线,既要保证和其他个体有足够近的距离,但又不至于碰到其他的个体,就这样群体中的每个个体始终都保持着相同的方向。这些动物群体间的通信是依赖一些有限的可以感知的信息:视觉的、声音的、压力波(比如,鱼身上的侧线,是一种皮肤感知器官,可以感知水流、压力、低频振动等)、气味(比如蚂蚁等)。
在人工系统中,我们可以使用很多的信息进行通信和交流。想像一下有一组汽车在高速路上行驶,无线通信网络把它们连接到一起。啊哈!这些车子就如同动物群一样行进了。自然的、生物的群体是有反应的:它们中的成员对其他成员的行为会发生反应。然而,人工的群体,比如上述的车群则是可以预测的,因为汽车之间可以相互通知将要发生的行为,这样其他的汽车就可以做出相应的反应了,即使在事情发生之前也没有问题。
想像一下有一群汽车在路上,完全自动地行驶,邻近的汽车进行着相互间的交流。它们可以在高速路上快速安全的巡航,它们之间不必保持过大的距离——几十厘米或者一米的距离就足够了。如果领头车要减速或者刹车,它可以告诉其他的车辆,间隔几千分之一秒后,其他的车辆也相应地减速或者刹车。如果是人类驾驶者驾驶,前后车的距离必须保持很大,这样人类才有足够的时间去判断和决定,并采取措施:而自动车群则不必如此,反应所需的时间也就几毫秒。
自动车群甚至不需要车道的标线,毕竟这些画在路上的车道标线是为了帮助驾驶者防止碰撞。车群不会发生碰撞,因此就不需要车道标线,也不需要停止标志、或者信号灯等。在交通路口,车群只要遵循一定的规则,在通过时避免碰撞就可以了。每辆车都可以自动调整速度和位置,有些车减速,有些车加速,这样不同方向的车流都可以魔术般地相互穿越,而不会发生碰撞。这样,为车群制定的交通规则就必须要进行修改,从而保证在路口穿行的车辆可以继续跟着原来前方的车辆,而不是跟着穿越时新插进来的其他车辆,而且要实现这一点也不困难。
行人又该怎么办呢?理论上,避免碰撞的规则也同样适用于行人。一个要过街的人只要径直往马路对面走就可以了。这些车群中的车辆可以根据情况进行减速、加速、转弯,只要保持和行人有一定的距离就可以了。虽然这听起来让人很不放心,行人需要完全信任这套系统,但是理论上是完全可行的。
车群中的某辆车如果想离开车群或者是准备前往与其他车辆不同的目的地怎么办?驾驶者只要将自己的意图告诉自己的车就可以了,接下来这辆车便告知其他车辆。或者驾驶者也可以使用转向灯通知自己的车,该车再进而通知周边其他的车辆。需要变道到右侧车道,右边车道中前方的车辆则会稍稍加速,右边车道中后方的车辆则会稍稍减速,这样便腾出空间来。轻踏刹车板则传达减速或者停车的意图,后面车辆则会依次驶离该车道。
甚至不同的车群之间也可以共享信息。这样,前往某个方向的车群可以和相反方向的车群进行通信,之间可以了解各自前方道路的信息。而且,如果车辆的密度足够大,领头车还可以将信息像流水一样传递给后面的车辆,这些信息可以是前方的事故、路况信息、以及其他和驾驶相关的信息。
车群的概念目前还停留在实验室的阶段。把车群的概念变成现实还面临着很多很大的困难。其中的一个困难是,如果有些车辆没有配备车群所需的无线通信装置该怎么办;另一个困难是,如果道路上有些车辆装备了全自动控制和无线通信设备,而有些车辆则装备了比较老旧过时的设备,有些车辆根本没有这些设备,或者这些设备出现了故障,又该怎么处理?另外,车辆们是否可以辨识出车群中最弱的那辆车,并且按照它的行为进行调整呢?目前,我们还不无法回答这些问题。
这里还有更多的困难。比如有一辆车的驾驶者具有反社会心理,该驾驶者驾车迎头赶上一个车群,这个车群已经占据了整个道路。这个时候,如果这名具有反社会心理的驾驶者希望加速超越这个车群,他便会加速行驶,直挺挺地冲入这个车群,充满自信地认为车群中的车辆将自动的让出路来。如果只有这一辆不守规矩的车还好,如果这时要是有其他的车辆也采取危险的行动则可能会导致交通惨剧的发生。
不是所有的车辆都具备同等的能力。当仍然有一些车还是手动驾驶时,我们就必须考虑实际驾驶者的行为,因为每个车辆每个驾驶者的能力和水平、其注意力、疲倦度、以及精力分散的程度都不一样。比如,比起小客车,重型卡车的响应时间可能相对地较慢,制动距离也较长。汽车不同,其制动距离、加速时间、转向能力等,都有所不同。
虽然有这些不足之处,车群还是有很多好处的。由于聚在一起的车在行驶中可以彼此靠得很近,这样同样的道路就可以容纳更多的车辆,可以显著地缓解交通拥堵的问题。不仅如此,以往即使在交通不拥堵的时候,车密度的增加也会导致车速降低,而车群就没有这个问题,不必随着车密度的增加而降低速度,除非密度增加到很高的程度。此外,行进中的车辆如果靠得很近,也可以降低空气的阻力。(这就是为什么自行车运动中,车手骑行时都彼此聚集在一起。这种利用前面车手形成的风拽来减少空气阻力并保持体力。)尽管如此,但这种车群的概念在短期内还无法实现。
车队,则是另一个概念。车队是简化了的车群,是成一线的车群。在车队中,每辆车都紧跟着其前方的车辆,精确地按照前方汽车的速度行驶。当一串车按照车队行进,只有第一辆车需要驾驶员:其他车辆只要紧随其后就可以了。车群的一些好处在车队中也可以体现出来:可以提升交通流量的密度,利用风拽可以减少空气阻力从而降低能量消耗。实验室的研究以及在实际公路上的测试表明,利用车队这种概念行进可以极大地提升公路的交通流量。不过,和车群一样,车队也面临着同一个最为困难的挑战——当驾驶者加入或者离开车队的时候,当车辆模式不同的时候,以及当有些车辆配置了自动通信装置而有些车辆没有该装置时。当然,无论是车队系统还是车群系统,驾驶者都可以加以利用,也可以加以破坏。
车队和车群仅仅是目前在研究中的诸多试验中的自动汽车队形中的两个。实际上,目前很多汽车都可以利用已经具备的自适应式的巡航控制系统来组成车队。在其他车辆插入前方的时候,本车上配备的巡航控制系统可以自动减速,并且可以进而按照前面车辆速度调整自己速度,只要该速度低于设定的巡航速度,就可以保持车队的形式。在交通流量很大的路段,本车可以紧跟前方车辆,并在速度增加时适当拉开与前车的距离。对于完全自动化的系统,车辆间的距离则可以保持得很小,无须因速度的增加而调整。没有人的控制,交通秩序可以更加平滑和高效,当然,这里的前提是在一切都运转自如的情况下,也就是说,在没有意外事件发生的前提下。
如果没有全自动的刹车、转向和速度控制系统,是不可能有高效率车队的。而且,这样的车队还需要高度可靠性的保证,有些人则称之为“完美可靠性”,也就是毋庸置疑的高度可靠。不过,和车群一样,很明显我们也很难将车队的概念引入到现实的道路上,因为我们还有大量的汽车尚不具备组成车队的能力。我们如何将自动的车辆和非自动的区分开来?某驾驶者如何进入和离开车队?要是出现了差错该怎么处理?
在实验室中,车队可以运转自如,但很难想像在实际道路上的情形。不过,比起车群,车队可能更容易实现。我认为可以在道路上设置专门供车队使用的车道,如果有车辆要进入车队时,必须提前强制检查该车的通信和控制系统是否有足够的能力。车队可以提速交通、降低拥堵,还可以降低燃料消耗。这似乎是个非常好的提议。然而,这里的复杂之处在于,如何保证车辆安全加入和离开车队,以及如何强制检查试图加入车辆的通信和控制系统是否满足要求。