6 07 Palkovics 119 140 - CORE · A második szinta közvetlen jármû–jármû kommunikáción alapuló irányítás, ami az elôzôtôl abban különbözik, hogy egy adott jármû

A közúti közlekedés volumene mind a személy-, mind a teherszállítás terü-letén jelentôsen növekszik, és ezt a fejlôdést az infrastruktúra nem tudja kö-vetni. Ennek következményeképp nô a közlekedési sûrûség, ami jelentôsennöveli a környezetterhelést, és ugyanakkor romlik a közlekedés biztonsága.A közlekedési folyamat stabilitásának biztosítása nem képzelhetô el a jár-mûvek intelligenciájának növelése nélkül, ami részben vagy teljesen a veze-tô kikapcsolását jelenti az irányítási körbôl. Az elôadás összefoglalja ennek a területnek a legfontosabb eredményeit, bemutatja a jármû- és a jármûcso-port-irányítás különbözô szintjein alkalmazott rendszereket, ezek szenzo-rait és irányítási anomáliáit. A mûszaki problémák mellett foglalkozik a te-rület néhány jogi és morális problémájával is.

BevezetésAz elôadás címválasztása valószínûleg némi magyarázatra szorul. Az intel-ligens jármû fogalma annál lényegesen többet takar, mint amennyit a ren-delkezésre álló idô alatt el tudok mondani. Nem foglalkozom az elôadás-ban olyan területekkel, mint a szórakoztatóelektronika, a vezetô-komfort 119

Palkovics Lászlógépészmérnökaz MTA doktora

1965-ben született Zalaegersze-gen. 1989-ben a Budapesti Mû-szaki Egyetem Közlekedésmér-nöki Karán szerzett autógépészdiplomát. 1993-ban a mûszakitudomány kandidátusa, 1998-ban akadémiai doktora lett.

Pályáját az MTA TMB ösztön-díjasaként kezdte a BME Gépjár-mûvek Tanszékén, amelynek1994-tôl tanszékvezetôje lett.Vendégprofesszor volt Helsinki-ben, Delftben és Kanadában.Tagja az MTA GépszerkezettaniBizottságának, valamint a Gép-ipari Tudományos Egyesület elnökségének.

Tudományos tevékenységemellett 1995-tôl a Knorr-Bremsemagyarországi fejlesztôintézeté-nek igazgatója, 2004-tôl a teljescégcsoport elôfejlesztési igaz-gatója.

Fôbb kutatási területe: a jár-mûdinamika, a szabályozott jár-mûrendszerek tervezése és vizs-gálata.

PALKOVICS LÁSZLÓ

Intelligens jármûrendszerek

6_07 Palkovics 119_140 11/22/06 7:05 PM Page 119

rendszerei, a jármûvilágítás, bár ezek jelentôs része is beletartozna a cím ál-tal jelölt témakörbe. Elôadásomban alapvetôen a jármû és a közlekedésbiztonságát befolyásoló rendszerekrôl szeretnék rövid áttekintést adni, ateljesség igénye nélkül. Fôleg azokra a területekre szeretnék kitérni, ame-lyeken az elmúlt több mint egy évtized során itthon kutatásokat végez-tünk, és amelyeken – tevékenységünk eredményeképpen – már több ter-mék megjelent.

Az elôadásban röviden kitérek a közlekedési rendszer felépítésére és fejlô-désére, továbbá azokra a speciális, a társadalom által támasztott igényekre,amelyek az intelligens jármûvek és jármûrendszerek fejlesztését indokolják.

Bár a közlekedési rendszerek többféleképpen csoportosíthatók, én kétlehetséges osztályozást fogok követni: egyrészt feloszthatók a szenzorok, ér-zékelôk, jeladók helye és a beavatkozás módja alapján, másrészt az adottrendszernek a jármûrendszerben elfoglalt helye alapján. Szeretném rövidenbemutatni e rendszerek funkcióját, szerepét és hatását, tervezésük néhányproblémáját, valamint – a teljesség igénye nélkül – néhány példát az egyesrendszerek mûködésére. Bár a bemutatásra kerülô rendszerek általánosanalkalmazhatók, a demonstrációs példák többségében haszonjármûvekrefognak szorítkozni. Ennek indoka kettôs: egyrészt tevékenységem fôleg errea területre koncentrálódik, másrészt ezen jármûvek jelentôsége, a közleke-dési folyamat stabilitására gyakorolt hatása lényegesen nagyobb, mint a sze-mélyautóké.

Az elôadás végén szeretnék ismertetni egy, az 1990-es évek elején készí-tett prognózist az intelligens út–jármû rendszerek fejlôdésének elkövetkezôszáz évére, és össze fogom hasonlítani az általunk belátható idôben megva-lósuló megoldásokkal.

A közlekedési rendszer felépítéseA szállítási teljesítmény növelése alapvetô társadalmi igény. Az iparvállala-tok például szeretnék az általuk beépítendô alkatrészeket a beépítés idô-pontjában megkapni. De mi sem akarunk túl messzire menni a fogyasztásicikkekért. A reggelihez szeretnénk megkapni az újságot meg a tejet és mégfolytathatnám. Erre az igényre a jármûipar azonnal tud reagálni: nagyobbteljesítményû motorokat épít a jármûvekbe, növeli a jármû terhelhetôségét.Ez természetesen több problémához vezet: nô az infrastruktúra igénybevé-tele és a környezeti terhelés. Az infrastruktúra fejlesztése megpróbál ezzellépést tartani, de nem bírja az iramot. Emiatt a társadalom a szabályozórendszeren keresztül beavatkozik: új emissziós határértékeket ír elô, limitál-ja a jármûvek sebességét, tengelyterhelését stb. És itt a társadalom konflik-tusba kerül saját korábbi igényével. Ezt úgy próbálja feloldani, hogy mégújabb megoldásokat kényszerít ki a jármûiparból (például új motorvezér-lés, hatékonyabb fékrendszer, útbarát felfüggesztés stb.), és ösztönzi az inf-rastruktúra fejlesztését. – Ez a rövid példa ahhoz kellett, hogy a továbbiak-ban megértsük az intelligens jármûrendszerek fejlesztésének indokait.120

Mindentudás Egyeteme


Az elektronikusan irányítottjármûrendszerek fejlôdését meghatározó okokHa megnézzük a közlekedés volumenére és összetételére vonatkozó euró-pai elôrejelzéseket, ezek mindegyike – kis eltérésekkel – azt mutatja, hogyaz elkövetkezô évtizedben jelentôs növekedés várható. A közúti közleke-dés volumene egyes becslések szerint 55–95 százalékos mértékben nôhet,és ennek kezelése a jelenlegi közlekedési infrastruktúra állapota mellettegyre nehezebb lesz. További problémát jelent ennek a növekedésnek azösszetétele, hiszen jelentôs mértékben nô az áruszállítás volumene, mely-ben továbbra is a teherjármûvek játsszák a fôszerepet. Ennek indoka a ter-melés struktúrájának változásában keresendô: mind a gyártó, mind a be-szállító arra törekszik, hogy az adott áru minél rövidebb ideig legyen az ôkezelésében, s ily módon is csökkentse a gyártás költségeit, valamint sajátrizikóját is. S bár terjed a kombinált szállítás, rugalmassága miatt a közúticélba juttatás továbbra is megtartja dominanciáját.

Ebben az esetben mit lehet tenni? Nyilvánvalóan a közúti fuvarozáscsökkentése lenne a legkézenfekvôbb, hiszen egy vasúti mozdony környe-zetre gyakorolt hatása kevesebb, mint három-négy teherautóé, ugyanak-kor több százszoros mennyiséget képes elszállítani. Problémát a vasútiszállítás flexibilitása okoz. Természetesen fel lehetne gyorsítani a közútiinfrastruktúra fejlesztését is, ennek egy sor pozitív hatása lenne (munka-helyteremtés, a gazdaság növekedése), ezt azonban jelentôs részben az ál-lamok finanszírozzák, emiatt lassú, és társadalmi tiltakozással is jár (pél-dául Németország nyugati felében újabb autópályák építése gyakorlatilaglehetetlen). Ami lényegesen ígéretesebbnek tûnik, az nem az útjellegûinfrastruktúra, hanem az irányítórendszer fejlesztése, melynek kedvezôhatása azonnal jelentkezhet. Gondoljunk csak a navigációs rendszerekre,amelyek lehetôvé teszik a jármû tervezett útvonalának dinamikus módo-sítását. Természetesen ezek a megoldások csak bizonyos mértékben tud-ják kezelni a problémát, de másokkal együtt jelentôs hatásuk lehet. A jár-mûvek sebességének növelése, illetve a követési távolság csökkentése ismegoldást jelenthet, hiszen nône a közlekedési sûrûség – igaz, vele párhu-zamosan nône a balesetek bekövetkezési valószínûsége is. Hasonló mó-don a jármûvek terhelhetôsége és méreteinek növelése is megoldást je-lenthet – bizonyos hátrányokkal. Az intelligens jármûrendszerek ezekbenaz esetekben kínálhatnak megoldást: ugyanis bizonyos mértékben úgynövelhetô a közlekedési sûrûség, hogy nem feltétlenül növekszik a közle-kedési balesetek száma.

Mi okozza a problémát, miért nem képes a jármû vezetôje a közlekedésibaleseteket okozó helyzetek kezelésére? Azért, mert képtelen érzékelni akicsúszás vagy megpördülés határán kialakult helyzetet, mivel nincs köz-vetlen információja a jármû dinamikájáról. Az autóversenyzôk a kormányfolyamatos mozgatásával próbálják kideríteni, hogy mikor kerül a jármû 121

palkovics lászló ❯ Intelligens jármûrendszerek


a stabilitás határára, és ennek megfelelôen manôvereznek. A jármûvezetôktöbbsége azonban nem versenyzô. Az információ hiányán túl további prob-lémát okoz, hogy ha még rendelkezne is a vezetô a megfelelô mozgásálla-pot-visszacsatolással, sem ideje, sem képessége, sem eszköze nincs a helyesbeavatkozásra.

Miért következnek be balesetet okozó helyzetek? Ha a 1. ábrára tekin-tünk, láthatjuk, hogy a jármûrôl, annak környezetébôl nagy sebességgeláramlik az információ a vezetôhöz, azonban túl sok idô telik el, amíg abbólvalamilyen tudatos reakció lesz. Ehhez hozzáadódik még az izmok reakció-ideje, ezek függése a vezetô pillanatnyi állapotától, valamint az a tény, hogynem mindenrôl kap információt. Ezek együttesen okozzák az adott hely-zetnek nem megfelelô reakciót.

Az intelligens jármûrendszerek ezt a szabályozó kört nyitják fel, ésmind a jármûrôl, mind a jármû környezetérôl gyûjtött információ alapjánfigyelmeztetést küldhetnek a vezetônek. De be is avatkozhatnak a jármûviselkedésébe: akár úgy, hogy a vezetô szándékát támogatják, de úgy is,hogy a vezetôt bizonyos idôre felülbírálják, és annak szándékával ellentétesbeavatkozást fejtenek ki. Azt gondolom, hogy itt már érezhetô az intelli-gens rendszerek alkalmazásának egyik központi problémája: valóban ki le-het hagyni a vezetôt az irányítási hurokból? Ennek a kérdésnek a megvála-szolása ma már kevésbé mûszaki, sokkal inkább jogi és erkölcsi kérdés,melyre késôbb még visszatérek. Az elôadásban majd látnak megoldástmindkét típusú rendszerre és a köztük lévô átmenetre is.

Az elektronikus jármûirányításnak öt szintjét különböztethetjük meg.❯ A legfelsô szint a teljes jármûfolyam, a részhalmazok, flották vagy ki-

sebb, önszervezôdô csoportok – például katonai jármûvek – irányítá-sa. Ebben az esetben beszélünk olyan rendszerekrôl, amelyeknek azelemei egymás között közvetlenül vagy egy központon keresztül elégí-tenek ki valamely célfüggvényt (például a közlekedés biztonságánaknövelése, az emisszió csökkentése stb.).122


aktuátor szenzor

1011 105 16

irányítórendszer

jármû fedélzetiszenzorok

infrastruktúráhozrögzített szenzorok közlekedés

útfelület

idôjárás

spontánreakció

tudatosreakció

vezetôjármû

információáramlás (bit/s)

izmok

érzékszervek

1. ábra. Hogyan avatkoznak be az intelligens rendszerek


❯ A második szint a közvetlen jármû–jármû kommunikáción alapulóirányítás, ami az elôzôtôl abban különbözik, hogy egy adott jármûegy tetszôleges másikhoz viszonyított helyzetének megfelelôen avat-kozunk be, s az nem igényel semmilyen külsô formális információt.

❯ A harmadik elem igen fontos: a jármû fedélzeti szintû irányító rend-szere, amely nem az egyes intelligens alrendszereket, hanem a jármûteljes mozgásállapotát befolyásolja.

❯ A negyedik szint az intelligens jármû-fôegységek, más szóval aktuá-torok (motor, váltó, kormány) szintje. Ezek az egységek kihagyhatat-lan résztvevôi az intelligens jármûirányításnak.

❯ A legalsó szint az úgynevezett platformmegoldások szintje; erre azon-ban az elôadásban nem fogok kitérni.

Az irányított jármûrendszerek csoportosításaA csoportosítás egyik szempontja, hogy az adott rendszer mûködtetéséhezszükség van-e a jármû vezetôjének beavatkozására. A másik szempont a jár-mû mozgásállapotáról és helyzetérôl információt szolgáltató érzékelôk, jel-adók, szenzorok feladata és elhelyezkedése. Az elsô csoporthoz tartozórendszerek érzékelôi, szenzorai a jármûre vannak szerelve és annak mozgás-állapotát mérik. A második csoportban lévôk szintén a jármûre vannak sze-relve, de a közvetlen környezetet figyelik. A harmadik csoport külsô forrás-ból származó információkat szolgáltat a jármû mozgásának befolyásolására.

AlaprendszerekA vezetô tevékenysége szempontjából az elsô csoportba sorolt rendszerekközös jellemzôje, hogy információikkal a vezetô közvetlen beavatkozására –azt nem felülbírálva – befolyásolják a jármû viselkedését, és ezzel együtt ala-pul szolgálnak a további csoportokba tartozó olyan rendszereknek, amelyekvalamilyen autonóm beavatkozást igényelnek.

Hogy megértsük az intelligens jármûrendszerekbe való beavatkozás le-hetôségeit, röviden szeretném bemutatni, hogyan történik a jármû hagyo-mányos irányítása, azaz hogyan vezetünk (2. ábra). Amikor a jármûvet irá-

123


Aktuátor:elektromosan, hidraulikusanvagy pneumatikusan mûködôbeavatkozó elem, amely képesvalamilyen irányító jelnekmegfelelô hatás kifejtésére.

a jármû kívánt iránytól való eltérése

kerékerôkaktuátorokMMI(Man Machine

Interface)

2. ábra. A jármû irányítása – ahogyma történik


nyítjuk, a vezetô egy tervezett mozgást, úgynevezett irányvektort fogalmazmeg, amit aztán a rendelkezésére álló kezelôszervek – kormánykerék, fék-pedál, gázpedál, váltókar – segítségével közvetít az egyes, ma még egyen-ként irányított fôegységek, aktuátorok – motor, sebességváltó, kormány-mû, fékrendszer – felé. Az ezek által kifejtett hatások – motornyomaték,kormányzási szög, váltófokozat változtatása – eredményeképp a gumiab-roncs és a talaj közötti erôk és nyomatékok a jármûvet bizonyos iránybanmozgatják, amelyet a vezetô az általa képzelt irányvektorral összehasonlítvakorrigál, továbbra is diszkrét módon, vagyis egyenként.

A vezetô az adott fôegységgel, aktuátorral a rá vonatkozó szándékátközvetlenül közli, azaz a nyomatékigényét a gázpedál lenyomásával, illetvea váltó megfelelô fokozatba kapcsolásával, az irányra vonatkozó igényét akormány elforgatásával, a lassulásra vonatkozó szándékát a fékpedál lenyo-másával. A kapcsolat a vezetô és az adott aktuátor között direkt, az esetekjelentôs részében mechanikus, sok esetben pneumatikus vagy hidraulikus.Természetesen az egyes fôegységek, aktuátorok már közvetlenül is kom-munikálnak egymással. Példaként a kipörgésgátlót lehetne említeni, amelyha a nagy nyomaték hatására kipörgô kereket érzékel, nemcsak a fékenkeresztül avatkozik be a mozgásba, hanem a motor nyomatékát is auto-matikusan csökkenti.

Ahhoz, hogy a korábban említett intelligens rendszerek mûködni tudja-nak, szükség van az egyes fôegységek, aktuátorok vezetôtôl független mû-ködtetésére is. Ennek megoldása azonban csak elektronikus lehet, amint aza 3. ábrán látható.

Az elektronikus mûködtetésû rendszerek listája a 3. ábrán közel sem tel-jes, de ezek azok, melyek a jármû dinamikájára a legnagyobb hatással van-nak, azaz az intelligens jármûrendszerek ezekbe tudnak beavatkozni. Azelektronikus motorirányítási – angolul a power-by-wire – rendszer lehetô-vé teszi a tetszôleges, gázpedál állásától független nyomatékigény kielégíté-sét, a kormányrendszerbe való elektronikus beavatkozás – steer-by-wire –124


Power-by-wire:az elektronikus motorirányítórendszerek összefoglaló neve;arra utal, hogy a belsô égésûmotor irányítása elektroniku-san történik egyidejûleg kielé-gítve több feltételt.

Steer-by-wire:a kormánykerék és a kormány-zott kerekek közötti mechani-kus kapcsolat nélkül mûködôkormány. A vezetô szándékátelektromosan mérik, és az eb-bôl kiszámított kormányzásiszöget valamilyen alkalmasaktuátoron keresztül elektro-nikusan valósítják meg.

elektronikuskormányzás

steer-by-wire

elektronikusfékrendszer

brake-by-wire

elektronikusváltóvezérlés

shift-by-wire

elektronikusfelfüggesztés

ride-by-wire

elektronikusmotorirányítás

power-by-wire

3. ábra. Az intelligensjármûirányítás alapját

képezô rendszerek


bizonyos feltételek mellett megvalósítja az autonóm kormányzást, az elekt-ronikus fékrendszer – brake-by-wire – az autonóm fékezést, a váltó elekt-ronizálása pedig a megfelelô fokozat kiválasztását teszi lehetôvé, de a felfüg-gesztés jellemzôi is módosíthatók.

FékrendszerAz elektronikus fékrendszer, illetve amit ma ezen értünk, haszonjármû-vekben már 1996 óta szériafelszereltség, személygépkocsikban pedig mostkezd elterjedni. A rendszer az irányítása szempontjából valóban „brake-by-wire”, hiszen a vezetô lassulásra vonatkozó igényét egy úgynevezett re-dundáns – egyszerre több jelet szolgáltató – szenzorral mérjük, majd egysor más jellemzô alapján a központi vezérlôegység kiszámítja, hogy azadott keréken milyen fékezési nyomatékot kell megvalósítani, és a kerék-hez közeli elektropneumatikus, hidraulikus vagy távlatban az elektro-mechanikus aktuátor azt végrehajtja. Ilyen értelemben nincs közvetlen(mechanikus, pneumatikus) kapcsolat a fékpedál és a kerékfék között. Azeddigi tapasztalatok alapján ezek a rendszerek nagy megbízhatósággal mû-ködnek. Ami miatt mégis minden jármû fel van még szerelve hidraulikusvagy pneumatikus vészvisszaállító, úgynevezett back-up rendszerrel, az avevôi igény és bizonyos fokú bizalmatlanság. De ez a rendszer a fékezésifolyamatban csak akkor vesz részt, ha az elektronikus rendszer meghibáso-dik. A 4. ábrán látható rendszer jelölése 1E + 2P, ami egykörös elektroni-kus és kétkörös pneumatikus rendszert jelent. (Megjegyzem, jogszabályiszempontból elég lenne az 1E +1P, azaz egy elektronikus és egy pneumati-kus felépítésû rendszer is.)

A fenti fékrendszer – mivel a féknyomaték anélkül is kifejthetô, hogy avezetô a fékpedálra lépne – egy sor fékfunkció alapját képezi, melyet a ha-gyományos rendszerekkel nem lehet megvalósítani. Ilyen a vontató és von-tatmány összehangolását, kompatibilitását megvalósító vonóponti erôsza-bályozás, vagy az úgynevezett ESP-funkció, amirôl a késôbbiekben beszél-ni fogok.

Bár az ABS-funkció nem újdonság, egyike a legfontosabb elektronikusfékfunkcióknak. A képek úgynevezett osztott tapadású felületen való féke-

125


Brake-by-wire:a vezetô fékezésre vonatkozóigényét a pedálba épített el-mozdulás/elfordulás jeladóvalmérik, és a jármûvön gyûjtöttegyéb információk alapján afékrendszer központi vezérlô-egysége által kiszámított, azadott kerékre vonatkozó fék-erôigényt a kerékhez közellévô, elektronikusan vezéreltfékezô aktuátorral fejtik ki.A fékpedál és a kerékfék-aktuá-tor közötti kapcsolat tisztánelektronikus.

Elektropneumatikus:olyan aktuátor, amelyben amunkaközeg a sûrített levegô,ennek irányítása azonbanelektronikusan történik. Ezekalkalmazásának indoka az,hogy a pneumatikus irányítás –a levegô összenyomhatóságamiatt – nehézkes.

Elektromechanikus:elektronikusan irányított vagymûködtetett mechanikusbeavatkozó elem. A munkátvagy elektromos motor, vagyalkalmas módon tárolt energiairányításával végezzük.

Back-up rendszer:vészrendszer arra az esetre, haaz elsôdleges rendszer a funk-cióját nem tudja ellátni, és tel-jes kiesése veszélyes helyzethezvezetne. Elektronikus fékrend-szerek esetén például a pneu-matikus back-up rendszer biz-tosítja az alapfunkció (fékezhe-tôség) meglétét.

back-up rendszer

energiatároló

lábfékszeleppotenciométerrel

központi fékvezérlô

slip szabályozás, nem súrlódó fékek,pótkocsi-kompatibilitási funkció stb.

fék adatbusz CAN

vezetôigénye

aktuátor a kerékfordulat-

számjel

U P

1E+2P vagy 1E+2H architektúra

4. ábra. Elektronikus fékrendszer (Brake-by-wire)


zést mutatnak, az elsô esetben ABS nélkül, a másodikban ABS-szel. Jól lát-szik, hogy az elektronika beavatkozása nélkül a vezetônek nincs lehetôségea kialakult helyzet befolyásolására, míg az ABS rendszer ugyanolyan feltéte-lek mellett stabil jármûmozgást eredményez.

Ezt a manôvert mindenki kipróbálhatja, akinek van ABS-szel felszereltautója (akiében nincs, az legyen ezzel óvatos). Azért mutattam be, hogy lás-suk, hogyan lehet az egyébként már majdnem optimális jármûviselkedéstmás elektronikus rendszerek integrálásával tovább javítani.

KormányzásA jármûdinamikára és a jármû-irányíthatóságra gyakorolt szempontból akormányrendszer a másik leglényegesebb elektronikusan irányítható al-rendszer. A hagyományos kormányrendszerek esetén a vezetô kormányke-réken kifejtett, kormányzásra vonatkozó szándékát mechanikus szerkezet-tel visszük át a jármû kormányzott kerekeire, és a jármû tengelyterhelésétôlfüggôen nyújtunk a vezetô számára rásegítést. Hagyományosan ez hidrauli-kus rendszerrel valósul meg, ami drága berendezés, és az irányíthatósága ne-hézkes. Emiatt egy sor, a jármû kormányzását javító funkció megvalósításaakadályokba ütközik. Ez indokolja azt, hogy alapvetôen személy-, de ha-marosan haszonjármûvekben is alkalmazásra kerülnek az elektromos mo-torral támogatott kormányrendszerek. A 5. ábra három különbözô megva-lósítást mutat, amelyek csak a szervomotorok elhelyezkedésében különböz-nek, a mûködésük megegyezik. A rendszer méri a vezetô által kifejtett kor-mányzási nyomatékot, és ennek, valamint további jármûjellemzôknek afüggvényében fejt ki rásegítô nyomatékot. Ha a kormánykereket a kor-mányszerkezettel összekötô rúd eltörik, a rendszer továbbra is alkalmaskormányzásra, azaz a rendszer valódi elektronikus kormány, úgynevezettsteer-by-wire, ami a fékrendszer analógiájára 1E + 1M felépítésû, azaz azelektronikus rendszer mellett rendelkezik egy mechanikus vészvisszaállító-val (back-up).

126


5. ábra. Elektronikus nyomaték-rásegítésû kormányzás

ESP-funkció:menetdinamikai szabályozórendszer, amely a jármû egyeskerekeinek fékezésével biztosít-ja a vezetô által kívánt iránytartását. A kerekek egyoldalúfékezésével a jármûre olyannyomatékot fejt ki, amely azt a kívánt irányba forgatja.

ABS-funkció:blokkolásgátló rendszer, amelymegakadályozza az egyes kere-kek teljes lefékezôdését ésmegállását, amikor a jármûmég halad. A jelentôsége az,hogy blokkolt kerekekkel a ke-rék és a talaj között átvihetôerô lényegesen lecsökken, amiegyrészt a fékút növekedését,másrészt a jármû irányíthatat-lanságát okozza.

mechanikus back-up rendszer

nyomatékszenzorelektronikus aktuátor

vezérlôegység

1E+1M architektúra


A bemutatott, úgynevezett nyomatékrásegítéses elektronikus kormány-rendszer egy sor feladatot végrehajt, ami a kormányzást könnyíti és a kor-mányzási érzést javítja. Ilyen például a sebességtôl függô rásegítô nyomatékközlése, ami kis sebességnél nagy, a sebesség növekedésével csökken, vagyilyen a sebességfüggô kormány-visszatérítés is.

Az elektronikus kormányrásegítés másik típusánál a kormányzási átté-telt lehet változtatni, azaz a rendszer módosítja – növeli vagy csökkenti – avezetô által kívánt kormányszöget. A 6. ábra a BMW legutolsó sorozatábanszériában kapható rendszert mutatja, amely szintén bizonyos módosítások-kal alkalmas elektronikus (itt vezetôfüggetlen) kormányzásra. Ezt a tulaj-donságát a fékrendszeralapú menetdinamikai szabályozóval való integrá-ciónál használják ki.

Mindkét elôbb bemutatott, mechanikus kapcsolattal rendelkezô kor-mányrendszer még csak egy közbeesô lépés a teljesen elektronikus kormányfelé, amelyben a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti állandómechanikus kapcsolat megszûnik, mint az a 7. ábrán látható. A kormány-zott kerekeken kialakuló kormányszög itt már nem feltétlenül a vezetô köz-vetlen kormányzási manôverezésének felel meg, de a vezetô által kívánt ha-ladási irányt valósítja meg. Természetesen ez a rendszer – hasonlóan azelektronikus fékhez – más infrastruktúrát igényel a jármûben mind a kom-munikációt, mind az energiaellátást illetôen.

Mint az elmondottakból látszik, az elektromos kormány az autonómjármûirányítás egyik legfontosabb eleme.

VáltóvezérlésA drive-by-wire rendszer következô eleme az automatizált sebességváltó,amely közvetlen mechanikus kapcsolat nélkül mûködtethetô. Ilyen váltókma már kis kategóriájú jármûvekben is megtalálhatók, ezért nem akarok itt 127


6. ábra. Elektronikus kormányzásszögrásegítéssel

jármûsebesség(km/h)

korm

ányz

ási á

ttét

el

0200

–100

11

13

15

17

0100

200

400

kormányelfordulási szög

(deg)

1E+1M architektúra

Drive-by-wire:a tisztán elektronikusan irányí-tott rendszerek összefoglaló ne-ve, amikor a vezetô és a jármûmozgását befolyásoló rendsze-rek között csak elektronikuskapcsolat van, azaz csak „dró-ton” keresztül történik a jármûirányítása.


részletekbe bocsátkozni. Meg kell említeni, hogy az ilyen váltó nem tekint-hetô biztonságkritikus jármûrendszernek (8. ábra), ezért az egykörös elekt-ronikus felépítés (1E) kielégíti a rendelkezésre állás követelményeit. Azelektronika meghibásodása esetén rendszerint elérhetô egy úgynevezettlimp-home funkció, azaz a váltó egy olyan módba kapcsolható, amelybenbiztonsággal elhagyható a meghibásodás helyszíne, és elérhetô a legközeleb-bi autójavító.

FelfüggesztésszabályozásA jármûvek lényeges eleme a felfüggesztés, aminek az irányítása fontos he-lyet foglal el a jármû-szabályozási stratégiában. A felfüggesztéssel szembentámasztott követelmények összetettek: egyrészt meg kell valósítania a jár-mûtest megfelelô lengéskényelmét, másrészt a keréknek az úton tartását ésegyéb, a jármû dinamikája szempontjából fontos funkciókat. Passzív ele-mek alkalmazásával a kétféle követelmény nem elégíthetô ki (a 9. ábrán lát-ható úgynevezett C görbérôl nem tudunk letérni), ha azonban a felfüggesz-tést szabályozott elemekkel egészítjük ki, mindkét feltétel egyidejûleg opti-málható, és a 9. ábrán látható célfüggvény értéke optimalizálható.128


Limp-home funkció:nem biztonságkritikus jármû-rendszereknél, ha az elsôdlegesrendszer meghibásodik, rend-szerint létezik egy olyan defi-niált állapot, amelyben a jármûcsökkentett teljesítménnyel ésfunkcionalitással ugyan, de ké-pes „hazasántikálni”, azaz azutat elhagyni vagy a következômûhelyig eljutni.

nincs mechanikus back-up

2E architektúra

nincs mechanikus back-up

1E architektúra,de nem biztonságkritikus,

definiált „limphome” funkció

7. ábra. Elektronikus kormányzás –mechanikus back-up nélkül

8. ábra. Elektronikus váltóvezérlés (Shif by wire)


A felfüggesztés szabályozása több módon is elérhetô. Aktív felfüggesz-tésrôl beszélünk akkor, amikor a jármûtest és a kerék mozgásállapotátólfüggetlen erôt tudunk kifejteni, azaz szabályozott módon energiát vihe-tünk a rendszerbe, illetve vonhatunk ki belôle. Bár az aktív felfüggesztéssela korábban említett görbérôl majdnem tetszôleges módon le lehet térni, agyakorlati megvalósítás – elsôsorban az energiaigénye miatt – nem min-den esetben egyszerû. Ezért a gyakorlatban a lengéscsillapító szabályozá-sán alapuló úgynevezett félaktív felfüggesztés van. Itt a szabályozás alap-elve az, hogy amikor a lengéscsillapító által kifejtett erô ellentétes irányúazzal, melyet az optimalitás szempontjából ki kellene fejtenünk, akkor kiscsillapító erôre kapcsoljuk, amikor megegyezik, akkor nagy erôre. Az e tí-pusú szabályozás viszonylag egyszerû, mivel szabályozott módon emésztifel a lengésenergiát.

A vezetôt támogató autonóm rendszerekA következô csoportba tartozó rendszerek még mindig a jármûre szereltérzékelôk jelei alapján mûködnek, mûködésükhöz azonban nincs szük-ség a vezetô közvetlen beavatkozására, mert a kialakult és az általuk opti-málisnak ítélt mozgásállapot közti különbség hatására jönnek mûködés-be. Ilyen értelemben már autonóm rendszereknek tekinthetôk, közösjellemzôjük azonban, hogy a vezetôt nem bírálják felül, hanem támogat-ják az általa meghatározott irány követésében. Idetartoznak a menetdi-namikai szabályozó rendszerek, amelyek az elôzô részben bemutatottelektronikus beavatkozó szerkezeteket felhasználva befolyásolják a jármûdinamikáját.

A menetdinamikai szabályozó rendszereket két csoportba lehet oszta-ni: az egyik a jármû síkbeli – tehát az út síkjában való – dinamikáját befo-lyásolja, a másik az út síkjától eltérô mozgásokat – dôlés, bólintás – tudjamegváltoztatni. 129


9. ábra. Elektronikus felfüggesztés-irányítás

jármûtest gyorsulása

mf

mtz1

z2

u2sf

st

dinamikus kerékterhelés

szabályozottelemek

a felfüggesz-tésben

csillapítási tényezô


Síkbeli szabályozásA menetdinamikai szabályozó rendszerek közös tulajdonsága, mint az a 10.ábrán látható, hogy a jármû és a talaj közötti erôvektor irányát és nagyságátmódosítják. Ha a modell elsô tengelyének bal kerekéhez tartozó erôvektortnézzük, láthatjuk, hogy a hátsó tengelyen lévô kerekeken fellépô oldalerô le-csökkenésekor az elsô tengelyen fellépô nagy oldalirányú erô a jármûvet meg-perdíti a tömegközépponti tengelye körül, és a jármû kiperdül. Hasonló ki-perdülést idézhetünk elô, ha rossz tapadású úton kanyarodás közben behúz-zuk a kéziféket. Logikusan adódik a következtetés, hogy ebben az esetben azelsô tengelyen lévô kerékre ható oldalirányú erô lecsökkentésével a helyzet ke-zelhetô lenne. A vezetônek azonban nincs erre lehetôsége, a menetdinamikaiszabályozó rendszer viszont éppen ezt teszi: a korábban bemutatott elektroni-kus fékrendszeren keresztül tudja fékezni ezt a kereket, és ezzel olyan, a satíro-zott területtel arányos nyomatékot képes kifejteni, ami a jármûvet stabilizálja.

BorulásszabályozásHasonló elven mûködik a jármû borulását felismerô és megakadályozórendszer, ami szintén a kerékerôk befolyásolásán alapszik. Magas tömeg-középpontú jármûvek (SUV, haszonjármûvek) esetén a túl nagy kanyaro-

130


10. ábra. Menetdinamikaiszabályozó rendszer – síkbeli

szabályozás

11. ábra. Menetdinamikaiszabályozó rendszer –

dôlésszabályozás

T1

eredetikerékerô vektor

módosítottkerékerô

vektorhajtóerôvektor

különbség

T2

centrifugáliserô

a fékezésokoztakismértékûcsúszás

a kerékelemelkedésnél zérus

hosszirányúslip

hossz-irányúkerékerô

kereszt-irányúkerékerô

a gumiabroncs oldalerôvektor csökkenése

magas C. G.


dási sebesség ahhoz vezet, hogy a „centrifugális” erô és a kerék talppontjá-ban oldalirányban fellépô erô alkotta erôpár a jármûvet felborítja. Logiku-san adódik a következtetés, hogy ezen erôpár nyomatékának csökkentésé-vel a felborulás elkerülhetô. Mint az a 11. ábrán látszik, az adott oldali ke-rék blokkolásával (illetve nagy slippel való fékezésével) az oldalirányú erôjelentôsen csökken, és természetesen csökken a jármû sebessége is, ami acentrifugális erô csökkenéséhez vezetve stabilizálja a jármû mozgását.

Virtuális modellt követô szabályozásHogyan kell tervezni a menetdinamikai rendszer szabályozási algoritmusát?A tervezéssel szemben alapvetô követelmény, hogy a rendszer a vezetô kor-mánykeréken keresztül kifejezett szándékát (mivel a rendszer más bemenet-tel nem rendelkezik) kövesse, azaz egy alkalmasan definiált, úgynevezett refe-rencia- vagy virtuális jármûmodellbôl kiszámítjuk az adott kormányszöghözés az aktuális sebességhez tartozó legyezési szögsebességet. Amennyiben ajármûvön mért érték ettôl bizonyos határon túl eltér, a fék- vagy a kormány-rendszeren keresztül beavatkozunk. Az irányító algoritmust, a 12. ábrán lát-ható referenciamodellt úgynevezett követô szabályozásként tervezzük.A fentiek azt is jelentik, hogy a rendszer minden esetben végrehajtja a vezetôtámogatását, tehát ha ô rosszul kormányoz, a rendszer – hogy úgy mondjam– „segíteni” fogja az utat szegélyezô árok irányába is. Még egy fontos jellem-zôje van ezeknek a rendszereknek: az úgynevezett fail silent. Amennyiben arendszer hibát észlel (valószínûtlen szenzorjel, vagy a beavatkozás hatásossá-ga csökken aktuátorhiba miatt stb.), akkor biztonságosan kikapcsol. De aznem történhet meg, hogy nem a vezetô által kívánt irányban avatkozik be.Ezt a rendszer bonyolult biztonságiszoftver-része garantálja.

Mit jelent a fékrendszer alapú menetdinamikai szabályozó mûködése a gyakorlatban? A 13. ábra felsô részén látható túlkormányzott jármû – ami avezetô ellenkormányzása ellenére kanyarodik – stabilizálható a kanyar sze-rinti külsô elsô kerék és a pótkocsi fékezésével. Az alsó ábrán a vezetô elkor-mányzása ellenére a jármû egyenesen tovább haladna, a kanyar oldali belsô 131


Slip: a nem tisztán gördülô kerékjellemzôje, amikor is a jármûsebessége nem egyezik meg a kerék kerületi sebességével.A kettô különbségének a jármûsebességére vonatkoztatott szá-zalékos értéke a slip.

Fail silent:adott rendszer hibatoleranciá-jának az egyik foka. Az ilyenrendszerek valamely fellépô hi-ba esetén biztonságosan kikap-csolnak, azaz az adott funkcióegyáltalán nem lesz elérhetô;általában az alapfunkciót nemérintô kiegészítô rendszerekilyenek (ESP, ABS).

virtuálismodell

állapot-megfigyelô

fék- és kormány-szabályozó

FKU

KV

-KC

jármû

vezetô kormányzási szöge

nyomaték ésaddicionális

kormányszög

12. ábra. Szabályozó – virtuálismodellt követô szabályozás


kerék egyoldalú fékezésével azonban olyan nyomatékot tudunk kifejteni,amely a jármûvet a kanyar irányába forgatja.

Mint korábban említettem, az elektromos kormány (mind a nyomaték-,mind a szögrásegítésû, illetve a teljesen elektronikus vészvisszaállító – back-up – nélkül) lehetôséget ad a jármû dinamikájának aktív befolyásolására akormányon keresztül is. A következô generációs menetdinamikai szabályo-zó rendszerek a fékrendszereken kívül a kormányba is be tudnak avatkozniannak érdekében, hogy a jármû viselkedését stabilizálják. Ha például a ve-zetô folyamatos gázadással állandó sugarú körön próbál kanyarodni, akkorhagyományos rendszer esetén a növekvô sebesség miatt a jármû kiperdülne.A vezetô ellenkormányzással és gázelvétellel képes lehet ezt kompenzálni,de ez nagy gyakorlatot igényel. Az elektronikuskormány alapú menetdina-mikai szabályozó rendszer érzékeli ezt a helyzetet, és ellenkormányzással,valamint gázelvétellel a jármûvet a kívánt irányba kormányozza. Fontosmegjegyezni: bár a kormánykerék (azaz a vezetônek az irányra vonatkozószándékát kifejezô jel) nem úgy áll, mint a kormányzott kerekek, ez a rend-szer sem bírálja felül a vezetôt, hiszen a jármû abba az irányba halad, amerrea vezetô kívánja.

A kormány és a fékrendszer integrációjaA kormány- és a fékrendszer-alapú beavatkozás további lehetôségeket kí-nál. Az ABS – blokkolásgátló – rendszer tervezése egy sor kompromisszu-mot tartalmaz. Ilyen például az egyenetlen tapadású felületen való fékezés,amikor az egyik oldali kerekek alatti tapadás lényegesen különbözik a má-sik oldalitól. A két követelmény, melyet ki kell elégíteni, nevezetesen a fék-út és a vezetô kormányzási korrekciója, egymással ellentétben áll. Ha csök-kenteni akarjuk az utóbbit, az úgynevezett select low stratégiát kellene al-kalmaznunk (14. ábra), azaz mindkét oldalt a kisebb tapadású helyen elér-hetô fékerôvel fékezzük. Ez esetben ugyan nem keletkezik nyomaték, azaz 132


túlkormányzott

fékerô

forgatónyomaték

alulkormányzott

13. ábra. Elektronikus menet-dinamikai szabályozó

rendszer csuklós jármûvekre


a vezetônek nem kell azt kompenzálnia, de a fékút hosszabb lesz, mivelnem használjuk ki maximálisan a nagyobb tapadású oldalon elérhetô féke-rôt. A másik lehetôség, hogy a jármûvet a nagyobb tapadású oldalon elérhe-tô fékerôvel fékezzük. Ekkor természetesen a fékút csökken, a vezetônekazonban jelentôsen többet kell kompenzálnia – ha tud egyáltalán; ez azúgynevezett select high stratégia (15. ábra).

Az ABS e két követelmény közötti kompromisszumos helyzetet eredmé-nyezi. Ha azonban a fenti helyzetben az elektronikus kormányon valóbeavatkozással már a fékezés kezdeti szakaszában tudjuk a folyamatot befo-lyásolni, a fellépô kitérítô nyomaték lényegesen kisebb lesz, és nagyobb fék-erôkülönbséget engedhetünk meg.

Ha a hagyományos jármûvel és az elektronikus kormánnyal való féke-zést hasonlítjuk össze, azt látjuk, hogy az adott manôver a vezetôtôl többmint 120 fokos ellenkormányzást igényel, és emiatt a rossz és a jó tapadásúoldal között kisebb fékerôkülönbség engedhetô meg.

Az elektronikus kormánnyal való beavatkozással a harmadára csökken avezetôtôl kívánt kormányzási beavatkozás, miközben a kormányzott kerekektermészetesen a korábbihoz hasonló nagyságrendben kormányzódnak, mi-alatt a fékerôkülönbség nagyobb lehet, s ez a fékút csökkenését eredményezi.

Az elektronikus kormánnyal való beavatkozás – amellett hogy majd-nem harmadára csökkentette a vezetô beavatkozását – közel 10 százalékosfékútcsökkenést eredményezett. Ez nagyon jelentôs, mivel a forgalom biz-tonságára kiemelkedô hatással van. A fenti példa jól mutatja, hogy azelektronikus rendszerek alkalmas integrálásával hogyan növelhetô az egyesszerkezetek hatásossága, és egy elsô hallásra veszélyesnek tûnô rendszer,mint az elektronikus kormány, milyen módon tudja növelni a közlekedésbiztonságát.

A jármû környezetét figyelô figyelmeztetô rendszerekMost rátérek az intelligens rendszerek következô típusára, amelyek alapve-tôen a jármûvön lévô szenzorok alapján gyûjtenek információt a jármûkörnyezetérôl, és ezek alapján figyelmeztetik a vezetôt, illetve az informá-ciót egyéb célokra használják fel.

A 16. ábra a jármû közvetlen környezetének ma is létezô – bár még nemszéles körben elterjedt – megfigyelési lehetôségeit mutatja. A távoli objek-tumok felismerését a 77 GHz-es radar végzi. Ennek egyik alkalmazási te-rülete a késôbbiekben bemutatásra kerülô adaptív sebességtartó berende-zés, de lehet használni a vezetô figyelmeztetésére is. Az infraszenzor azúton tartózkodó személyeket teszi láthatóvá a vezetô számára rossz látásiviszonyok mellett. A videokamera a jármû pozícióját határozza meg a sáv-határokhoz képest, de alkalmas a radar által azonosított objektumok osz-tályozására is. A jármû közvetlen környezetét figyelik meg a kis hatótávol-ságú radarok és az ultrahangos szenzorok. Ezeket ma is elterjedten alkalmaz-zák (lásd tolatóradar). De további lehetôségeik is vannak: megfigyelhetôpéldául a tükörbôl nem látható terület, figyelmeztetheti a vezetôt a sávvál-tás veszélyeire stb. 133


F1 F2

F4

v

Irány

Magas tapadásAlacsony tapadás

µ1 << µ2F4

14. ábra. Select low stratégia

F1 F2

F4

v

Irány

Magas tapadásAlacsony tapadás

µ1 << µ2F4

15. ábra. Select high stratégia


Bár a szenzorok pontossága és megbízhatósága megfelelô, alkalmazásukbiztonságkritikus rendszerekben még nem elterjedt. Ennek nem mûszaki,hanem jogi és erkölcsi akadályai vannak: kiküszöbölhetô-e teljesen a veze-tô az irányítási hurokból, s ha igen, akkor az esetlegesen mégis bekövetke-zett baleset felelôssége kit terhel? A vezetôt, aki nem volt a szükséges ké-pességek birtokában az adott pillanatban vagy a rendszer gyártóját? Ez az a kérdés, ami alapvetôen meghatározza az autonóm intelligens rendszerekelterjedését.

A jármû környezetének a megfigyelésében nagyon fontos elem az adott út-felület tapadási tényezôjének meghatározása. A tapadás mértéke folyamato-san változik, és több rendszer szempontjából fontos lenne értékének a meg-határozása. Egyik mód lehet magának a jármûnek szenzorként való használa-ta. Az adott útfelületen haladó jármû kerekei általában valamilyen slippelgördülnek. A hozzá tartozó vonó-, illetve fékezôerô a jármû egyéb rendszerei-bôl meghatározható. A probléma az, hogy a tapadási tényezô még a jármû ésa környezet paramétereitôl is függ. Ezeket át kell számítani egy adott normál-állapotra, amelybôl egy referenciamodell használatával a normalizált jellem-zôk akár mûholdon, akár az adott helyhez rögzített jeladón, akár a jármûvekközvetlen kommunikációján keresztül átvihetôk az adott helyhez közelítôjármûre. Az a saját jellemzôi alapján újra kiszámítja a jármûspecifikus jellem-zôt, ami aztán felhasználható a vezetô figyelmeztetésére, szakaszban haladójármûvek esetében pedig a követési távolság meghatározására.

A jármû környezetét figyelô beavatkozó rendszerekA következô csoportba tartozó rendszerek már be is avatkoznak a folyama-tokba, bár nem válnak el teljesen az elôzôekben ismertetett figyelmeztetôrendszerektôl, és a szenzoraik is megegyeznek: például a jármû hosszirányúdinamikáját befolyásoló adaptív sebességtartó berendezés, az ezen az ala-pon mûködô úgynevezett vészfékezési funkció. De idetartoznak a városiforgalomban valóban automatikus haladást megvalósító úgynevezett stop-and-go, azaz a jármû teljes autonóm megállítását és elindítását végrehajtórendszerek is.134


ultrahang közeli radar(24 GHz)

távoli radar(77 GHz)

video-kamera

infraszenzor

0,2–1,5 m 0,2–20 m 1–120 m0–80 m 0,2–80 m

16. ábra. Jármû környezetének a megfigyelése

Stop-and-go rendszer:az autonóm jármûirányítórendszer egyik funkciója,amely képes a jármû automati-kus elindítására és megállításá-ra anélkül, hogy a vezetô bár-mit tenne. Városi forgalomban,dugóban tehermentesíti a jár-mû vezetôjét.


Most az ezekhez tartozó automatikus fék- és kormányrendszerekkel, va-lamint az ezeken alapuló sávtartást megvalósító rendszerekkel fogok foglal-kozni, a jármû útjában álló akadályok teljes kikerülését célzó perspektivi-kus rendszerekrôl nem beszélek.

Adaptív sebességtartásA hagyományos sebességtartó berendezéseknél a jármû vezetôje a kívánt se-bességet állítja be, amelyet aztán az elektronika az útviszonyoktól függetle-nül a motor nyomatékának változtatásával állandó értéken tart. Az ACC

(adaptive cruise control, adaptív sebességtartó berendezés) a korábban máremlített távoli radarral felszerelve képes érzékelni az elôttünk haladó jármûtávolságát, és tartani tudja az elôre beállított értéket – ugyancsak a motor-nyomaték változtatásával, illetve szükség esetén a fékrendszerbe való be-avatkozással. E rendszer alkalmazásának célja: a vezetô bizonyos fokú teher-mentesítése. Az adaptív sebességtartó berendezést ma komfortrendszerkéntértékesítik, mivel az általa elérhetô legnagyobb lassulás–gyorsulás nem ha-ladhatja meg a 0,3 g-t, azaz a rendszer nem alkalmas sem vészfékezésre, semagresszív gyorsításra. Ennek indoka, hogy a jármû irányítását mindenkép-pen a vezetô kezében kívánja hagyni, azaz ha a fent említett határértéknélnagyobb lassulási igény lépne fel, a rendszer kikapcsol, és az irányítást, vala-mint a döntést átadja a vezetônek. Az ilyen használat indoka alapvetôennem mûszaki, hanem jogi természetû.

Természetesen felmerül a kérdés, hogy az egyébként mûszakilag lehetsé-ges megoldását, amivel emberi életeket lehetne megmenteni, tisztán jogi ésfelelôsségi szempontból kell/lehet-e elvetni? Ez a gondolatmenet vezetettahhoz, hogy a bemutatott adaptív sebességtartó rendszer továbbfejlesztésé-vel hogyan lehet a baleseteket nem feltétlenül elkerülni, de a következmé-nyeit mindenképpen csökkenteni. Tipikus helyzet: a jármû vezetôje nemlátja a kanyar mögött álló jármûsor végét, ezért a kanyarba változatlan se-bességgel hajt be. A rendszer folyamatosan figyeli a jármû elôtt álló objek-tumokat, és amikor azok távolságát olyannak értékeli, hogy a jármû vezetô-je már nem tudna beavatkozni, akkor automatikusan mûködésbe hozza ajármû fékrendszerét, és vészfékezéssel a jármûvet lelassítja. A balesetet telje-sen nem kerüli el, de az ütközési energiát jelentôsen, több mint felére csök-kentheti. A jogi helyzet is tisztává válik: a vezetô nem tudta volna elkerülnia balesetet, tehát a beavatkozással nem állítottunk elô veszélyesebb helyze-tet, mint ami bekövetkezett volna, sôt csökkentettük a baleset következmé-nyeit. Ilyen módon – bár a vezetôt kizártuk az irányítási hurokból bizonyosidôre – jogilag és erkölcsileg a rendszer mûködése teljesen rendben van.

A sávelhagyás megakadályozásaAz autonóm módon mûködô rendszerek másik típusa a jármûre szerelt vi-deokamera jelei alapján való aktív beavatkozás. Tipikus baleseti helyzet,amikor a jármû vezetôje elalszik, és a jármû kihúzódik a sávból vagy nemköveti az út kanyarulatait, és emiatt balesetet okoz. Ez a helyzet jól kezel-hetô olyan módon, hogy a jármû úthoz viszonyított helyzetét egy videoka-mera jelei alapján folyamatosan elôre értékeljük, azaz kiszámítjuk, hogy az 135


ACC:adaptív sebességtartó berende-zés, amely nemcsak a beállítottsebesség folyamatos tartásáraképes, hanem – amennyiben aradar szenzora a jármû elôtt ha-ladó másik autót észlel – egyelôre beállított távolság tartásá-ra is. Nem biztonsági, hanemkényelmi rendszer.


adott nagyságú és irányú sebességgel haladva a jármû mikor hagyná el a sáv-határokat. Amennyiben a rendelkezésre álló jelekbôl (kormányszög, irány-jelzôk helyzete, fékpedál vagy gázpedál helyzetváltozása) megállapítható,hogy a vezetô nem irányítja a jármûvet, hanem alszik, akkor akár a fékrend-szerbe, akár az elektronikus kormányrendszerbe való beavatkozással a jár-mû iránya korrigálható. A jármûvön végzett vizsgálatok azt mutatják, hogya monokamera alapú rendszer mind a jól felfestett, mind az elmosódósávhatárok között képes tartani a jármûvet csupán a fékrendszer egyoldalúmûködtetésével. Az elôbb említett felelôsség kérdése itt is fennáll, ezért agyártók az aktív beavatkozás helyett itt is az akusztikus vagy az érintési fi-gyelmeztetést választják, azaz a kormánykerék kis nyomatékkal való elfor-gatásával figyelmeztetik a vezetôt a kívánt irányra.

Külsô információt felhasználó rendszerekA csoportosításunknak megfelelôen következô rendszerek olyan informá-ciókat használnak fel, amelyek nem a jármûbôl, hanem a jármûvek külsôkörnyezetébôl, másik jármûrôl, mûholdakról stb. érkeznek. A környezet-bôl érkezô információra korábban már láttunk példát: az adott jármû általfelmért tapadási tényezôt lehet az útszakaszhoz közeledô jármû vezetôjéneka tudomására hozni, illetve veszélyes útszakaszokon (iskolák, vasúti átkelôkkörnyékén) lehet a jármû vezetôjét figyelmeztetni.

A mai gyakorlat szerint a közúti flottairányítás elsôsorban a vezetô infor-mációinak a bôvítésével igyekszik a biztonságot növelni részben a környe-zetrôl rendelkezésre álló információk, részben pedig a jármû által észlelt in-formációk feldolgozásával.

A flottairányító központ ebben az esetben ismeri a jármûflotta egységei-nek pozícióját és a jármûvek mozgásállapotával kapcsolatos, illetve diag-nosztikai célú adatait, melyeket mobil kommunikációs hálózaton keresztülkap meg. Ismeri továbbá az útvonaltervet, és az ehhez kapcsolódó forgalmiinformációkat. Így szükség esetén az útvonal dinamikus áttervezésével, táv-diagnosztikával tudja a jármû célba juttatását hatékonyabbá tenni.

A jármûvek tipikusan fel vannak szerelve GPS-navigációval, valamint ka-mera-, illetve radarrendszerrel, melyek a jármû biztonságos haladását segítika tervezett útvonalon, a fedélzeti szabályozási rendszerekre támaszkodva. (Ezutóbbiakat már tárgyaltuk: ilyenek a motor, a kormány, a fék és a menetsta-bilizátor, illetve a sávelhagyást detektáló vagy megakadályozó rendszerek.)

A flottairányítás sajátossága, hogy minden vezetôi funkciót – beleértve a manôverek tervezését és végrehajtását is – a jármûvezetô lát el.

A jármûirányítás elveiMint az eddigiekben láthattuk, technikailag már ma képesek vagyunk ar-ra, hogy egy jármûvet vezetô nélkül eljuttassunk a kívánt helyre. A jármûszerkezeti fôdarabjai (fék, kormány, váltó) alkalmasak az elektronikus irá-136


Monokamera alapú rendszer:a jármû körülötti objektumok,illetve a jármû helyzetének de-tektálására szolgáló videokame-ra, amely képes az objektumokbizonyos szintû osztályozására,de természeténél fogva nem ké-pes a távolság mérésére.


nyításra, a jármûre szerelt szenzorok megbízható információt tudnak adnia jármû környezetérôl, ami külsô forrásból származó jelekkel tovább pon-tosítható.

Befejezésül az automatikus jármûirányítás feltételrendszerérôl és filozó-fiájáról szeretnék röviden beszélni.

E probléma jobb megértése érdekében elemezzük az irányítási szem-pontból ideális rendszert. A kocsiban utazók határozzák meg, hogy hon-nan hova akarnak eljutni, és ezt az igényüket közlik a jármû vezetôjével.Ôt tekinthetjük az elsôdleges jármûirányítónak, hiszen a kapott igénytlebontja irányvektorok sorozatává – hasonlóan ahhoz, ahogy azt egy na-vigációs rendszer teszi –, és ezeket a vektorokat a gyeplô segítségével to-vábbítja a jármû hajtásláncát képezô lovaknak. Fontos megjegyezni: a ve-zetô nem azt mondja meg a lónak, hogy melyik lábával mekkorát és hovalépjen, hanem a kívánt irányt jelentô elsôdleges irányvektort. Ezt azirányvektort a ló tovább pontosítja, hiszen sem az árokba, sem az elôttehaladó jármûnek nem megy neki. Az így pontosított irányvektort próbál-ja megvalósítani. De ha, mondjuk, az út csúszós, akkor a kívánt iránytólvaló eltérést kompenzálja.

Ez a példa legfeljebb csak a közúti jármûvek irányításában számít újnak,a hajók és a repülôgépek irányító rendszerei már régen hasonló elven mû-ködnek.

A példa analógiájára a közúti jármûvek irányításában a következôfelépítés tûnik célszerûnek: a vezetô által kívánt, a támogató rendszerekáltal pontosított irányvektort a jármû szerkezeti fôdarabjainak integráltirányításával valósítjuk meg. Ez azt jelenti, hogy a vezetôfülkébôl egyelektronikus jel, maga a kívánt sebességvektor kerül át a jármû hajtáslán-cának központi vezérlôegységébe, ami az adott mozgásállapot függvényé-ben eldönti, hogy melyik fôdarabjától milyen hatást vár el. Amennyibena jármû a kívánt irányvektortól eltér (például csúszós útfelület, túl nagysebesség miatt), akkor a menetdinamikai szabályozó rendszer ezt az elté-rést korrigálja.

Ha a fenti felépítésben a vezetô irányra vonatkozó kívánságát helyettesít-jük például a navigációs rendszer jeleivel vagy az útról érkezô sebesség- ésirányjelekkel, akkor a jármû képes a teljesen vezetô nélküli haladásra.

Jelenleg kísérleti fázisban van a másik, teljesen automatizált forgalmi ésjármûrendszereken alapuló megoldás, amely bizonyos útvonalakon, illetveforgalmi csomópontokon (a jármûvezetô szándékának vagy a megadott út-vonalnak megfelelôen) a jármûveket automatikusan juttatja át.

Az Automated Highway Systems (AHS) koncepció szerint a jármûve-ket speciális alakzatokba, úgynevezett szakaszba vagy konvojba csoporto-sítják automatikusan. Ezek tipikusan tíz-húsz jármûbôl állnak, és jellem-zôjük a jármûvek közötti kis, egy-öt méteres követési távolság biztonsá-gos tartása.

Az irányítás több szinten valósul meg, és mind központi, mind fedélzetimodulokat tartalmaz. A központi funkcióhoz tartozik a teljes AHV-hálózatés a dinamikus útvonaltervezés felügyelete, valamint az egyes jármûvek ma-nôverigényeinek (felhajtás, lehajtás, sávváltás) tervezése és irányítása. 137


Optimális jármûirányító rendszer

Automated Highway System:az infrastruktúrával kommuni-káló autonóm jármûirányítórendszerek összefoglaló neve,amelyek képessé tesznek egyesjármûveket, illetve jármûcso-portokat az autonóm, vezetônélküli haladásra.


A fedélzeti irányítás a biztonságos utazást valósítja meg, amelyhez az auto-matikus jármûkövetés, valamint a longitudinális és a laterális mozgás dinami-kájának irányítása tartozik. A jármûvek képesek egymással és a központtal iskommunikálni.

A rendszer fontos tulajdonsága a hibadetektálás és a -diagnosztika, valamintaz irányítási rendszerek átkonfigurálása a forgalom biztonságának fenntartásaérdekében. Ezen funkciók megosztása a fedélzeti és a központi rendszerek kö-zött az irányítás- és a kommunikációtechnológia fejlôdésének a függvénye.

A rendszerek fejlôdésének irányai –egy 1990-es becslésHogy mikor fogunk az utakon ilyen jármûveket látni? Szeretnék erre vo-natkozóan egy 1990-es becslést bemutatni, amelynek az az érdekessége,hogy az eltelt tizenöt év a jóslatok egy részét már igazolta.

2010 Az adaptív sebességtartó berendezés tipikussá válik, megjelennek ✓

egyszerûbb sávelhagyásra és ütközésre figyelmeztetô rendszerek. Zárt pályákon vezetô nélküli autóbuszok közlekednek.

2020 A sávelhagyás- és ütközésmegelôzô rendszerek kormány- és fék- ✓

beavatkozással tipikussá válnak, megjelennek az autonóm jármûirányítás bizonyos formái különösen veszélyes helyeken.

2030 Közel minden új jármûvet felszerelnek ütközés- és nem szándékolt ✓

sávelhagyás-megakadályozó rendszerrel. Bizonyos flották alkalmasak autonóm haladásra, alapvetôen zárt pályákon.

2050 Az újonnan épült autópályákat már autonóm jármûvekre tervezve építik, ?megjelennek olyan tesztjármûvek, amelyek a hagyományos közlekedési folyamatban vesznek részt.

2070 Az automatikus áruszállító rendszerek tipikussá válnak, emberi ?beavatkozás nélkül kerül át az áru az egyik szállítóeszközrôl a másikra.

2100 Az autonóm és a hagyományos jármûvek együtt közlekednek. ?

Végezetül szeretném megemlíteni az intelligens jármûrendszerek kutatásá-nak hazai hátterét. A Budapesti Mûszaki Egyetem (BME) és az MTA Számí-tástechnikai és Automatizálási Intézete (SZTAKI) együttmûködésében közelhúsz éve folynak kutatások e témában Magyarországon. Nem utolsósorbane tevékenység hírére több világcég hozta hazánkba ilyen kutatásainak és fej-lesztéseinek egy részét, és kiépítették együttmûködésüket a hazai fejlesztôhelyekkel. Az együttmûködés eredményeképp a Budapesti Mûszaki Egye-tem a magyar kormány Regionális Egyetemi Tudásközpont pályázatán tá-mogatást nyert az Elektronikus Jármû és Jármûirányítási Tudásközpont lét-rehozására. E most induló központ tevékenységének célja, hogy az elérhetôszaktudást rendszerezze, továbbfejlessze és az iparág többi résztvevôjének arendelkezésére bocsássa.138


Az 1990-es elôrejelzés validációja


139


Amirouche, Farid – Palkovics, László – Woodrooffe, J.:Optimal driver seat suspension design for heavy trucks.International Journal of Vehicle Design, Heavy VehicleSystems, Vol. 2/1 (1995): 18–44.

Fancher, P. – Winkler, C. – Ervin, R. – Zhang, H.: UsingBraking To Control The Lateral Motions Of Full Trailers.The Dynamics of Vehicle on Roads and on Tracks, In:Proceedings of the 15th IAVSD Symposium. Bp.:Hungary, 1997.

Glasner, Egon-Christian von: Active Safety of CommercialVehicles. In: AVEC’94, Tsukuba, Japan, 1994.

Petersen, Eugene – Neuhaus, D. – Glabe, K.: Vehicle StabilityControl for trucks and buses. In: International Truck andBus Meeting. Indianapolis, USA, 1998.

Rohr, S. N. – Mendez, V.: Tire pressure warning system for passenger car applications. In: SAE InternationalCongress and Exposition. Detroit, USA, 1995.

Vaughn, B. K. – Miller, L. L.: A multi-axle steering systemfor straight trucks. In: SAE International Truck and BusMeeting and Exposition. Detroit, USA, 1990.

Winterhagen, J.: Das Bremssystem EBS Von Scania. ATZAutomobiltechnische Zeitschrift, Vol. 98/9 (1996):406–407.

Woll, J. D.: Radar Based Adaptive Cruise Control for TruckApplications. In: Electronics and Electrical Systems forTrucks and Buses, International Truck & Bus Meeting &Exposition. Cleveland, Ohio, 1997.

Wrede, J. – Decker, H.: Brake by wire for commercialvehicles. In: SAE International Truck and Bus Meetingand Exposition, Toledo, USA, 1992.

Yanakiev, Diana – Kanellakopoulos, Ioannis: Speed TrackingAnd Vehicle Follower Control Design For Heavy-dutyVehicles. Vehicle System Dynamics, Vol. 25/4 (1996):251–276.

Ajánlott irodalom



Documents

6 07 Palkovics 119 140 - CORE · A második szinta közvetlen jármû–jármû kommunikáción alapuló irányítás, ami az elôzôtôl abban különbözik, hogy egy adott jármû