Új tendenciák az intelligens út—jármű rendszerek fejlesztésében

1. Új tendenciák az intelligensút—jármű rendszerek fejlesztésében Prof. Dr. Bokor József Akadémikus 2007. szeptember 4.

2. Tartalom • Kutatási prioritások • Hazai kutatások és eredmények • Intelligens jármű- és forgalmi rendszerek • Kooperatív járműirányítás • Autonóm járműirányítás • Integrált járműirányítás • Hibatűrő rendszerarchitektúrák • Alternatív meghajtású járművek • Nemzetközi kitekintés

3. Az elektronikus járműirányítás szintjei

4. Kutatási prioritások • Intelligens jármű és intelligens környezet kialakítása • Aktív biztonsági rendszerek fejlesztése és alkalmazása • Üzemanyag fogyasztás csökkentése alternatív energiaforrások felhasználásával

5. A közúti forgalomirányítás szükségessége A folyamatosan növekvő járműforgalom a rendelkezésre álló és csak korlátozottan növelhető infrastruktúra mellett megköveteli a hatékony, forgalomfüggő, dinamikus közlekedésirányítást. Az irányítás céljai: • Utazási idők minimalizálása, • A várakozási idők minimalizálása, • A megállások számának minimalizálása, • Az átbocsátott forgalom maximálása, • A jármű-, és gyalogosforgalom biztonságos lebonyolítása, • A közlekedési balesetek számának csökkentése, • Az utazási és szállítási költségek csökkentése, környezeti terhelés csökkentése.

6. Közúti forgalom paramétereinek és állapotváltozóinak becslése A közúti közlekedésben számtalan nehezen vagy egyáltalán nem mérhető paraméter és állapotváltozó található. Az állapotok a fordulási ráták:ahol wij(k) az állapotzaj. A be- és kihajtó járműforgalmat mérjük,a mérési egyenlet:ahol vj(k) a mérési zaj. • Megoldást jelent az állapot-megfigyelő alkalmazása: • Kiterjesztett Kalman-szűrő (EKF) • Mozgó Ablakos Becslés korlátozásokmellett (cMHE)

7. Városi közlekedés Egyedi kereszteződés jelzőlámpa szabályozása, Több csomópontból álló összehangolt jelzőlámpa szabályozás. Gyorsforgalmi úthálózat Felhajtók forgalmának szabályozása, A főáramlat forgalmának szabályozása, Útvonalajánlás. A közúti forgalom irányítása

8. Vezetőképessége Manőverezhetőség Járműképessége Hagyo-mányos irányítás SEC Sebesség Software Enabled Control (SEC) • Követelmények • Szinkronizálás • Garantált válaszidő • Kommunikáció • Átkonfigurálhatóság • Szoftvertechnológia • Megbízható realizáció • Automatikus kódgenerálás • Újrafelhasználhatóság Járműirányítás

9. Kooperatív járműirányítás Felső szintű kooperatív irányítás Feladat: trajektória-tervezés az alacsony szintű irányítórendszer számára a szomszédos járművekről és esetleg más információszolgáltató központoktól kapott információ alapján Megvalósítás: függvényoptimalizáláson alapuló elosztott MPC algoritmusok Implementáció: RT Embedded operációs rendszer+ OCP technológia Kommunikáció: RT protokoll ad-hoc wireless hálózat felett (RT CORBA, ACE/TAO) • Forgalomra vonatkozó információk • Aktuális menet-jellemzők (sebesség, pozíció, stb.) • Elosztottszámítási feladat részeredményei • Szomszédos járművek menetjellemzői • Elosztott számítás részeredménye Sebesség,pozíciótrajektória Dinamikus menet- jellemzők: aktuális sebesség, gyorsulás pozíció, stb. Alsó szintű integrált járműirányítás Feladat: előírt sebesség ill. pozíció-trajektória megbízható követése, járműstabilitás biztosítása Megvalósítás: integrált robosztus irányítási algoritmusok (Hinf, LPV, hibrid, stb.)

10. WLAN WLAN WLAN camera camera camera Board Computer Board Computer Board Computer Motor controller Motor controller Motor controller Servo Servo Servo Járműmodell-kísérletek kamera-alapú beltéri pozícionáló rendszer vezetéknélkülihálózati kapcsolat

11. Jármű-környezet kapcsolat alapú irányítás • Pozíciódetektáló algoritmus • A videokamera és más pozíciót detektáló szenzor segítéségével az irányító elektronika meghatározza a jármű úthoz viszonyított helyzetét, • amely információt sávelhagyás detektálásra valamint parkolás segítésre használhatunk fel.

12. Autonóm járműirányítás • A parkolási pályát a parkoló logika akkor számítja ki, amikor a vezető a rendszerrel tudatja, hogy a következő időben parkolási szándéka van. • Ekkor a rendszer • a járművön elhelyezett ultrahangos távolság-jeladók jeleit feldolgozva meghatározza a parkolóhely pozícióját a járműhöz képest, • kiszámítja az ideális parkolási pályát, • amelyen azután a szabályozó algoritmus végigvezeti a járművet.

13. Integrált járműirányítási rendszerek • Integrált irányítás módszertanának kidolgozása fékezési, kormányzási és felfüggesztési rendszerekhez • Szoftvertechnológiai eszközök alkalmazása valósidejű elosztott irányítási rendszerekben • „Stunt SMART” — demonstrációs tanulmányautó (BME EJJT)

14. Az integrált irányítás módszertani kérdései • Járműdinamikai modellezés LPV paradigma alapján • Alrendszerek modellezése és szimulációja MATLAB / Simulink környezetben • Szoftvertechnológiai elemzés (ágens alapú architektúrák, komponens alapú fejlesztés, rétegelt felépítésű integrált platformok, decentralizált kontroll struktúrák, beágyazott rendszerek stb.)

15. Példa: elektronikus kormány és fékrendszer integrációja • Elektronikus kormány- és fékrendszer beavatkozáson alapuló menetdinamikai szabályzórendszer (SESP, Steering Electronic Stability Program) • Szabályzórendszer irányító algoritmusának elkészítése gyors-prototípus vezérlőegységben történő használatához (ASCET SD) • A szabályzórendszer alapját képező referenciamodell továbbfejlesztése

16. Hibatűrő elektronikus rendszer-architektúra járműrendszerekre • Járműrendszerek architektúráinak biztonsági szempontú elemzése • Az ECU/MCU egységek fő jellemzőinek elemzése • Hibatűrő kommunikációs hálózatok alkalmazása járműrendszerekben • Aktuátorok, beavatkozó szervek kialakításának biztonsági szempontú elemzése, különös tekintettel a megjelenítés, a kormány és fék rendszereire

17. Alternatív meghajtású járművek • A hibrid elektronikus járművek fejlesztésének és piaci bevezetésének létjogosultságát a releváns mértékű üzemanyag-megtakarítás, illetve ezzel összefüggésben a károsanyag-kibocsátás (pl. CO2) radikális csökkentése igazolja. • Járulékosan javul a közúti biztonság és a vezethetőség, ehhez nagyban hozzájárulnak az új (villamos, tehát gyors és pontosan vezérelhető) komponensek, pl. generátor, villanymotor.

18. Nemzetközi trendek — kitekintés (1) • Hibrid irányítási rendszerek (diszkrét és folytonos dinamika) → az új motorrendszerek vezérlése ciklikus alapon történik. • Integrált irányítási rendszerek (több, egymással kölcsönhatásban lévő irányítási hurok). • Algebrai vissza- és előrecsatolt irányítás (a gyártási tolerancia miatt hangolás szükséges). • A járműipari irányítási rendszerek V&V problematikája.

19. Nemzetközi trendek — kitekintés (2) • Hatékony navigáció és kommunikáció (a kooperatív irányítás szerepe): változó forgalmi viszonyok között egyszerre kell az útvonalat és az üzemanyag-fogyasztást optimalizálni. • A fedélzeti és a forgalomirányítási rendszerek összehangolása az úthálózat átbocsátóképességének maximalizálása érdekében. • Az automatikus manőverek biztonságos végrehajtása.

20. Köszönöm a figyelmet! Dr. Bokor József