Új tendenciák az intelligens út—jármű rendszerek fejlesztésében

Új tendenciák az intelligensút—jármű rendszerek

fejlesztésébenProf. Dr. Bokor József

Akadémikus

2007. szeptember 4.

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

Az elektronikus járműirányítás szintjei

Kutatási prioritások Intelligens jármű és intelligens környezet

kialakítása Aktív biztonsági rendszerek fejlesztése és

alkalmazása Üzemanyag fogyasztás csökkentése alternatív

energiaforrások felhasználásával

A közúti forgalomirányítás szükségessége

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.

A folyamatosan növekvő járműforgalom a rendelkezésre álló és csak korlátozottan növelhető infrastruktúra mellett megköveteli a hatékony, forgalomfüggő, dinamikus közlekedésirányítást.

Közúti forgalom paramétereinek és állapotváltozóinak becsléseA közúti közlekedésben számtalan nehezen vagy egyáltalán

nemmérhető 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.

)()(=1)( kwkxkx ijijij

)()()(=)(=1

kvkxkqky jiji

n

ij

*|

1|

=|

1|

1

=|1

10|1

|1|11

ˆˆˆˆˆˆ=

min)ˆ,...,ˆ,(

NkkjTkj

k

Nkjkj

Tkj

k

NkjkNk

TkNkk

k

kkkNkNk

vRvwQwwQw

wwx

Megoldást jelent az állapot-megfigyelő alkalmazása:

• Kiterjesztett Kalman-szűrő (EKF)• Mozgó Ablakos Becslés korlátozások

mellett (cMHE)

A közúti forgalom irányítása

Városi közlekedés Egyedi kereszteződés jelzőlámpa

szabályozása, Több csomópontból álló összehangolt

jelzőlámpa szabályozás.Gyorsforgalmi úthálózat Felhajtók forgalmának szabályozása, A főáramlat forgalmának szabályozása, Útvonalajánlás.

)()(

)()()(

)(

)()()()())(()(=1)(

1

1

kk

kvkrTk

kT

kvkvkvTkvkVTkvkv

vi

i

ii

ii

ii

i

iiii

iiii

)()()(=)( knkvkkq qiiii

)()()()()(=1)( 1 kskrkqkqnTkk iiiii

ii

Software Enabled Control (SEC)

Követelmények Szinkronizálás Garantált válaszidő Kommunikáció Átkonfigurálhatóság Szoftvertechnológia Megbízható realizáció Automatikus kódgenerálás Újrafelhasználhatóság

Sebesség

Járműképessége

Vezetőképessége

Man

őver

ezhe

tősé

g

SEC

Hagyo-mányos irányítás

Járműirányítás

Kooperatív járműirányítás

•Aktuális menet-jellemzők (sebesség, pozíció, stb.)

•Elosztottszámítási feladat részeredményei

Felső szintű kooperatív irányításFeladat: trajektória-tervezés az alacsony szintű irányítórendszer számára a szomszédos járművekről és esetleg más információszolgáltató központoktól kapott információ alapjánMegvalósítás: függvényoptimalizáláson alapuló elosztott MPC algoritmusokImplementáció: RT Embedded operációs rendszer+ OCP technológiaKommunikáció: RT protokoll ad-hoc wireless hálózat felett (RT CORBA, ACE/TAO)

Alsó szintű integrált járműirányításFeladat: előírt sebesség ill. pozíció-trajektória megbízható követése, járműstabilitás biztosításaMegvalósítás: integrált robosztus irányítási algoritmusok (Hinf, LPV, hibrid, stb.)

Sebesség,pozíciótrajektória

Dinamikus menet-jellemzők: aktuális sebesség, gyorsuláspozíció, stb.

•Szomszédos járművek menetjellemzői

•Elosztott számítás részeredménye

•Forgalomra vonatkozó információk

Járműmodell-kísérletek

vezetéknélkülihálózati

kapcsolat

Servo

Motor

contr

oller

Board

Compu

ter

WLAN

camera

Servo

Motorco

ntrolle

r

Board

Compu

ter

WLAN

camera

Servo

Motor

controller

Board

Compu

ter

WLAN

camera

kamera-alapú beltéri

pozícionáló rendszer

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.

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.

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)

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.)

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

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

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.

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.

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.

Köszönöm a figyelmet!Dr. Bokor József