Sisteme Avansate de Control Al Vehiculului

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

SISTEME AVANSATE DE CONTROL AL VEHICULULUI FRONT COLISSION MITIGATION

&

LANE DEPARTURE WARNING

Sisteme Inteligente de Transport Rutier SOAM, anul II, Transporturi

Indrumator: Studenti: S.l.dr.ing. Dorin Buretea Clement Danila George Dinu

Andrei Draghici

Noţiuni introductive

Societatea modernă depinde foarte mult de mobilitate, de aceea nevoia de transport de persoane şi bunuri este de aşteptat să crească în continuare în viitor. În acest sens este nevoie de sisteme mai curate, mai sigure şi mai eficiente de transport. Mobilitate şi în special transportul rutier cauzează probleme sociale majore: accidente, poluarea și congestii. Mai mult de 40.000 de vieți sunt pierdute in fiecare an din cauza accidentelor rutiere în Uniunea Europeană numai, iar costurile sunt estimate la aproximativ 2% din PIB-ul său [CE, 2001]. Astăzi, nu există metode de testare acceptate public și nici modalități stabilite pentru a comunica rezultatele testelor. Situația este destul de diferită pentru sistemele de siguranță pasivă, în cazul în care programele de testare, cum ar fi Euro NCAP (Figura 1) au stabilit metodele de testare și de impact moduri de a explica rezultatele testelor în diferite nivele de detaliere. În timp ce cumpărătorii de autoturisme pot compara numărul de stele pentru siguranța pasivă între mașini diferite, inginerii de securitate profesionişti pot compara datele de măsurare de la teste.

Fig.1. Siguranţa activă- Impact – Siguranţă pasivă Marii producători de autovehicule precum şi companiile prestatare în domeniul de siguranţă activă folosesc o serie de tehnologii noi ce duc la pregătirea pasagerilor şi a autovehiculului înainte de impact, independent de deciziile şi comenzile pe care acesta le executa în acel moment. Printre sistemele de siguranţă activă ce pot fi întâlnite pe piaţă se regăsesc: - sisteme radar: FCM, ACC; - sisteme cu cameră video

a.Sistemele radar Dispozitivele radar auto sunt acum apar în vehicule de pasageri din toată lumea. Aceste dispozitive sunt utilizate în sisteme avansate de control de croazieră, care poate acţiona asupra sistemului de acceleraţie şi a celui de frânare a vehiculului, controlând distanţa dintre acest vehicul şi un altul. Senzorii de radar detectează informații vitale, cum ar fi distanţa, unghiul şi viteza undelor datorită efectului Doppler. Aceste informații sunt utilizate pentru a determina diferite moduri de conducere a autovehiculului şi avertizează şoferul în evenimentele potențial periculoase. Dacă șoferul nu ia măsuri corespunzătoare în timp și un accident este pe cale să se întâmple, sisteme avansate de radar pot prelua controlul asupra vehiculului, pentru a evita sau a reduce severitatea accidentului. Acest nivel ridicat de siguranță este menținut şi pe vreme rea dar şi atunci cînd nu este deloc lumină afară, atunci când condițiile de conducere sunt cele mai rele.

Fig.2.Siguranţă activă-sistemele radar

b. Sistem cu camera video Sistemul cu camera video este ochiul de veghe al şoferului, ca în cazul evitării accidentelor. Acest sistem de siguranţă activă poate fi folosit şi în cazurile premergătoare coliziunilor. Sistemul mai poate fi folosit în următoarele aplicaţii: - recunoaşterea benzilor de rulare; - recunoaşterea semnelor rutiere; - atenţionarea înainte de coliziune;

-

detectarea pietonilor; frînarea autovehiculului înainte de impact.

Fig.4.Sistemul de siguranţă activă cu cameră video

Sisteme avansate de control al vehiculului ( AVCS) In categoria de sisteme avansate de control al vehiculului sunt incluse toate sistemele aflate in vehicul sau pe drum care asigura conducatorului vehiculului o siguranta si un control sporit, fie prin imbunatatirea informatiilor referitoare la mediul rutier, fie prin sprijinirea soferului in dirijarea vehiculului. Dezvoltarea tehnologiilor de control si automatizare ale vehiculului a fost posibila datorita producatorilor si furnizorilor de vehicule, care au intuit o potentiala piata pentru noi produse si datorita guvernelor care au incurajat utilizarea acestor tehnologii pentru imbunatatirea sigurantei si a altor performante ale sistemelor de transport. Printre tehnologiile utilizabile in sisteme de tip AVCS ( Advance Vehicle Control Systems ) se numara sisteme de antiblocare a rotilor, controlul tractiunii, sisteme de recunoastere a indicatoarelor, detectarea nivelului de atentie ( odihna, concentrare ) a soferului, sisteme de prevenire a coliziunilor frontale si/sau din spate si sisteme de prevenire a parasirii accidentale a benzii de circulatie. In cuprinsul acestei lucrari vor fi tratate doua din tehnologiile dezvoltate si adaptate pentru industria auto, sistemele de atenuare a impactului frontal si cel de avertizare la parasirea benzii de circulatie. Sunt sisteme moderne ce echipeaza vehicule din gama premium ( Forward Collision Mitigation si Lane Departure Warning).

Sistemul FCM ( Forward Collision Mitigation )

Generalitati

Sistemul este construit pentru ca în cazul în care poate să apară o coliziune se va transmite avertizare vizuală, mesaje acustice şi diferite cereri de frânare depinzând de situaţia premergătoare coliziunii în scopul de a evita sau a reduce daunele în caz de impact. Pana la viteze mai mari de 30 km/h acest sistem franaeaza automat, in cazul unui impact iminent. La viteze mai mari doar emite semnale de avertizare acustice si luminoase. Acest incovenient este cauzat de faptul ca, la viteze mari, sistemul nu poate determina cu exactitate daca obstacolul se afla pe traiectoria vehiculului sau nu ( pe banda de mers sau langa).

Forward collision situations Observe forward situation

Collision is possible

Collision is imminent

Collision is unavoidable

Fig.5. Etapele funcţionării sistemului FCM

Schema constructivă a sistemului. Sistemul este compus din radarul ce emite semnale pentru a detecta dacă sunt obiecte pe direcţia de deplasare a autovehiculului şi recepţionează semnalul emis transformat de calculatorul FCM care este corp comun cu radarul. Pe lângă aceste componente mai întâlnim traductorul de poziţie a volanului, unitatea hidraulică, calculatorul autovehiculului, elemente de avertizare.

1.buton FCM ON/OFF 2.Radar 3.Comutatorul lămpii oprit 4.Traductor de poziţie a volanului 5.Unitate hidraulică 6.Conector pentru diagnoză 7./FCM-ECU 8.ASC-ECU 9.Afisaj bord 10.ETACS-ECU Fig.6. Schema bloc a componentelor sistemului FCM

Mod de funcţionare FCM-ECU foloseste radarul pentru a analiza împrejurimile sale. Radarul trimite un impuls sub formă de undă electromagnetică de la o anumită frecvență. Atunci când această energie electromagnetică loveşte un obiect solid, o parte din acea energie va fi reflectată înapoi la radar.

Timpul între trimiterea şi primirea (împărţit la doi), dă distanța dintre radar si obiect. Dacă obiectul are o diferenţă de viteza faţă de vehiculul cu FCM, frecvența de ecou se va schimba. Aceasta se numeşte efectul Doppler şi dă viteza relativă a obiectelor. Cu transmițătoare multiple imobilizate si modularea faza putem schimba direcția de unde electromagnetice. Aceasta tehnica se numeste reţea fazată de radare şi trasnmite coordonate unghiulare relativ la radar.

Elevation (+)

Azimuth angle (-)

Elevation (-) Distance (+)

Azimuth angle (+)

Fig.7. Modul de determinare a distanţei dintre autovehicule

Modul de calcul al distanţei dintre autovehicule se realizează cu ajutorul următoarei formule matematice:

Fig.6.Modul de percepere al semnalului cu ajutorul efectului Doppler.

Fig.7. Modurile de recepţionare a semnalului în funcţie de poziţionarea obstacolelor faţă de vehicul.

Pentru ca dispozitivul să funcţioneze trebuie sa îndeplinească următoarele conditii - sistemul de frânare automată trebuie să funcţioneze; - sistemul să poată trimite semnale de avertizare; - în cazul în care sistemul detectează un obstacol, să permită încetinirea; Sistemul calculează distanța şi viteza relativă dintre vehiculul care se deplasează înainte şi vehiculul din care se face măsurarea. În cazul în care sistemul stabileşte că o coliziune este iminenta , se va evita sau reduce intensitatea impactului prin realizarea controalelor menţionate în imaginea de mai jos:

Fig.8. Etapele premergătoare impactului şi modul de pregătire a acestuia de către sistemele active.

Sistemul LDW ( Lane Departure Warning ) Generalitati Directia de deplasare a vehiculului este monitorizata de o camera amplasata langa oglinda retrovizoare din interior. Daca vehiculul se apropie de marcaj, conducatorul auto este avertizat acustic si vizual.

Fig.9. Amplasare camera LDW

View area Warning

Display & Buzzer

Fig.10. LDW- generalitati

Schema constructiva:

Fig.11. Componente

Figura 12. Elemente componente ale camerei si calculatorului LDW

Principii de functionare Cand vehiculul se apropie de marcaj, sistemul este activat si avertizeaza soferul timp de maxim 10 secunde. Chiar daca vehiculul revine pe traiectoria corecta, avertizarea continua timp de 3 secunde. Durata avertizarii si timpul de incepere a acesteia depind de viteza si unghiul de deviere fata de traiectoria corecta. Dupa prima avertizare,

sistemul memoreaza datele si la urmatoarea situatie, daca datele sunt identice, avertizarea este anulata (exemplu: drum cu gropi si soferul se apropie de marcaj pentru evitarea acestora). Acest sistem este functional doar la viteze mai mari de 65 km/h, daca sunt detectate marcajele drumului si daca latimea benzii de circulatie este mai mare de 2,6 m. Detectarea marcajelor poate fi influentata de calitatea vopselei, intuneric, ceata, zapada, ploaie abundenta.

Fig. 13. Conditii de activare LDW

Fig. 14. Mod de avertizare vizuala Avertizarile sistemului LDW sunt inhibate in urmatoarele conditii: - este actionat sistemul de semnalizare / avarii - este actionata pedala de frana

Fig. 15. Constructia camerei video Camera video capteaza imagini alb-negru si sunt analizate de LDW- ECU. In baza diferentei de contrast sunt identificate liniile de marcaj si traiectoria corecta. In functie de viteza de deplasare sunt calculate zonele de avertizare. In functie de viteza de apropiere de marcaj este determinat si timpul de incepere a avertizarii. Unghiurile maxime de functionare sunt 38˚ orizontal si 36˚ vertical.

Observaţii şi concluzii

În ceea ce reprezintă viitorul acestor sisteme, sunt in faza incipienta si echiparea cator mai multe autovehicule de transport persoane ar spori şi mai mult siguranţa rutieră iar numărul accidentelor şi al victimelor ar scădea considerabil. Aceste sisteme sunt foarte importante, date colectate de acestea putand fi utilizate si de alte echipamente si servicii din categoria Sistemelor Inteligente de Transort. De exemplu, informatiile memorate de sistemul FCM pot fi transmsise prin sistemul eCall catre centrul de meanagement al serviciilor de urgenta. Furnizand astfel date despre viteza vehiculului in cauza si viteza relativa intre vehicul si „obstacol” se poate asigura o estimare timpurie a gravitatii impactului. Datele memorate de sistemul LDW (impreuna cu sistemele de monitorizare a soferului ) pot oferi informatii despre starea si comportamentul acestuia inaintea impactului.

Bibliografie

1. C.M. Alexandrescu, Sisteme inteligente de transport, Ed. Tehnica Bucuresti, 2001 2. portal Volkswagen – sectiune informatii tehnice 3. intranet Renault – sectiune informatii tehnice 4 . portal Mitsubishi – sectiune informatii tehnice