KURZUS: Járművillamosság és elektronika 1.

MODUL: I. modul

7. lecke: Járműirányítás, autonóm jármű megvalósulása

| A lecke tanulásának a célja: Megismerni a jövő önvezető autójának funkcionalitásait, tulajdonságait. Ismerje meg a hallgató ezen technológiák alapjait, eszközeit. Milyen szabvány szerinti automatizáltsági szintjei vannak az autonóm járműveknek. Ismerje meg a Magyarországon folyó kutatásokat is ebben a témakörben.
Szükségesen elsajátítandó: Ismerje az automatizáltság szintjeit. Milyen eszközökkel, hogyan érzékeli az autonóm jármű környezetét. Milyen problémák merülnek fel az autonóm járművek használatát illetően?
Oktatási segédlet: Endrődy-Nagy: Gépjármű villamos berendezések Tk. Bp. 1987. J 19-610 Schmidt-Rajki-Vincze: Járművillamosság Tk. Bp. 2002 Tom Denton: Automobile electrical and elect-ronic systems, British Library 2012 4th edition Bosch műszaki útmutató füzetek, Maróti kiadó
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 60perc szükséges.
A jövő autója:
Milyen funkcionalitással rendelkeznek az önvezetés terén?
parkolást segítő vagy parkolást automatizáló rendszerek - ultrahangos távolságmérőkkel működnek elöl, hátul adaptív tempomat - lassít akadály esetén, akár megállásig, majd gyorsít a beállított sebességre sávelhagyásra figyelmeztető vagy sávtartó elektronika - figyelmeztető jelzés, hang, kormány vibráltatása, akár forgatása is automatikus vészfékrendszer - jelzés, majd akár vészfékezés, a kár csökkentésére Már hazánkban is természetes, hogy a legkorszerűbb mezőgazdasági vontatókat a szántóföldi munkák során nem emberek, hanem számítógépek vezetik. Budapesten, a 4-es metróvonalon közlekedő szerelvények vezetők nélkül szállítanak naponta több ezer utast.
"A jövő tehát elkezdődött..."
1. ábra
Az 1. ábra mutatja a járművezető nélküli 4-es metró egyik szerelvényét, illetve egy éppen arató önjáró funkcióval is működni képes kombájnt.
Önvezető autó:
Angolul: autonomous car, driverless car, self-driving car, robotic car
Olyan autó, amelyre jellemzőek az alábbi megállapítások:
emberi beavatkozás nélkül képes közlekedni a közúti forgalomban digitális technológiák segítségével vezérelnek érzékeli a környezetének részleteit, navigálja önmagát kevesebb helyre van szüksége, ezért hatékonyabban hasznosítja a rendelkezésére álló útfelületet elkerüli a közlekedési dugókat és csökkenti a balesetek valószínűségét vezető nélküli vészmegállás a vezető felügyelete alatti, de autonóm sávtartás
Automatizáltsági szintek:
A SAE (Society of Automotive Engineers) International 2014-ben egy szabvány formájában definiálta.
2. ábra
Az autonóm járműveknek az SAE (Society of Automotive Engineers) által előírt szabványosítási szintjeit a 2. ábra szemlélteti. Hat csoportba lett szétbontva a járművek automatizáltságának megfelelően. A "0" szint esetében nincs a járműben semmilyen autonóm funkció, minden vezetési műveletet a jármű sofőrje végez. A szintek számainak növekedésével egyre több feladat kerül át a jármű vezérlőjéhez, a jármű vezetőjétől. Az "5" szint esetében érkezünk el a teljes automatizáltsághoz, amikor az összes funkciót a jármű vezérlő irányít. A jármű sofőrje nélkül is képes a közlekedésre.
A teljes automatizáltságig alapvetően két evolúciós utat prognosztizálnak:
"valami mindenhol" "minden valahol"
Az első variációban az automatikus vezetési rendszerek fokozatosan fejlődve kerülnek beépítésre a hagyományos gépkocsikba.
A második, legmagasabb szintű automatizáltságú gépjárművek egyből "bevethetőek" és közlekedtethetők járművezető nélküli üzemmódban is a hagyományos autók mellett egészen addig, míg ki nem szorítják a régi, ill. részlegesen automatizált járműveket.
Elődök:
Az 1953-ban bemutatott Firebird II. látható a 3. ábra képén. A tanulmányautó sávkövetésre volt képes tanulmánypályán, ahol a sáv széleket fémtartalmú festékkel jelezték. Így reklámozták: az "értelmes autó".
Firebird II.
3. ábra
Navigáció:
Az önvezető autó navigációjának érzékelői a következő berendezések:
radar lézerradar GPS kamerák
Lidar:
LIDAR (Light Detection and Ranging) - lézer alapú távérzékelés a radartól eltérően, a LIDAR az ultraibolya, a látható vagy az infravörös tartományban működik LIDAR tehát egy saját jelforrással rendelkező, aktív távérzékelési rendszer lézerszkennelés: távolságmeghatározást hajtunk végre egy erre kialakított műszerrel valamilyen térbeli mintázat szerint, ennek az eljárásnak a neve SONAR (sound navigation and ranging): hanghullám kibocsájtással és visszaverődési idejének mérésével (bálnák, denevérek) lézerfény "alkotása" után már elve már adott volt (1960-as évek)
4. ábra. Lidar
2 cm-es pontosság akár mezőgazdasági és archeológiai felhasználás 1971-ben Apolló-15 ezzel a módszerrel térképezte fel a Hold felszínét Nagy számítástechnikai kapacitást igényel
A 4. ábra mutatja be a LIDAR szenzort és a fény útját az eszközben. A kilépő és visszaverődő fény által megtett utat könnyen kiszámolhatjuk, ha mérjük a közben eltelt időt. Hiszen ismerjük a fény sebességét és ebből a következő képlettel számolhatjuk ki a tárgy távolságát a szenzortól:
d=c*t/2
c: fény sebessége, d:tárgy távolsága a scannertől, t: a szkennerből kilépő fény és a visszaverődése közötti idő
Az 5. ábra mutatja meg a LIDAR távolság meghatározását az előbb leírt képlet alapján.
Lidar
5. ábra
Tesztvezetések 2014-től:
2014-ben hét vállalat kapott engedélyt San José városától (USA), hogy önvezető autót teszteljen a város erre kijelölt zónájában:
Volkswagen/Audi Mercedes-Benz Google Delphi Automotive Tesla Motors Bosch Nissan
Azóta folyamatosan egyre több országban és városban teszik lehetővé a tesztjárművek próbáit, szerte a világon. A 6. ábra mutatja a 2016-ban érvényes szabályozást autonóm járművek tesztelésére az USA egyes államaiban.
Vezető nélküli autók közúti tesztelését lehetővé tevő USA államok (zöld színnel jelölve) 2016-ban
6. ábra
Önvezető autók:
LIDAR-technológiá-val felszerelt Google autó a tesztpályán
7. ábra
A 7. ábra egy LIDAR-ral szerelt járművet mutat tesztelés közben.
Önvezető google autók:
Teljes mértékben autonóm módon közlekedő járművek összetett szenzorrendszere:
nagy pontosságú lézeres távolságmérő (néhány cm), amely az autók tetejére van helyezve (LIDAR) 2-2 radar is található az autó elején és hátulján nagy felbontású kamera, amely a lámpák és a táblák felismerésében játszik szerepet GPS érzékelő, amely az autó helyzetét néhány méteres pontossággal tudja meghatározni nagy pontosságú térkép: az autonóm járművek útvonalát minden esetben fel kell térképezni
A Google önjáró (önvezető) autója, 2016. március
8. ábra
A 8. ábra mutatja be a Google egyik önvezető autóját a 250-ből.
Audi Sport Quattro Laserlight:
Lézerszkennerek Kamerák ultrahangos szenzorok Radarok segítségével deríti fel környezetét sikerült annyira lekicsinyíteni és olyan ügyesen elhelyezni, hogy se kívülről, se belülről semmi se árulkodjon a jelenlétükről
A 9. ábra egy Audi Sport Quattro Laser lightot mutat. Itt már nem az a cél, hogy kívülről is látszódjanak a speciális érzékelők, éppen ellenkezőleg. Próbálják a többi járműhöz hasonlóvá kialakítani.
Audi Sport Quattro Laser light
9. ábra
Autonóm járműfejlesztés itthon:
2015 szeptemberében Magyarországon megalakult a RECAR Autonóm Jármű Kutató Központ (REsearch Center for Autonomous Road vehicles) Fő szervezője a BME Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kara (BME KJK) További tagjai: BME VIK, ELTE IK, Bosch, Knorr Bremse és MTA SZTAKI (Partnere: SZE JKK) A RECAR célja a partnerek kompetenciáinak egyesítése, és a szinergiák kihasználása Ezzel kapcsolatos képzések is indulnak 2018-tól (Msc., Bsc.) Magyarországon a számítógépes látással, mesterséges intelligenciával és navigációs szoftverfejlesztéssel foglalkozó AdasWorks Kft. gyártott vezetéstámogató rendszereket. A vállalat AImotive néven 2017 nyarán engedélyt kapott a magyar hatóságoktól hogy önvezető autóit forgalomban tesztelje, ezzel pedig a magyarországi közutakon is megjelentek az első önvezető autók. Drága LIDAR kamera (20 millió Ft) helyett, 12 olcsó kamera képe videókártya-gyártó Nvidia chipjeivel feldolgozva (150 ezer Ft)
Kamion drive by copy:
Volvo Trucks és a Waberer's International Nyrt. közösen tesztelte 3 kamionból álló szerelvényét, melyben a 2. és 3. jármű önvezető volt (platooning, magyarul "szakaszozás") 2017.09.15-én az M1-en és M85-ön.
nő a termelékenység a biztonság (kevesebb baleset) javul az üzemanyag-hatékonyság (mínusz 10-15 százalék) munkaerő hiány van jelenleg - többlet lehet, ha a platooning megvalósul.
A három kamionból álló szerelvény a 10. ábra képén az M85-ös úton haladva.
Kamion drive by copy
10. ábra
Önvezető autók - pro és kontra:
Előnye, hogy az emberi tevékenység kiküszöbölésével elkerülhetőek lennének az emberi (pl. figyelmetlenségből, fáradtságból, reakcióidő hosszából eredő) hibák => csökkenthető a közúti balesetek száma. Tisztázatlan jogi kérdés, hogy az önvezető autó meghibásodásából eredő balesetekért ki viseli a felelősséget. Kérdés, hogy az autóvezetők megbíznának-e egy automatában és lemondanak-e a vezetés élményéről. Újabb kérdés, hogy önvezető járművek között megengedhető-e az automatika kikapcsolása és az emberi irányítás. 2016-os tanulmány szerint az önvezető autók (főleg az önvezető taxik) elterjedésével együtt jár majd azzal, hogy az utasok egy része hajlandó lesz másokkal megosztani az általa használt autót, ezért a folyamat jelentősen csökkentheti a közlekedő autók számát, a fosszilis üzemanyag-fogyasztást és így a városok légszennyezettségét is. Ezzel arányosan csökken az útidő, fogyasztás, állásidő stb. Hacker támadás veszélye - megfelelő biztonsági rendszer szükséges

| Önellenőrző kérdések
1. Melyik tulajdonság nem jellemző az önvezető járművekre?
| parkolást segítő vagy parkolást automatizáló rendszerek
| adaptív tempomat
| sávtartó elektronika
| automata ajtónyitás
2. Melyik tulajdonság kakukktojás az önvezető járművek tulajdonságait illetően?
| emberi beavatkozás nélkül képes közlekedni a közúti forgalomban
| kevesebb helyre van szüksége, ezért hatékonyabban hasznosítja a rendelkezésére álló útfelületet
| vezető nélküli vészmegállás mellett a vezető felügyelete alatti, de autonóm sávtartás is
| nem érzékeli a környezetének részleteit, nem navigálja önmagát
3. Ha az önvezető járművekről beszélünk, mennyi automatizáltsági szintet állapítottak meg a szabványben? (hány féle?!)
| 1
| 4
| 5
| 6
| 2
4. Melyik eszköz nem szükséges az önvezető jármű navigációjához?
| lézerradar
| GPS
| kamerák
| központi zár
5. Mikor kezdődtek az első kísérletek a sávkövető funkció megoldására?
| 1953
| 1973
| 1993
| 1983
6. Milyen elvet alkalmaztak a sávkövetés megoldására először?
| Fém tartalmú festéket használtak felfestésnél, azt tudták érzékelni akkoriban.
| Optoszenzorral figyelték a sáv felfestést.
| LIDAR-ral érzékelik a sáv felfestést.
| A "varázsszem" elvet követő alkalmazással, a fény másként verődik vissza a fehérre festett aszfaltról, mint a sötétről
7. Minek a rövidítése a LIDAR?
| Laser Detection and Ranging
| Light Detection and Ranging
| Light Detection and Reflected
| Light Diode and Reflected
8. Hogyan működik a LIDAR? Melyik válasz a helyes?
| lézer alapú távérzékelés a radarokéval egyezően
| hanghullám kibocsájtással és visszaverődési idejének mérésével
| egy saját jelforrással rendelkező, aktív távérzékelési rendszer
9. Hogyan számolja ki a mérendő tárgy távolságát a LIDAR? (c: fény sebessége, d:tárgy távolsága a scannertől, t: a szkennerből kilépő fény és a visszaverődése közötti idő)
| d=c*t
| d=c*t/2
| d=c/2t
10. Mikor kezdődött a Google önjáró autóival készített képek felhasználásával a street view alkalmazás?
| 2007
| 2010
| 2012
| egyik előző válasz sem
11. Mióta lehet önvezető járművet Magyarországon közutakon tesztelni?
| 2017
| 2015
| 2010
| 2013