עתיד המערכות הפנומטיות ברכבים אוטונומיים

הבנת מערכות נורמטיביות ברכבים מודרניים

מערכות פיזיולוגיות, אשר משתמשות באוויר דחוס כדי לשדר כוח, היו מרכיב עיקרי באוטומציה תעשייתית במשך עשרות שנים. בהקשר הרכב, הן קשורות בדרך כלל לבלימים אוויריים על משאיות כבדות ואוטובוסים, כמו גם מערכות השעיה אוויריות בכלי רכב יוקרתיים.

בניגוד למערכות הידראוליות שמסתמך על נוזלים לא יעילים, מערכות pneumatic משתמשות באוויר דחוס.הבדל בסיסי זה נותן neumatics מאפיינים ייחודיים: הם טהורים מטבעם, פועלים עם פחות חום דור, וניתן לתכנן להיכשל במצבים בטוחים יותר.עבור כלי רכב אוטונומיים, שבו כל גרם של משקל משפיע על טווח וכל מילימטר של זמן תגובה משפיע על בטיחות, תכונות אלה הם אטרקטיבי יותר ויותר.

מרכיבי הליבה של כל מערכת ריאה אוטומטית כוללים דחיסה אווירית, מיכל אחסון (reservoir), שסתום, אקטוטורים (צילינדרים או פעמונים), ולשלוט אלקטרוניקה.המדחסם לוחץ על האוויר, בדרך כלל בין 100 ל-150 psi, ומאחסן אותו במיכל.כאשר פונקציה נדרשת, שסתוםידודים פתוחים כדי לכוון אוויר כדי לפעול, אשר ממיר את הלחץ החשמלי לכדי תזמון חשמלי (U) עם יחידות בקרה אופטיקה.

מדוע מערכות נורמטיביות הן תקן טבעי לרכבים אוטונומיים

כלי רכב אוטונומיים דורשים רמה של אמינות ו אדמוניות העולה על כלי רכב קונבנציונליים.מערכות ⁇ מציעים מספר יתרונות טבוניים התואמים לדרישות אלה. ראשון, אוויר דחוס ניתן לאחסן ולהשתמש בו גם כאשר מערכת החשמל העיקרית נכשלת, מתן מקור כוח עצמאי לפונקציות קריטיות כמו גירוד. כי ריצוף זה חיוני להשגת רמות הסמכה בטיחות הנדרשת עבור רמה 4 ו 5 אוטונומיה.

שנית, למבצעים pneumatic יש יחס גבוה למשקל. a קומפקטי cneumatic cylinder יכול ליצור כוחות דומים גליל הידראולי של גודל דומה, אבל בשבריר של המשקל.ברכב חשמלי, ירידה במשקל באופן ישיר מתורגמת למגוון מוגבר, מה שהופך pneumatics אפשרות אטרקטיבית עבור רכיבים קלים כגון פתחים, גזעים, ומערכות מתכווצות.

שלישית, מערכות pneumatic מציעות זמני תגובה מהירים.אוויר מחוספס יכול לנוע דרך קווים במהירויות ליד-קולוניות, ושסתוםי סויה מודרניים של זרימה גבוהה יכול לפתוח ולסגור מתחת ל 10 מילי שניות.עבור מערכות מתפתלות, זה אומר לעצור מרחקים קצרים יותר; עבור מערכות השעיה, זה אומר התאמה כמעט בלתי-נפנית לתנאי כביש.

רביעית, מערכות pneumatic נקיות.אין נוזל הידראולי לדלוף, אין סיכון של זיהום מדליפות נפט, ואין צורך בנוזלים.פשטות זו מפחיתה את התחזוקה והופך את pneumatics יותר ידידותי לסביבה, שיקול חשוב עבור מפעילי צי המפעילים מוניות אוטונומיות וכלי רכב משלוח.

Redundancy and Fail-Safe Operation

במערכות אוטונומיות, כשל רכיב יחיד לא צריך להוביל לאירוע קטסטרופלי.מערכות ⁇ יכול להיות מתוכנן עם מעגלים כפולים, מאגרים אוויר נפרדים, ומבצעי האביב המכניים של האביב.לדוגמה, מערכת פעמון אוויר טיפוסי על משאית כבדה כוללת פועל בלם אביב המכיל באופן אוטומטי את הבלם החנייה אם לחץ אוויר יורד מתחת לסף.

מהנדסים בוחנים את השימוש באחסון אנרגיה מקומי – טנקים אוויריים קטנים המדחוסים שמופצות סביב הרכב – כדי להבטיח כי פועלים ממשיכים לתפקד עבור מספר מבוקר של מחזורים לאחר שההיצע הראשי אבד.

שילוב עם Drive-by-Wire Architectures

כלי רכב אוטונומיים מודרניים מאמצים יותר ויותר מערכות הנעה-בי-חוט, שבו קישורים מכניים בין הנהג לגלגלים מוחלפים על ידי אותות אלקטרוניים.מערכות ⁇ ⁇ ⁇ באופן טבעי לתוך פרדיגמה זו (או בקר אוטונומי) שולח פקודה אלקטרונית לשסתום סלנואיד, אשר לאחר מכן מכוון אוויר למבצע.אין צורך באינטגרציה פיזית או כבל.

הספקים העיקריים כגון:0.2002(BoschFLT:103) ו- (FLT:2ZFIRFLT 3: 3) מפתחים מערכות בלמים ⁇ -by-wireיות עבור נהיגה אוטומטית.מערכות אלה משלבות שליטה ביציבות אלקטרונית עם לחץ אווירי מודולציה לספק חישבות חלקה, צפויות שניתן יהיה לתקן אותן באמצעות אלגוריתמים תוכנה.

דרישות מפתח: Beyond Brakes and Suspension

בעוד שחזה והשעיה הם היישומים הפנומטיים המוערכים ביותר, השימושים הפוטנציאליים בכלי רכב אוטונומיים מרחיבים הרבה יותר.כאן הם כמה תחומים שבהם neumatics יכול להוסיף ערך.

דלתות אוטומטיות ו- Access Systems

כלי רכב אוטונומיים ידרוש דלתות אמינות, פתיחת אוטומטית. pneumatic Actuators יכול לפתוח דלתות בצורה חלקה ושקט, והם יכולים לדחוף אותם סגורים עם מספיק כוח כדי להבטיח חותם הולם גם בתנאים icy.בניגוד למנועים חשמליים, cylinders pneumatic כבר לא דורש ציוד שיכול ללבוש או לנגב.

Cargo ו- Parcel Lockers

כלי רכב אוטונומיים יצטרכו לפתוח בקפידה תאים כאשר מקבל נמצא.מנעולים פונומטיים וטאות ניתן לפעול במהירות ויכול לנעול בבטחה עם לחץ האביב.האנרגיה הנדרשת היא מינימלית, והפשטות של קווי אוויר מקלה על איטום נגד מזג אוויר בהשוואה לחשמליים בסביבות כבדות.

אחריות פעילה עבור Ride Comfort

כלי רכב אוטונומיים יעדיפו את נוחות הנוסעים על פני מערכות השעיה של נהג, שכבר נפוצות במכוניות ובאוטובוסים, ניתן להתאים לספק לחות פעילה.על ידי התאמת לחץ האביב בזמן אמת בהתבסס על נתונים מקדימה של הכביש ממצלמות ו- Lidar, ההשעיה יכולה לספוג בליטות לפני שהם מגיעים לתא.

מצבי חירום ו- Steering Override

ברכב אוטונומי מלא, אם מערכת ההזיות העיקרית נכשלת, מערכת משנית חייבת לקחת על עצמה. accumulators Pneumatic יכול לספק אנרגיה עבור חטיפה חירום ללא תלות סוללה חשמלית העיקרית. בדומה, פועלי הנעה pneumatic יכולים לספק רכוב מכני אם מנוע הנעה חשמלית נכשל.

אנרגיה יעילה וטכנולוגיות מדכאות

אחת מהביקורת ההיסטורית של מערכות ⁇ היא יעילות האנרגיה שלהם.אוויר מדכא הוא לא יעיל יותר מאשר המרת אנרגיה חשמלית לתנועה מכנית באמצעות מנוע.

המונחים: speed Electric Compressors

מערכות pneumatic מסורתיות להשתמש דחוסים במהירות קבועה לרוץ לסירוגין כדי לשמור על לחץ טנק. דחיסים חדשים במהירות מכחול DC במהירות משתנה יכול להתאים את הפלט לביקוש, צמצום פסולת אנרגיה. כאשר משולבים עם המנוע הראשי של המכונית, הם יכולים לפעול רק כאשר הרכב הוא החוף או ייצור אנרגיה מחדש, ביעילות עושה את האוויר דחוס תוצר של חישוק.

אנרגיה מתחדשת

גינון מחדש הוא סטנדרטי בכלי רכב חשמליים, אבל הוא מחלים אנרגיה קינטית כמו חשמל. במערכת פיקסלים, בריצה רגנרטיבית יכולה לדחוס אוויר ישירות באמצעות דחיסה מסוג piston המונעת על ידי הגלגל.זה יאחסן אנרגיה בטנק אוויר, ואז לשחרר אותו כדי לסייע האצה או לאביזרים פוניים כוח ללא ניקוז הסוללה העיקרית.

ניהול חום

קומפרספרס יוצרים חום.ברכב אוטונומי, ניהול תרמי חייב לקחת בחשבון את כל מקור חום כדי למנוע התחממות יתר של חיישנים ואלקטרוניקה.עיצובים מודרניים דחוסים משלבים בין-קולרים ולאחריוזרים כדי לדחות חום ביעילות.בנוסף, האוויר המדחוס עצמו יכול לשמש כדי לקרר אלקטרוניקה על ידי הרחבתו באמצעות צינור מערבול - מושג תחת חקירה של מהנדסי אוויר ומכוניות.

שילוב עם אלקטרוניקה ותוכנות

מערכות ⁇ כבר אינן מכניות בלבד.הם נשלטים על ידי ECUs המקבלים נתונים מהמחשב המרכזי של הרכב.ברכב אוטונומי, מחשב זה פועל תפיסה, תכנון ואלגוריתמים שליטה.עבור pneumatics להגיב נכון, מערכת הבקרה חייבת לשלוח פקודות עם תזמון מדויק ולעקוב אחר משוב מחיישנים ומיקום על מעשים.

בקרתLoop

מערכות ⁇ -loop (אשר פשוט ליישם לחץ מלא כאשר שסתום נפתח) אינן מדויקות מספיק עבור בקרת רכב אוטונומית.מערכות סגורות-פרלופ מודדות כל הזמן את עמדת המבצע או כוח ולהתאים את מחזורי החובה השסתומה כדי לשמור על המדינה הרצויה.זה דורש שסתום מהיר, חיישנים בלחץ ברזולוציה גבוהה, ולשלוט באלגוריתמים שיכולים להתמודד עם הדחיסות של אוויר - מחקר לא לינארי הדורש מודל מתוחכם בחיזוי:

זיהוי ואבחון

כלי רכב אוטונומיים חייבים לאבחן את בריאות הרכיב העצמי.מערכות Pneumatic להלוות את עצמם לאדיח פשוט: שיעורי ירידה בלחץ, זמני רכיבה על אופניים שסומים, וניתן לעקוב אחר שיעורי זרימה באופן רציף.דפני איטי בקו או שסתום דבק יכול להיות מזוהה לפני שהוא הופך לכישלון. אלגוריתמי למידת מכונה יכול לנתח פרמטרים אלה כדי לחזות כישלונות וזמני תחזוקה באופן יזום, צמצום זמן עבור כלי רכב.

פרוטוקול תקשורת

ECUs Pneumatic מתקשר על אוטובוס CAN של הרכב או Ethernet עמוד השדרה. פרוטוקולים סטנדרטיים כמו CANopen for pneumatic רכיבים מאומצים, המאפשר חיישנים ומבצעים מיצרנים שונים כדי interoperate. זה שילוב חיוני עבור פלטפורמות רכב אוטונומיות המשלבות רכיבים מ ספקים מרובים.

מגמות שוק ואימוץ התעשייה

אימוץ מערכות ⁇ בכלי רכב אוטונומיים עדיין לא נפוץ, אבל כמה אינדיקטורים מצביעים על צמיחה.השוק העולמי של מערכת הבלמים אווירי רכב צפוי לגדול ב CAGR של כ 5% עד 2030, מונע על ידי משאיות כבדות אוטונומיות.במגזר הרכב הנוסע, השעיה אווירית הופכת נפוצה יותר, ועם עליית הרובוטיקה, דלתות pneumatic ו-Taes מתחילים להופיע בקונספט של כלי רכב.

(הופנה מהדף [[1924]] ו[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

הגופים הרגולטוריים גם שמים לב למינהל הלאומי לבטיחות בדרכים (NHTSA) כלל תקני בלמים נינומטיים בהנחיותיו למכוניות מסחריות אוטומטיות, ותקנות הבטיחות הכלליות של האיחוד האירופי דורשות מערכות מבהמות מתקדמות שפינומטומיים יכולים לתמוך בהן.

אתגרים ודרכים מחקר עתידיות

למרות היתרונות, מכשולים משמעותיים נשארים לפני מערכות pneumatic להפוך סטנדרטיים בכלי רכב אוטונומיים.

אנרגיה יעילה בעומס חלקי

דחוסים Pneumatic הם פחות יעילים כאשר הם פועלים בעומס חלקי.במחזור נהיגה טיפוסי, הביקוש לאוויר דחוס משתנה באופן נרחב.מחקר עתידי מתמקד בדחיסות של שינויים ו אחסון אנרגיה על הסיפון המאפשר לדחוס לרוץ בנקודה התפעולית היעילה ביותר שלה תוך מתן דרישות שיא מאחסון.

רעש וגאווה

קומפרס וסתמי ממצה מייצרים רעש.ברכב נוסעים, במיוחד רכב אוטונומי שבו נוסעים עשויים לעבוד או לנוח, רמות רעש חייב להיות מצטמצם. מהנדסים מפתחים מחסניות ממותרות קול, שסתום גבוה שפועל מעל לטווח האדיר, ומערכות exhaust regenerative כי ללכוד ולחדש אוויר במקום venting זה חידושים אלה כבר מופיעים במערכות אוויריות צפוי להיות מזרזות כדי להשעייפים מודלים של הזרם המרכזי.

קומפקטיות ואריזות

כלי רכב אוטונומיים ארוזים עם חיישנים, מחשבים, וחבילות סוללות להוסיף דחוס, טנק, וצנרת להתחרות על החלל.מינירטוט של רכיבים pneumatic הוא תחום פעיל של מחקר.מיקרו pneumatic Actumatic Actumatic פועל פחות מ ליטר אוויר לשבץ מפותחים.

ביצועים קרים-Weather

אוויר קומפרסד מכיל מים vapor, אשר יכול להקפיא טמפרטורות תת-אפס, לחסום שסתום וקווים. מערכות אוטו pneumatic להשתמש מייבשי אוויר ומחממים כדי למנוע היווצרות קרח, אבל אלה להוסיף מורכבות וצריכת אנרגיה.עבור כלי רכב אוטונומיים שיכולים לפעול באזורים מרוחקים ללא מוסך מבוקר אקלים, ביצועים יציבים של תאים קרים חיוני.

השוואות מחירים עם Fully Electric Actuators

בעוד pneumatics יכול להיות יעיל עבור יישומים כבדים, העלות של הוספת מערכת פיקסלים מלאה מכונית נוסעים עשוי להיות גבוה יותר מאשר באמצעות מנוע חשמלי ייעודי עבור כל פונקציה.עם זאת, כאשר בהתחשב ברזולוציה ברמת המערכת ואת היכולת לשתף מקור חשמל משותף (אוויר) על פני מספר רב של פועלי חשמל, העלות הכוללת של הבעלות יכולה להיות מפעילי צי תחרותי, אשר יהיה העיקרי עבור לקוחות פונקציונליים יקר פחות או יותר מאשר תכונות מוטוריות.

מסקנה

מערכות ⁇ נועדו לשחק תפקיד מורחב בכלי רכב אוטונומיים, לא כחידוש, אלא כפתרון מעשי להפעלה ביקורתית בטיחותית, בנייה קלה, ומבצע בטוח להיכשל.התקדמות ביעילות דחוסה, בקרה סגורה-פרלופית, ומיניסטרולציה רכיב מטפל בחולשות מסורתיות.כפי שהתעשייה נעה לכיוון רמה 4 ורמה 5 אוטונומיה, הביקוש לתקני הגנה, נקיים, ומהירות גבוהה של מערכות אוטונומיות, יתאים את הגמישות גבוהה של מכוניות אוטונומיות, תוך כדי לפתח.

עבור מהנדסים ומקבלי החלטות, הפלט המרכזי הוא כי pneumatics לא צריך להתעלם כמו טכנולוגיה מורשת. בהקשר של כלי רכב אוטונומיים, הם מציעים שילוב ייחודי של כוח, מהירות ובטיחות שמשלים מערכות סוללות-חשמליות ואלקטרוניקה.העשור הבא כנראה יראה pneumatics להתפתח מתפקיד תומך למרכיב עיקרי באדריכלות של ניידות אוטונומית.