Будущее автономных транспортных средств и расширенная интеграция тормозных систем

Автономные флоты и императив безопасности тормозных систем нового поколения

Коммерческое развертывание автономных транспортных средств (АВ) ускоряется, обусловлено постоянным дефицитом водителей, растущими требованиями к электронной торговле и стремлением к радикальным улучшениям безопасности. Для операторов автопарка переход к операциям без водителя представляет собой фундаментальный сдвиг в бизнес-модели и профиле рисков. Технология, которая будет наиболее непосредственно определять успех или неудачу этого перехода, — это тормозная система. В отличие от водителей-людей, которые полагаются на физическую обратную связь и когнитивную обработку, автономные системы зависят от сложной цепи электронных датчиков, алгоритмов и приводов. Тормозная система является конечным критическим звеном в этой цепи. Тормозная система должна выполнять команды мгновенно, работать с абсолютной надежностью при любых условиях и обеспечивать непрерывную обратную связь с центральным компьютером транспортного средства. Безопасность и надежность автономных парков зависят от сложного уровня технологии управления тормозами, никогда ранее не требувшейся в коммерческих транспортных средствах.

Переход к архитектуре Brake-By-Wire

Обычные гидравлические тормозные системы, хотя и являются высокоточными, имеют присущие автономным транспортным средствам ограничения. Гидравлические системы полагаются на механические соединения между педалью и главным цилиндром, вязкость жидкости и вакуумные усилители с приводом двигателя. В AV нет водителя-человека, который мог бы уплотнить педаль, и электронный блок управления транспортного средства (ECU) должен приводить в действие тормоза с точностью и скоростью. Это ускорило принятие систем тормоза по проводу (BBW) [FLT: 1].

Тормоза по проводам устраняют прямую физическую связь между педалью тормоза и тормозным механизмом. В электрогидравлической тормозной системе (ЭГБ) датчики считывают намерения водителя (или ЭБУ) и посылают электронные сигналы на гидравлический привод. В более совершенных электромеханических тормозных системах (ЭМБ) вся гидравлическая подсистема заменяется электронными суппортами, приводимыми в действие электродвигателями. Преимущества для автопарков существенны:

Однако переход на BBW — это не просто своп компонентов, он требует полного переосмысления архитектуры автомобиля и строгого внимания к функциональной безопасности.

Координация регенеративного и трения тормозов

Для электрических и гибридных транспортных средств, тормозная система должна плавно смешивать рекуперативное торможение (управляемое электродвигателями) с традиционным торможением трения. Это «смешивание» является очень сложной проблемой управления. Автономный управляющий компьютер требует определенной скорости замедления. Блок управления тормозами должен определить, сколько этой потребности может быть удовлетворено регенеративной системой, которая зависит от состояния заряда батареи, температуры двигателя и скорости транспортного средства. Если AV приближается к знаку остановки, система может использовать 100% регенеративное торможение, чтобы максимизировать возврат энергии, но при очень низких скоростях регенеративный крутящий момент исчезает, и фрикционные тормоза должны плавно взять на себя. Любая несоответствие в этом переходе ощущается как всплеск пассажирами. В автономном транспортном средстве без водителя, чтобы маскировать плохую настройку, это может привести к дискомфорту пассажира и потенциальному повреждению груза. Освоение этой смеси является ключевым дифференциатором для поставщиков AV тормозной системы.

Слияние датчиков и цепочка принятия решений о торможении

Для автономного транспортного средства, тормоза не просто двоичное действие. Это конечный результат сложной цепи решений, включающей несколько датчиков модальностей. Транспортное средство должно воспринимать свою среду, прогнозировать будущие состояния, а затем выдать команду торможения, которая уравновешивает безопасность, комфорт и эксплуатационную эффективность. Вот где сенсорный синтез становится критическим.

Лидар, радар, камеры и ультразвуковые датчики имеют сильные и слабые стороны. Радар отлично подходит для измерения расстояния и скорости при любых погодных условиях. Камеры предоставляют контекстную информацию, такую как распознавание светофора или ручных сигналов строителя. Лидар предлагает 3D-картографирование окружающей среды с высоким разрешением. Передовая тормозная система должна синтезировать эти данные для принятия обоснованного решения. Например, возвращение радара может указывать на препятствие, но система должна использовать слияние камеры для определения, является ли это пластиковым пакетом или куском бетона. Ложное срабатывание, такое как хлопанье тормозами для пластикового пакета, может быть столь же опасным, как ложноотрицательное в плотном трафике.

Область оперативного проектирования (ODD) сильно влияет на стратегии торможения. Автономный грузовик, работающий на шоссе с контролируемым доступом, будет иметь другой профиль торможения, чем автономный автомобиль с доставкой последней мили, перемещающийся по переполненной городской улице. Программное обеспечение для управления тормозами должно быть параметризовано, чтобы соответствовать ODD, и обновления должны быть тщательно проверены и проверены через обновления по воздуху (OTA). Операторы флота должны понимать, что одно и то же оборудование будет вести себя по-разному в зависимости от применяемой логики программного обеспечения.

Функциональная безопасность и неисправный мандат

Возможно, наиболее значительным отклонением от обычной автомобильной техники является требование к системам , не работающим на отказе , а не просто отказоустойчивым. В традиционном транспортном средстве, если тормозная система выходит из строя, водитель теоретически может направиться в безопасное русло или использовать стояночный тормоз. В AV нет водителя. Система должна поддерживать тормозную способность даже после одной точки отказа.

Именно здесь вступают в действие такие стандарты, как ISO 26262 (функциональная безопасность для дорожных транспортных средств) и новый ISO 21448 (безопасность предполагаемой функциональности, или SOTIF). Системы должны быть спроектированы для достижения самого высокого уровня целостности безопасности автомобилей (ASIL D).

Для получения дополнительной информации о стандарте функциональной безопасности см. ISO 26262-1:2018 . Операторы флота также должны обеспечить соответствие выбранных ими партнеров по AV последним стандартам безопасности.

Моделирование и валидация тормозного программного обеспечения

Проверка безопасности АВ-тормозной системы требует миллиардов миль испытаний. Физическое тестирование в таком масштабе невозможно. Поэтому флоты и производители в значительной степени полагаются на моделирование Hardware-in-the-Loop (HIL) и Software-in-the-Loop (SIL) Для тормозных систем это означает запуск точного программного обеспечения, которое будет в серийном автомобиле, подключенном к моделированию в реальном времени динамики транспортного средства, физики шин и дорожной среды. Система «чувствует» смоделированную дорогу и реагирует. Это позволяет инженерам тестировать крайние случаи, такие как пешеходный прыжок перед транспортным средством на мокрой дороге, без какого-либо физического риска. Комплект проверки должен быть исчерпывающим и охватывать весь ODD. Операторы флота должны спросить своих OEM-партнеров о планах проверки тормозной системы, включая часы моделирования и реальный пробег тестирования, для оценки зрелости технологии.

Кибербезопасность для сетей управления тормозами

С тормозными системами, полностью интегрированными в цифровую сеть автомобиля и подключенными к бэк-офисным операциям с помощью телематики, кибербезопасность становится прямой проблемой безопасности. скомпрометированная тормозная система является непосредственной физической угрозой. Автомобильная промышленность приняла ISO 21434 для решения этой проблемы, и операторы автопарка должны обеспечить полное соответствие выбранных ими партнеров по AV.

Ключевые соображения кибербезопасности для автономных тормозных систем флота включают:

Кибербезопасность — это не чисто инженерная проблема. Это операционный риск, который требует постоянного мониторинга, планирования реагирования на инциденты и тесного сотрудничества с OEM-производителями и поставщиками Tier 1. Флот, развертывающий автономные транспортные средства, должен иметь план операций по обеспечению безопасности.

Влияние на техническое обслуживание и операции флота

Переход на передовую интеграцию тормозов коренным образом изменит практику технического обслуживания автопарка. Традиционный ремонт тормозов, включая замену прокладок, роторов и промывной гидравлической жидкости, станет менее частым. Вместо этого техническое обслуживание будет сосредоточено на обновлениях программного обеспечения, калибровке датчиков и обслуживании электронных приводов.

Прогностическое обслуживание: Передовые тормозные системы генерируют огромное количество данных о циклах износа, температуре и приведении в действие. Эти данные могут быть проанализированы для точного прогнозирования того, когда компоненту потребуется обслуживание, что позволяет автопаркам переходить от реактивного к действительно прогнозному обслуживанию. Это сокращает время простоя автомобиля и продлевает срок службы компонентов.

Технические требования к переподготовке

Навыки, необходимые для обслуживания AV-тормозной системы, ближе к навыкам ИТ-специалиста или инженера-электроника, чем традиционного механика. Операции флота должны инвестировать в значительные программы переподготовки, чтобы гарантировать, что технические специалисты могут безопасно диагностировать и ремонтировать эти сложные системы. Безопасность высокого напряжения для EMB и регенеративных систем добавляет еще один уровень требуемых знаний. Технические специалисты должны быть опытными с передовыми диагностическими инструментами, программным обеспечением и процедурами выравнивания датчиков.

Управление ответственностью, основанной на данных: В случае столкновения регистратор данных тормозной системы, аналогичный «черному ящику» самолета, будет иметь решающее значение для определения неисправности. Операторам флота необходимо иметь политику сохранения и анализа этих данных, чтобы защитить себя от ответственности и обеспечить обратную связь для улучшения системы. Общая стоимость владения (TCO) для автономного флота будет в значительной степени зависеть от надежности и ремонтопригодности этих передовых тормозных систем.

Регуляторный ландшафт, формирующий рынок

Развертывание автономных транспортных средств в значительной степени зависит от одобрения регулирующих органов. Правительства во всем мире обновляют стандарты для размещения систем AV-тормозов. Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) в США завершило разработку правил, требующих автоматического экстренного торможения (AEB) почти на всех новых пассажирских транспортных средствах и активно работает над стандартами для тяжелых грузовиков. NHTSA предоставляет подробную информацию об автоматизированной безопасности транспортных средств и является ключевым ресурсом для операторов автопарка.

В Европе нормативы ЕЭК ООН, такие как R152 и R13, определяют строгие требования к производительности для АЕБ и тормозных систем на автоматизированных транспортных средствах. Критические дебаты по нормативным требованиям сосредоточены на минимальных требованиях к производительности для избыточного торможения. Как быстро должна остановиться система, если первичные тормоза выходят из строя? Какая скорость замедления должна поддерживаться? Эти стандарты производительности будут непосредственно определять аппаратные и программные затраты для автономных транспортных средств. ЕЭК ООН активно разрабатывает правила для автономных систем, и операторы автопарка должны внимательно следить за этими разработками, поскольку они будут диктовать технические характеристики транспортных средств, закупаемых в ближайшие годы.

Интеграция V2X и предиктивное торможение

Заглядывая вперед, интеграция связи между транспортным средством и всем (V2X) откроет более сложные стратегии торможения. Связь между транспортным средством и транспортным средством (V2V) позволяет транспортным средствам во взводе тормозить одновременно, почти мгновенно. Это позволяет приближаться на расстояние и значительно экономить топливо за счет снижения аэродинамического сопротивления. Транспортное средство-инфраструктура (V2I) позволяет AV получать информацию о светофоре, дорожных условиях и предстоящих опасностях от придорожных блоков. AV, приближающийся к слепой кривой, может получать сигнал V2I о неподвижном транспортном средстве впереди и начинать оптимизированный плавный маневр торможения задолго до того, как его собственные датчики смогут обнаружить препятствие.

ИИ и машинное обучение будут стимулировать поведение тормозной системы от реактивного к прогнозному. Анализируя исторические данные о маршруте, погодные условия и модели движения в реальном времени, тормозная система может предвидеть необходимость замедления и подготовки системы трения или корректировки уровней рекуперативного торможения. Для флотов, перевозящих хрупкие грузы, это «предсказательное торможение» может значительно уменьшить повреждение полезной нагрузки и повысить удовлетворенность клиентов. Таксономия SAE J3016 обеспечивает важную основу для понимания уровней автоматизации вождения и того, как тормозные системы должны развиваться для поддержки каждого уровня.

Создание Фонда для операций автономного флота

Будущее автономных транспортных средств зависит не только от улучшения датчиков или картографирования, но и от фундаментальной надежности основных систем управления движением транспортного средства. Передовая интеграция тормозной системы является основой, которая позволит автономным паркам безопасно ориентироваться в сложностях реального вождения. Для специалистов по автопарку понимание этой технологии имеет важное значение для принятия обоснованных решений о закупках, управления операционными рисками и создания устойчивого конкурентного преимущества в эпоху беспилотных перевозок. От архитектуры тормозов к проволочному обслуживанию и функциональной безопасности на основе ИИ компоненты сходятся для создания будущего, где автопарки являются более безопасными, более эффективными и более надежными, чем когда-либо прежде. Дорога вперед требует непрерывного обучения и приверженности самым высоким стандартам безопасности и интеграции.