Автобусы без водителя (автономные автобусы или в дословном переводе с английского — шаттл) должны отвечать другим требованиям, чем автомобильные системы ADAS, в которые в конечном итоге может вмешаться водитель. Используя его на «знакомой» местности, которая находится на заранее запрограммированных маршрутах, требования безопасности и производительности могут быть в определенной степени снижены. Но что, если во время перевозки пассажиров на скорости всего лишь в 20 — 25 километров в час происходит сбой источника питания для управления автомобилем или камерой?
В такой ситуации используемые системы должны быть отказоустойчивыми и надежными, чтобы безопасность пассажиров и других участников дорожного движения гарантировалась во всех случаях. Вопрос о том, как должны быть сконструированы соответствующие компоненты транспортного средства перед лицом таких проблем, — это вопрос, который решает компания Bosch в рамках своего проекта 3F, ориентированного на отказоустойчивую эксплуатацию.
«Цель заключалась в разработке решений, обеспечивающих безопасное перемещение автоматических шаттлов, даже если возникает техническая неисправность или внезапно появляются препятствия», — говорит Штеффен Кнуп, руководитель проекта в области исследований и передового проектирования в Robert Bosch GmbH.
Для работы без водителей пригородные автобусы должны иметь возможность автономно контролировать свою систему, то есть выполнять диагностические задачи, и справляться с любыми обнаруженными техническими неисправностями, чтобы они могли продолжать движение. В то же время они должны быть в состоянии обезопасить систему в случае критических неисправностей, например, остановив автобус.
Один из подходов заключается в создании избыточности; другими словами, для дублирования функций, связанных с безопасностью. Например, исследователи Bosch разработали резервные системы для блока питания, чтобы надежно защитить электрическую трансмиссию и электрическую систему автомобиля. Они также адаптировали и усовершенствовали технологию датчиков в соответствии с дизайном автомобиля.
Для надежного обнаружения препятствий они установили несколько датчиков LiDAR и радаров в различных точках вокруг автомобиля, что позволило ему наблюдать за окружением с разных позиций. Обеспечение 360-градусного обзора с высоты птичьего полета и избежание слепых зон создало своего рода 3D-защитную зону. Установка не только обнаруживает препятствия на дороге, такие как бордюры или лежачие полицейские, она также обнаруживает такие незначительные препятствия, как висящие ветки.
Отказоустойчивость
Другое решение, используемое Bosch, заключается в создании отказоустойчивости, при которой отказ подсистемы, по меньшей мере, частично компенсируется другими функциями. Это не отличается поведения людей: если в комнате внезапно гаснет свет, мы используем другие наши чувства, например тактильные ощущения или слух, вместо того, чтобы стать полностью недееспособными в такой ситуации. Автономный автобус ведет себя аналогично: если в определенной области он слепой, скажем, из-за того, что листья прилипли к датчику, или большой объект, такой как мусорный контейнер, полностью блокирует обзор в одном направлении, он замедляется или игнорирует части маршрута, которые не были обнаружены.
Задача состояла в проектировании датчиков так, чтобы безопасность автобуса без водителя гарантировалась всегда, даже если отдельные датчики выходят из строя. То же самое относится и к планированию движения и пути, в соответствии с которым транспортное средство должно быть в состоянии достичь необходимого уровня безопасности вождения даже в случае неисправностей и препятствий, например, при планировании обходных маневров, замедлении в пути или полной остановке.
Транспортные средства запрограммированы на торможение при приближении любых движущихся объектов или, в случае сомнений, на обширных местах с неизвестными объектами. Когда они идентифицируют знакомые ориентиры, такие как уличные фонари, с другой стороны, они возобновляют свое движение на полной скорости. Если есть какая-либо неизбежная опасность, шаттл остановится в целях предосторожности. Цель состоит в том, чтобы транспортное средство адаптировало свое поведение при вождении к обстоятельствам в реальном времени, а также автоматически продолжало свой путь, когда это возможно, даже в случае неисправности системы или препятствий на его пути.
В рамках проекта проводится оценка концепций бортовой электрической системы, чтобы обеспечить надлежащее электропитание, несмотря на любую неисправность. С помощью распределения мощности по всему транспортному средству при уровне напряжения бортовой сети 48 В поперечное сечение кабеля уменьшается, как и стоимость распределения мощности.
Партнёру по проекту Finepower GmbH поручено разработать и протестировать небольшие преобразователи постоянного тока мощностью 200 Вт с пассивным охлаждением, которые обеспечивают питание отдельных 12-вольтных устройств от уровня напряжения 48 В. Основное внимание здесь уделяется возможностям перегрузки и реализации различных функций безопасности и диагностики, а также параллельной работе для достижения требуемой избыточности. Кроме того, разрабатывается резервный высоковольтный преобразователь постоянного тока с водяным охлаждением, который понижает напряжение высоковольтной батареи в промежуточной сети 48 В с выходной мощностью 2 × 2,5 кВт.
Данные о выполняемой поездке и текущем техническом состоянии систем шаттла могут быть переданы с транспортного средства и обратно к нему. Информация о трех различных функциях отправляется туда и обратно: диагностика, мониторинг и контроль. Это закладывает основу для удаленного мониторинга парка автономных автобусов, а также ремонта или даже контроля, например, открытия дверей. Это означает, что автобусы получат помощь, если они когда-либо достигнут своих пределов обнаружения и компенсации неисправностей, или если им просто потребуется плановое техническое обслуживание.
Шаттлы проходят испытания на нескольких испытательных треках. В исследовательском кампусе Bosch в Реннингене, Германия, два маршрутных автобуса перевозят людей вокруг места, доступного для пешеходов. Между тем, в инновационном парке Avantis StreetScooter GmbH в Аахене, Германия, цель состоит в том, чтобы перемещать транспортные средства с точностью до сантиметра под козловыми кранами для обеспечения быстрого удаление транспортных контейнеров. Это требует точной локализации и формы автоматизированной парковки под погрузочным краном. На практике этот автоматический маневр позволяет безошибочно собирать и позиционировать контейнеры. В обоих сценариях транспортное средство движется с низкой скоростью, а системы контролируются инженером.
Оставьте комментарий