I. Bevezetés

Az előadás címválasztása valószínűleg némi magyarázatra szorul. Az intelligens jármű fogalma annál lényegesen többet takar, mint amit ma el szeretnék, el tudok mondani. Nem fogok az előadásban foglalkozni olyan területekkel, mint a szórakoztató elektronika, a vezető-komfort rendszerei, a járművilágítás, bár ezek jelentős része is bele tartozna a cím által jelölt témakörbe. Előadásomban alapvetően a jármű és a közlekedés biztonságát befolyásoló rendszerekről szeretnék rövid áttekintést adni, a teljesség igénye nélkül. Főleg azokra a területekre szeretnék kitérni, amelyeken az elmúlt több mint egy évtized során itthon kutatásokat végeztünk, és amelyeken már több termék jelent meg tevékenységünk eredményeképpen.

Az előadásban röviden ki fogok térni a közlekedési rendszer felépítésére és fejlődésére, valamint ezen belül azokra a speciális, a társadalom által támasztott igényekre, amelyek az intelligens jármű és járműrendszerek fejlesztését indokolják.

Bár a közlekedési rendszerek többféleképpen csoportosíthatók, én két lehetséges osztályozást fogok követni: egyrészt feloszthatók a szenzorok, érzékelők, jeladók helye és a beavatkozás módja alapján, másrészt az adott rendszernek a járműrendszerben elfoglalt helye alapján. Röviden be szeretném mutatni e rendszerek funkcióját, szerepét és hatását, tervezésük néhány problémáját, valamint - a teljesség igény nélkül - néhány példát az egyes rendszerek működésére. Bár a bemutatásra kerülő rendszerek általánosan alkalmazhatók, a demonstrációs példák többségében haszonjárművekre fognak szorítkozni. Ennek indoka kettős: egyrészt tevékenységem nagy részben erre a területre koncentrálódik, másrészt ezen járművek jelentősége, a közlekedési folyamat stabilitására gyakorolt hatása lényegesen nagyobb, mint a személyautóké.

Az előadás végén szeretnék ismertetni egy, a 90-es évek elején készített prognózist az intelligens út-jármű rendszerek fejlődésének elkövetkező 100 évére, és össze fogom hasonlítani az általunk belátható időben megvalósuló megoldásokkal.

II. A közlekedési rendszer felépítése

A szállítási teljesítmény növelése alapvető társadalmi igény. Az iparvállalatok például szeretnék az általuk beépítendő alkatrészeket a beépítés időpontjában megkapni. De mi sem akarunk túl messzire menni a fogyasztási cikkekért. Szeretnénk megkapni az újságot és a tejet a reggelihez és a többi. Erre az igényre a járműipar azonnal tud reagálni: nagyobb teljesítményű motorokat épít a járművekbe, növeli a jármű terhelhetőségét. Ez természetesen több problémához vezet: az infrastruktúra igénybevétele és a környezeti terhelés nő. Az infrastruktúra fejlesztése megpróbál ezzel lépést tartani, de nem bírja az iramot. Emiatt a társadalom a szabályozó rendszeren keresztül beavatkozik: új emissziós határértékeket ír elő, limitálja a járművek sebességét, tengelyterhelését stb. És itt a társadalom konfliktusba kerül saját korábbi igényével. Ezt úgy próbálja feloldani, hogy még újabb megoldásokat kényszerít ki a járműiparból (például új motorvezérlés, hatékonyabb fékrendszer, útbarát felfüggesztés stb.), és ösztönzi az infrastruktúra fejlesztését.

Ez a rövid példa ahhoz volt szükséges, hogy a továbbiakban megértsük az intelligens járműrendszerek fejlődésének indokait.

III. Az elektronikusan irányított járműrendszerek fejlődését meghatározó okok

Ha megnézzük a közlekedés volumenére és összetételére vonatkozó európai előrejelzéseket, ezek mindegyike - kis eltérésekkel - azt mutatja, hogy az elkövetkező évtizedben jelentős növekedés várható. A közúti közlekedés volumene egyes becslések szerint 55-95%-os mértékben növekedhet, aminek kezelése a jelenlegi közlekedési infrastruktúra állapota mellett egyre nehezebb. Egy pillantást vetve a közelmúlt állapotát szemléltető 2. ábrára, megértjük, miért. További problémát jelent ennek a növekedésnek az összetétele, hiszen jelentős mértékben növekszik az áruszállítás volumene, amiben továbbra is a teherjárművek játsszák a legnagyobb szerepet. Ennek indoka a termelés struktúrájának változásában keresendő: mind a gyártó, mind a beszállító arra törekszik, hogy az adott áru minél rövidebb ideig legyen az ő kezelésében, csökkentve ezzel a gyártás költségeit és természetesen a saját rizikóját. S bár terjed a kombinált szállítás, a rugalmassága miatt továbbra is a közúti célba juttatás marad a legjelentősebb.

Ha ez így van, mit lehet tenni? Nyilvánvalóan a közúti fuvarozás csökkentése lenne a legkézenfekvőbb, hiszen egy vasúti mozdony környezetre gyakorolt hatása kevesebb, mint 3-4 teherautóé, ugyanakkor több százszoros mennyiséget képes elszállítani. Problémát a vasúti szállítás flexibilitása okoz. Természetesen fel lehetne gyorsítani a közúti infrastruktúra fejlesztését is, aminek egy sor pozitív hatása lenne (munkahelyteremtés, a gazdaság növekedése), ezt azonban jelentős részben az államok finanszírozzák, emiatt lassú, és társadalmi tiltakozással is jár (pl. Németország nyugati felében újabb autópályák építése gyakorlatilag lehetetlen). Ami lényegesen ígéretesebbnek tűnik, az nem az út-jellegű infrastruktúra, hanem az irányító rendszer fejlesztése, ami azonnali kedvező hatással járhat. Gondoljunk csak a navigációs rendszerekre, amelyek lehetővé teszik a jármű tervezett útvonalának dinamikus módosítását. Természetesen ezek a megoldások csak bizonyos mértékben tudják kezelni a problémát, de másokkal együtt jelentős hatással bírhatnak. A járművek sebességének növelése, illetve a követési távolság csökkentése is megoldást jelenthet, hiszen nőne a közlekedési sűrűség - igaz, vele párhuzamosan nőne a balesetek bekövetkezési valószínűsége is. Hasonló módon a járművek terhelhetősége és méreteinek növelése is megoldást jelenthet - bizonyos hátrányokkal. Az intelligens járműrendszerek ezekben az esetekben kínálhatnak megoldást: ugyanis bizonyos mértékben növelhető a közlekedési sűrűség úgy, hogy a közlekedési balesetek száma nem feltétlenül növekszik.

Animáció ^|1}| :  Felboruláshoz vezető manőver

Miért következnek be balesetet okozó helyzetek? Ha a 4. ábrára tekintünk, láthatjuk, hogy a járműről, annak környezetéből nagy sebességgel áramlik az információ a vezetőhöz, amíg azonban abból valamilyen tudatos reakció lesz, túl sok idő telik el. Ehhez hozzáadódik még az izmok reakcióideje, ezek függése a vezető pillanatnyi állapotától, valamint az a tény, hogy nem is mindenről rendelkezik információval. Ezek együttesen eredményezik az adott helyzetnek nem megfelelő reakciót.

Az intelligens járműrendszerek ezt a szabályozó kört nyitják fel, és akár a járműről, akár a jármű környezetéről gyűjtött információ alapján figyelmeztetést küldhetnek a vezetőnek. De be is avatkozhatnak a jármű viselkedésébe: akár úgy, hogy a vezető szándékát támogatják, de úgy is, hogy a vezetőt bizonyos időre felülbírálják, és annak szándékával ellentétes beavatkozást fejtenek ki. Azt gondolom, hogy itt már érezhető az intelligens rendszerek alkalmazásának egyik központi problémája: valóban ki lehet hagyni a vezetőt az irányítási hurokból? Ennek a kérdésnek a megválaszolása ma már kevésbe műszaki, sokkal inkább jogi és erkölcsi kérdés, amire később még vissza fogok térni. Az előadásban fognak megoldást látni mindkét típusú rendszerre, és a köztük lévő átmenetre is.

Az elektronikus jármű irányításnak öt szintjét különböztethetjük meg (5. ábra).

A legfelső szint a teljes járműfolyam, a részhalmazok, flották, vagy kisebb, önszerveződő csoportok - például katonai járművek - irányítása. Ebben az esetben beszélünk olyan rendszerekről, amelyeknek az elemei egymás között közvetlenül vagy egy központon keresztüli elégítenek ki valamely célfüggvényt (pl. a közlekedés biztonságának növelése, az emisszió csökkentése stb.).

A második szint a közvetlen jármű-jármű kommunikáción alapuló irányítás, ami az előzőtől abban különbözik, hogy egy adott jármű egy tetszőleges másikhoz viszonyított helyzetének megfelelően avatkozunk be, s az nem igényel semmilyen külső formális információt.

A harmadik elem az egyik legfontosabb: a jármű fedélzeti szintű irányító rendszere, amely nem az egyes intelligens alrendszereket, hanem a jármű teljes mozgásállapotát befolyásolja.

A negyedik szint az ún. intelligens jármű-főegységek, más szóval aktuátorok (motor, váltó, kormány) szintje. Ezek az egységek kihagyhatatlan résztvevői az intelligens járműirányításnak.

A legalsó szint az ún. platform-megoldások szintje, amire azonban az előadásban nem fogok kitérni.

IV. Az irányított járműrendszerek csoportosítása

Az előadás további részében a 6. ábrán látható csoportosításnak megfelelően szeretném az egyes megoldásokat ismertetni. A felosztás egyik szempontja, hogy az adott rendszer működtetéséhez szükség van-e a jármű vezetőjének beavatkozására. A másik szempont a jármű mozgásállapotáról és helyzetéről információt szolgáltató érzékelők, jeladók, szenzorok feladata és elhelyezkedése. Az első csoporthoz tartozó rendszerek érzékelői, szenzorai a járműre vannak szerelve és annak mozgásállapotát mérik. A második csoportban lévők szintén a járműre vannak szerelve, de a közvetlen környezetet figyelik. A harmadik csoport külső forrásból származó információkat szolgáltat a jármű mozgásának befolyásolására.

IV. 1. Alaprendszerek

A vezető tevékenysége szempontjából az első csoportba sorolt rendszerek közös jellemzője, hogy információikkal a vezető közvetlen beavatkozására - azt nem felülbírálva - befolyásolják a jármű viselkedését, és ezzel együtt alapul szolgálnak olyan, a további csoportokba tartozó rendszereknek, amelyek valamilyen autonóm beavatkozást igényelnek.

Hogy megértsük az intelligens járműrendszerekbe való beavatkozás lehetőségeit, röviden be szeretném mutatni, hogyan történik a jármű hagyományos irányítása, azaz hogyan vezetünk (7. ábra). Amikor a járművet irányítjuk, a vezető egy tervezett mozgást, ún. irányvektort fogalmaz meg, amit aztán a rendelkezésére álló kezelőszervek - kormánykerék, fékpedál, gázpedál, váltókar - segítségével közvetít az egyes, ma még egyenként irányított főegységek, aktuátorok - motor, sebességváltó, kormánymű, fékrendszer - felé. Az ezek által kifejtett hatások - motornyomaték, kormányzási szög, váltófokozat változtatása - eredményeképp a gumiabroncs és talaj közötti erők és nyomatékok a járművet bizonyos irányban mozgatják, amelyet a vezető az általa képzelt irányvektorral összehasonlítva korrigál, továbbra is diszkrét módon, vagyis egyenként.

A vezető az adott főegységgel, aktuátorral a rá vonatkozó szándékát közvetlenül közli, azaz a nyomatékigényét a gázpedál lenyomásával, illetve a váltó megfelelő fokozatba kapcsolásával, az irányra vonatkozó igényét a kormány elforgatásával, a lassulásra vonatkozó szándékát a fékpedál lenyomásával. A kapcsolat a vezető és az adott aktuátor között direkt, az esetek jelentős részében mechanikus, sok esetben pneumatikus vagy hidraulikus. Természetesen az egyes főegységek, aktuátorok már közvetlenül is kommunikálnak egymással. Példaként a kipörgésgátlót lehetne említeni, amely ha a nagy nyomaték hatására kipörgő kereket érzékel, nemcsak a féken keresztül avatkozik be a mozgásba, hanem a motor nyomatékát is automatikusan csökkenti.

Ahhoz, hogy a korábban említett intelligens rendszerek működni tudjanak, szükség van az egyes főegységek, aktuátorok vezetőtől független működtetésére is. Ennek megoldása azonban csak elektronikus lehet, amint az a 8. ábrán látható.

Az elektronikus működtetésű rendszerek listája az ábrán közel sem teljes, de ezek azok, melyek a jármű dinamikájára a legnagyobb hatással vannak, azaz az intelligens járműrendszerek ezekbe tudnak beavatkozni. Az elektronikus motorirányítási - az ún. power-by-wire - rendszer lehetővé teszi a tetszőleges, gázpedál állásától független nyomatékigény kielégítését, a kormányrendszerbe való elektronikus beavatkozás - angolul steer-by-wire - bizonyos feltételek mellett megvalósítja az autonóm kormányzást, az elektronikus fékrendszer - brake-by-wire - az autonóm fékezést, a váltó elektronizálása pedig a megfelelő fokozat kiválasztását teszi lehetővé, de a felfüggesztés jellemzői is módosíthatók.

Fékrendszer

Az elektronikus fékrendszer, illetve amit ma ezen értünk, haszonjárművekben 1996 óta már szériafelszereltség, személygépkocsikban pedig most kezd elterjedni. A rendszer az irányítása szempontjából valóban "brake-by-wire", hiszen a vezető lassulásra vonatkozó igényét egy ún. redundáns - magyarul egyszerre több jelet szolgáltató - szenzorral mérjük, majd egy sor más jellemző alapján a központi vezérlőegység kiszámítja, hogy az adott keréken milyen fékezési nyomatékot kell megvalósítani, és a kerékhez közeli elektro-pneumatikus, hidraulikus vagy távlatban az elektro-mechanikus aktuátor azt végrehajtja. Ilyen értelemben nincs közvetlen (mechanikus, pneumatikus) kapcsolat a fékpedál és a kerékfék között. Az eddigi tapasztalatok alapján ezek a rendszerek nagy megbízhatósággal működnek. Ami miatt mégis minden jármű fel van még szerelve hidraulikus vagy pneumatikus vészvisszaállító, ún. "back-up" rendszerrel, az a vevői igény és bizonyos fokú bizalmatlanság. De ez a rendszer a fékezési folyamatban csak akkor vesz részt, ha az elektronikus rendszer meghibásodik. A 9. ábrán látható rendszer jelölése 1E + 2P, ami egykörös elektronikus és kétkörös pneumatikus rendszert jelent. (Megjegyzem, jogszabályi szempontból elég lenne az 1E + 1P, azaz egy elektronikus és egy pneumatikus felépítésű rendszer is.)

A fenti fékrendszer - mivel a féknyomaték anélkül is kifejthető, hogy a vezető a fékpedálra lépne - egy sor fékfunkció alapját képezi, amit a hagyományos rendszerekkel nem lehet megvalósítani. Ilyen a vontató és vontatmány összehangolását, kompatibilitását megvalósító vonóponti erőszabályozás, vagy az ún. ESP funkció, amiről a későbbiekben beszélni fogok.

Bár az ABS funkció nem újdonság, egyike a legfontosabb elektronikus fékfunkcióknak. A filmfelvételek ún. osztott tapadású felületen való fékezést mutatnak, az első esetben ABS nélkül, a másodikban ABS-szel. Jól látszik, hogy az elektronika beavatkozása nélkül a vezetőnek nincs lehetősége a kialakult helyzet befolyásolására, míg az ABS rendszer ugyanolyan feltételek mellett stabil járműmozgást eredményez.

Animáció ^|2}| :  Fékezés osztott tapadású felületen ABS nélkül
Animáció ^|3}| :  Fékezés osztott tapadású felületen ABS-el

Ezt a manővert mindenki kipróbálhatja, akinek van ABS-szel felszerelt autója (akiében nincs, az legyen ezzel óvatos). Azért mutattam be, hogy lássuk, hogyan lehet az egyébként már majdnem optimális járműviselkedést más elektronikus rendszerek integrálásával tovább javítani. Erre a későbbiekben még visszatérek.

Kormányzás

A járműdinamikára és a jármű irányíthatóságra gyakorolt szempontból a kormányrendszer a másik leglényegesebb elektronikusan irányítható alrendszer. A hagyományos kormányrendszerek esetén a vezető kormánykeréken kifejtett, kormányzásra vonatkozó szándékát mechanikus szerkezettel visszük át a jármű kormányzott kerekeire, és a jármű tengelyterhelésétől függően nyújtunk a vezető számára rásegítést. Hagyományosan ez hidraulikus rendszerrel valósul meg, ami drága berendezés és az irányíthatósága nehézkes. Emiatt egy sor, a jármű kormányzását javító funkció megvalósítása akadályokba ütközik. Ez indokolja azt, hogy alapvetően személy-, de hamarosan haszonjárművekben is alkalmazásra kerülnek az elektromos motorral támogatott kormányrendszerek. A 10. ábra három különböző megvalósítást mutat, amelyek csak a szervomotorok elhelyezkedésében különböznek, a működésük megegyezik. A rendszer méri a vezető által kifejtett kormányzási nyomatékot, és ennek, valamint további járműjellemzőknek a függvényében fejt ki rásegítő nyomatékot. Ha a kormánykereket a kormányszerkezettel összekötő rúd eltörik, a rendszer továbbra is alkalmas kormányzásra, azaz a rendszer valódi elektronikus kormány, ún. steer-by-wire, ami a fékrendszer analógiájára 1E + 1M felépítésű, azaz az elektronikus rendszer mellett rendelkezik egy mechanikus vészvisszaállítóval (back-up).

A bemutatott, ún. nyomaték-rásegítéses elektronikus kormányrendszer egy sor feladatot végrehajt, ami a kormányzást könnyíti és a kormányzási érzést javítja. Ilyen például a sebességtől függő rásegítő nyomaték közlése, ami kis sebességnél nagy, a sebesség növekedésével csökken, vagy ilyen a sebességfüggő kormány-visszatérítés is.

Mindkét előbb bemutatott, mechanikus kapcsolattal rendelkező kormányrendszer még csak egy közbeeső lépés a teljesen elektronikus kormány felé, amelyben a kormánykerék és a kormányzott kerekek közötti állandó mechanikus kapcsolat megszűnik. A kormányzott kerekeken kialakuló kormányszög itt már nem feltétlenül a vezető közvetlen kormányzási manőverezésének felel meg, de a vezető által kívánt haladási irányt valósítja meg. Természetesen ez a rendszer - hasonlóan az elektronikus fékhez - más infrastruktúrát igényel a járműben, mind a kommunikációt, mind energiaellátást illetően.

Mint az elmondottakból látszik, az elektromos kormány az autonóm járműirányítás egyik legfontosabb eleme.

Váltóvezérlés

A "drive-by-wire" rendszer következő eleme az automatizált sebességváltó, amely közvetlen mechanikus kapcsolat nélkül működtethető. Ilyen váltók ma már kis kategóriájú járművekben is megtalálhatók, ezért nem akarok itt részletekbe bocsátkozni. Fontos megjegyezni, hogy az ilyen váltó nem tekinthető biztonságkritikus járműrendszernek, ezért az egykörös elektronikus felépítés (1E) kielégíti a rendelkezésre állás követelményeit. Az elektronika meghibásodása esetén rendszerint elérhető egy ún. "limp-home" funkció, azaz a váltó egy olyan módba kapcsolható, amelyben biztonsággal elhagyható a meghibásodás helyszíne, és elérhető a legközelebbi autójavító.

Felfüggesztés-szabályozás

A járművek lényeges eleme a felfüggesztés, aminek az irányítása fontos helyet foglal el a járműszabályozási stratégiában. A felfüggesztéssel szemben támasztott követelmények összetettek: egyrészt meg kell valósítania a járműtest megfelelő lengéskényelmét, másrészt a keréknek az úton tartását és egyéb, a jármű dinamikája szempontjából fontos funkciókat. Passzív elemek alkalmazásával a kétféle követelmény nem elégíthető ki (a 14. ábrán látható ún. C görbéről nem tudunk letérni), ha azonban a felfüggesztést szabályozott elemekkel egészítjük ki, mindkét feltétel egyidejűleg optimálható, és a 14. ábrán látható célfüggvény értéke optimalizálható.

A felfüggesztés szabályozása több módon is elérhető. Aktív felfüggesztésről beszélünk akkor, amikor a járműtest és a kerék mozgásállapotától független erőt tudunk kifejteni, azaz szabályozott módon energiát vihetünk a rendszerbe, illetve vonhatunk ki belőle. Bár az aktív felfüggesztéssel a korábban említett görbéről majdnem tetszőleges módon le lehet térni, a gyakorlati megvalósítás - elsősorban az energiaigénye miatt - nem minden esetben egyszerű. Ezért a gyakorlatban a lengéscsillapító szabályozásán alapuló ún. félaktív felfüggesztés van. Itt a szabályozás alapelve az, hogy amikor a lengéscsillapító által kifejtett erő ellentétes irányú azzal, amit az optimalitás szempontjából ki kellene fejtenünk, akkor kis csillapító erőre kapcsoljuk, amikor megegyezik, akkor nagy erőre. Ez a típusú szabályozás viszonylag egyszerű, mivel szabályozott módon emészti fel a lengésenergiát.

IV. 2. A vezetőt támogató autonóm rendszerek

A következő csoportba tartozó rendszerek még mindig a járműre szerelt érzékelők jelei alapján működnek, működésükhöz azonban nincs szükség a vezető közvetlen beavatkozására, mert a kialakult és az általuk optimálisnak ítélt mozgásállapot közti különbség hatására jönnek működésbe. Ilyen értelemben már autonóm rendszereknek tekinthetők, közös jellemzőjük azonban, hogy a vezetőt nem bírálják felül, hanem támogatják az általa meghatározott irány követésében. Ide tartoznak a menetdinamikai szabályozó rendszerek, amelyek az előző részben bemutatott elektronikus beavatkozó szerkezeteket felhasználva befolyásolják a jármű dinamikáját.

A menetdinamikai szabályozó rendszereket két csoportba lehet osztani: az egyik a jármű síkbeli - tehát az út síkjában való - dinamikáját befolyásolja, a másik az út síkjától eltérő mozgásokat - dőlés, bólintás - tudja megváltoztatni.

Síkbeli szabályozás

Oldalirányú szabályozás

Hasonló elven működik a jármű borulását felismerő és megakadályozó rendszer, ami szintén a kerékerők befolyásolásán alapszik. Magas tömegközéppontú járművek (SUV, haszonjárművek) esetén a túl nagy kanyarodási sebesség ahhoz vezet, hogy a "centrifugális" erő és a kerék talppontjában oldalirányban fellépő erő alkotta erőpár a járművet felborítja. Logikusan adódik a következtetés, hogy ezen erőpár nyomatékának csökkentésével a felborulás elkerülhető. Mint az a 17. ábrán látszik, az adott oldali kerék blokkolásával (ill. nagy szlippel való fékezésével) az oldalirányú erő jelentősen csökken, és természetesen csökken a jármű sebessége is, ami a centrifugális erő csökkenéséhez vezetve stabilizálja a jármű mozgását.

Virtuális modellt követő szabályozás

A filmet a Knorr Bremse téli tesztpályáján, az északi sarkkörhöz közel vettük fel. A járműiparban elvárt gyakorlat, hogy a jármű biztonságkritikus rendszereit hideg éghajlati viszonyok között is vizsgálják, mielőtt az országúti közlekedésre alkalmasnak minősítik őket.

Mint ahogy a filmen látható, ilyen gyenge tapadási feltételek mellett a jármű kormányzása kis hatással van a jármű dinamikájára. A következő manőver során a menetdinamikai szabályozó rendszert kikapcsoltuk, és egy hirtelen sávváltásos manővert szimuláltunk. Mint látható, a kikerülés elkezdése után a jármű irányíthatatlanná vált és becsuklott, megperdült. Természetesen országúton ez nem így történik, mivel a jármű vagy a szemközti sávba, vagy az árokba kerül. A film további részében a felborulást, pontosabban annak megakadályozását mutatjuk be. Mint látható, a hirtelen kikerüléses manőver alatt a jármű felborulna - itt ez a kitámasztó kerekek miatt nem történik meg - míg a menetdinamikai szabályozó rendszer érzékeli a pótkocsikerekek elemelkedésének kezdetét, és a korábban leírt fékezéses beavatkozással megakadályozza. Természetesen a jármű kanyarsebessége lecsökken, de pont ez a cél.
 
Animáció ^|5}| :  Elektronikus kormány alapú menetdinamikai szabályozó

Mint korábban említettem, az elektromos kormány (mind a nyomaték-, mind a szög- rásegítésű, ill. a teljesen elektronikus vészvisszaállító - back-up - nélkül) lehetőséget ad a jármű dinamikájának aktív befolyásolására a kormányon keresztül is. A következő generációs menetdinamikai szabályozó rendszerek a fékrendszereken kívül a kormányba is be tudnak avatkozni annak érdekében, hogy a jármű viselkedését stabilizálják. A filmfelvétel ennek egy megvalósítását mutatja: a vezető folyamatos gázadással állandó sugarú körön próbál kanyarodni. Hagyományos rendszer esetén a növekvő sebesség miatt a jármű kiperdülne. A vezető ellenkormányzással és gázelvétellel képes lehet ezt kompenzálni, de ez nagy gyakorlatot igényel. Az elektronikuskormány-alapú menetdinamikai szabályozó rendszer érzékeli ezt a helyzetet, és ellenkormányzással, valamint gázelvétellel a járművet a kívánt irányba kormányozza. Amit fontos itt megjegyezni: bár a kormánykerék (azaz a vezetőnek az irányra vonatkozó szándékát kifejező jel) nem úgy áll, mint a kormányzott kerekek, ez a rendszer sem bírálja felül a vezetőt, hiszen a jármű abba az irányba halad, amerre a vezető kívánja.

A kormány és a fékrendszer integrációja

A kormány- és a fékrendszer-alapú beavatkozás további lehetőségeket kínál. Az ABS - blokkolásgátló - rendszer tervezése egy sor kompromisszumot tartalmaz. Ilyen például az egyenetlen tapadású felületen való fékezés, amikor az egyik oldali kerekek alatti tapadás lényegesen különbözik a másik oldalitól. A két követelmény, amit ki kell elégíteni, nevezetesen a fékút és a vezető kormányzási korrekciója, egymással ellentétben áll. Ha csökkenteni akarjuk az utóbbit, az ún. select low stratégiát kellene alkalmaznunk, azaz mindkét oldalt a kisebb tapadású helyen elérhető fékerővel fékezzük. Ez esetben ugyan nem keletkezik nyomaték, azaz a vezetőnek nem kell azt kompenzálnia, amint az látható a 20 ábra bal oldalán, de a fékút hosszabb lesz, mivel nem használjuk ki maximálisan a nagyobb tapadású oldalon elérhető fékerőt. A másik lehetőség, hogy a járművet a nagyobb tapadású oldalon elérhető fékerővel fékezzük. Ekkor természetesen a fékút csökken, a vezetőnek jelentősen azonban többet kell kompenzálnia - ha tud egyáltalán.

Az ABS e két követelmény közötti kompromisszumos helyzetet eredményezi. Amennyiben azonban a fenti helyzetben az elektronikus kormányon való beavatkozással már a fékezés kezdeti szakaszában tudjuk a folyamatot befolyásolni, a fellépő kitérítő nyomaték lényegesen kisebb lesz, és nagyobb fékerő-különbséget engedhetünk meg.

A 21. ábra a hagyományos járművel és az elektronikus kormánnyal való fékezés összehasonlítását mutatja. Látható, hogy az adott manőver a vezetőtől több mint 120 fokos ellenkormányzást igényel, és emiatt a rossz és a jó tapadású oldal között kisebb fékerő-különbség engedhető meg.

Az elektronikus kormánnyal való beavatkozással a harmadára csökken a vezetőtől kívánt kormányzási beavatkozás, miközben a kormányzott kerekek természetesen a korábbihoz hasonló nagyságrendben kormányzódnak, mialatt a fékerő-különbség nagyobb lehet, s ez a fékút csökkenését eredményezi.

Mint látható, az elektronikus kormánnyal való beavatkozás amellett, hogy majdnem harmadára csökkentette a vezető beavatkozását, közel 10%-os fékútcsökkenést eredményezett. Ez nagyon jelentős, mivel a forgalom biztonságára kiemelkedő hatással van. A fenti példa jól mutatja, hogy az elektronikus rendszerek alkalmas integrálásával hogyan növelhető az egyes szerkezetek hatásossága, és egy első hallásra veszélyesnek tűnő rendszer, mint az elektronikus kormány, milyen módon tudja növelni a közlekedés biztonságát.

IV. 3. A jármű környezetét figyelő figyelmeztető rendszerek

A következőkben rátérek az intelligens rendszerek következő típusára, amelyek alapvetően a járművön lévő szenzorok alapján gyűjtenek információt a jármű környezetéről, és ezek alapján figyelmeztetik a vezetőt, illetve az információt egyéb célokra használják fel.

A 22. ábra a jármű közvetlen környezetének ma is létező - bár még nem széles körben elterjedt - megfigyelési lehetőségeit mutatja. A távoli objektumok felismerését a 77 GHz-es radar végzi. Ennek egyik alkalmazási területe a későbbiekben bemutatásra kerülő adaptív sebességtartó berendezés, de lehet használni a vezető figyelmeztetésére is. Az infraszenzor az úton tartózkodó személyeket teszi láthatóvá a vezető számára rossz látási viszonyok mellett. A videokamera a jármű pozícióját határozza meg a sávhatárokhoz képest, de alkalmas a radar által azonosított objektumok osztályozására is. A jármű közvetlen környezetét figyelik meg a kis hatótávolságú radarok és az ultrahangos szenzorok. Ezeket ma is elterjedten alkalmazzák (lásd tolatóradar). De további lehetőségekkel is rendelkeznek: megfigyelhető például a tükörből nem látható terület, figyelmeztetheti a vezetőt a sávváltás veszélyeire stb.

Bár a szenzorok pontossága és megbízhatósága megfelelő, alkalmazásuk biztonságkritikus rendszerekben még nem elterjedt. Ennek nem műszaki, hanem jogi és erkölcsi akadályai vannak: kiküszöbölhető-e teljesen a vezető az irányítási hurokból, s ha igen, akkor az esetlegesen mégis bekövetkezett baleset felelőssége kit terhel? A vezetőt, aki nem volt a szükséges képességek birtokában az adott pillanatban, vagy a rendszer gyártóját? Ez az a kérdés, ami alapvetően meghatározza az autonóm intelligens rendszerek elterjedését, és erre a következő részben vissza fogunk térni.

IV. 4. A jármű környezetét figyelő beavatkozó rendszerek

A következő csoportba tartozó rendszerek már be is avatkoznak a folyamatokba, bár nem válnak el teljesen az előzőekben ismertetett figyelmeztető rendszerektől, és a szenzoraik is megegyeznek. Ilyenek a jármű hosszirányú dinamikáját befolyásoló adaptív sebességtartó berendezés, az ezen az alapon működő ún. vészfékezési funkció. De ide tartozik a városi forgalomban valóban automatikus haladást megvalósító ún. stop-and-go, azaz a jármű teljes autonóm megállítását és elindítását végrehajtó rendszerek.

Most az ezekhez tartozó automatikus fék- és kormányrendszerekkel, valamint az ezeken alapuló sávtartást megvalósító rendszerekkel fogok foglalkozni, a jármű útjában álló akadályok teljes kikerülését célzó perspektivikus rendszerekről nem beszélek.

Adaptív sebességtartás

Animáció ^|6}| :  Adaptiv sebességtartás és vészfékezés

A hagyományos sebességtartó berendezéseknél a jármű vezetője a kívánt sebességet állítja be, amelyet aztán az elektronika az útviszonyoktól függetlenül a motor nyomatékának változtatásával állandó értéken tart. Az ACC (adaptive cruise control, adaptív sebességtartó berendezés) a korábban már említett távoli radarral felszerelve képes érzékelni az előttünk haladó jármű távolságát, és tartani tudja az előre beállított értéket - ugyancsak a motor nyomaték változtatásával, illetve szükség esetén a fékrendszerbe való beavatkozással. E rendszer alkalmazásának a célja a vezető bizonyos fokú tehermentesítése. Az adaptív sebességtartó berendezést ma komfort rendszerként értékesítik, mivel az általa elérhető legnagyobb lassulás-gyorsulás nem haladhatja meg a 0,3 g-t, azaz a rendszer nem alkalmas sem vészfékezésre, sem agresszív gyorsításra. Ennek indoka, hogy a jármű irányítását mindenképpen a vezető kezében kívánja hagyni, azaz ha a fent említett határértéknél nagyobb lassulási igény lépne fel, a rendszer kikapcsol, és az irányítást, valamint a döntést átadja a vezetőnek. Az ilyen használat indoka alapvetően nem műszaki, hanem jogi természetű.

Természetesen felmerül a kérdés, hogy az egyébként műszakilag lehetséges megoldását , amivel emberi életeket lehetne megmenteni, tisztán jogi és felelősségi szempontból kell/lehet-e elvetni? Ez a gondolatmenet vezetett ahhoz, hogy a bemutatott adaptív sebességtartó rendszer továbbfejlesztésével hogyan lehet a baleseteket nem feltétlenül elkerülni, de a következményeit mindenképpen csökkenteni. Az animáció egy tipikus helyzetet mutat be: a jármű vezetője nem látja a kanyar mögött álló járműsor végét, ezért a kanyarba változatlan sebességgel hajt be. A rendszer folyamatosan figyeli a jármű előtt álló objektumokat, és amikor azok távolságát olyannak értékeli, hogy a jármű vezetője már nem tudna beavatkozni, akkor automatikusan működésbe hozza a jármű fékrendszerét, és vészfékezéssel a járművet lelassítja. A balesetet teljesen nem kerüli el, de az ütközési energiát jelentősen, több mint felére csökkentheti. A jogi helyzet is tisztává válik: a vezető nem tudta volna elkerülni a balesetet, tehát a beavatkozással nem állítottunk elő veszélyesebb helyzetet, mint ami bekövetkezett volna, sőt, csökkentettük a baleset következményeit. Ilyen módon - bár a vezetőt kizártuk az irányítási hurokból bizonyos időre - jogilag és erkölcsileg a rendszer működése teljesen rendben van.

A sávelhagyás megakadályozása

Animáció ^|7}| : Sávelhagyás megakadályozása - fékalapú beavatkozás
Animáció ^|8}| :  Sávelhagyás megakadályozása - fékalapú beavatkozás
Az autonóm módon működő rendszerek másik típusa a járműre szerelt videokamera jelei alapján való aktív beavatkozás. Tipikus baleseti helyzet, amikor a jármű vezetője elalszik, és a jármű kihúzódik a sávból, vagy nem követi az út kanyarulatait, és emiatt balestet okoz. Ez a helyzet jól kezelhető olyan módon, hogy a jármű úthoz viszonyított helyzetét egy videokamera jelei alapján folyamatosan előre értékeljük, azaz kiszámítjuk, hogy az adott nagyságú és irányú sebességgel haladva a jármű mikor hagyná el a sávhatárokat. Amennyiben a rendelkezésre álló jelekből (kormányszög, irányjelzők helyzete, fékpedál vagy gázpedál helyzetváltozása) megállapítható, hogy a vezető nem irányítja a járművet, hanem alszik, akkor akár a fékrendszerbe, akár az elektronikus kormányrendszerbe való beavatkozással a jármű iránya korrigálható. A két videofelvétel azt mutatja, hogy a mono kamera alapú rendszer mind a jól felfestett, mind az elmosódó sávhatárok között képes tartani a járművet tisztán a fékrendszer egyoldalú működtetésével. Természetesen az előbb említett felelősség kérdése itt is fennáll, ezért a gyártók az aktív beavatkozás helyett itt is az akusztikus vagy az érintési figyelmeztetést választják, azaz a kormánykerék kis nyomatékkal való elforgatásával figyelmeztetik a vezetőt a kívánt irányra.

IV. 5. Külső információt felhasználó rendszerek

A csoportosításunknak megfelelően következő rendszerek olyan információkat használnak fel, amelyek nem a járműből, hanem a járművek külső környezetéből, másik járműről, műholdakról stb. érkeznek. A környezetből érkező információra korábban már láttunk példát: az adott jármű által felmért tapadási tényezőt lehet az útszakaszhoz közeledő jármű vezetője tudomására hozni, illetve veszélyes útszakaszokon (iskolák, vasúti átkelők környékén) lehet a jármű vezetőjét figyelmeztetni.

A mai gyakorlat szerint a közúti flottairányítás elsősorban a vezető információinak a bővítésével igyekszik a biztonságot növelni részben a környezetről rendelkezésre álló információk, részben pedig a jármű által észlelt információk feldolgozásával.

A flottairányító központ ebben az esetben rendelkezik a járműflotta egységeinek pozíciójával és a járművek mozgásállapotával kapcsolatos, illetve diagnosztikai célú adataival, amiket mobil kommunikációs hálózaton keresztül kap meg. Rendelkezik ezen kívül az útvonaltervvel, és az ehhez kapcsolódó forgalmi információkkal. Így szükség esetén az útvonal dinamikus áttervezésével, távdiagnosztikával tudja a jármű célba juttatását hatékonyabbá tenni.

A járművek tipikusan GPS navigációval, valamint kamera-, illetve radarrendszerrel rendelkeznek, melyek a jármű biztonságos haladását segítik a tervezett útvonalon, a fedélzeti szabályozási rendszerekre támaszkodva. (Ez utóbbiakat már tárgyaltuk: ilyenek a motor, a kormány, a fék és a menetstabilizátor, illetve a sávelhagyást detektáló vagy megakadályozó rendszerek).

A flottairányítás sajátossága, hogy minden vezetői funkciót, beleértve a manőverek tervezését és végrehajtását is, a járművezető lát el.

V. A járműirányítás elvei

Mint az eddigiekben láthattuk, technikailag már ma képesek vagyunk arra, hogy egy járművet vezető nélkül eljuttassunk a kívánt helyre. A jármű szerkezeti fődarabjai (fék, kormány, váltó) alkalmasak az elektronikus irányításra, a járműre szerelt szenzorok megbízható információt tudnak adni a jármű környezetéről, ami külső forrásból származó jelekkel tovább pontosítható.

Befejezésül az automatikus járműirányítás feltételrendszeréről és filozófiájáról szeretnék röviden beszélni.

E probléma jobb megértése érdekében elemezzük a 25. ábrán látható irányítási szempontból ideális rendszert. Az IFA kabinban utazók határozzák meg, hogy honnan hova akarnak eljutni, és ezt az igényüket közlik a jármű vezetőjével. Őt tekinthetjük az elsődleges járműirányítónak, hiszen a kapott igényt lebontja irányvektorok sorozatává - hasonlóan ahhoz, ahogy azt egy navigációs rendszer teszi -, és ezeket e vektorokat a gyeplő segítségével továbbítja a jármű hajtásláncát képező szamárnak. Fontos megjegyezni, hogy a vezető nem azt mondja meg a szamárnak, hogy melyik lábával mekkorát és hova lépjen, hanem a kívánt irányt jelentő elsődleges irányvektort. Ezt az irányvektort a szamár tovább pontosítja, hiszen sem az árokba, sem az előtte haladó járműnek nem megy neki. Az így pontosított irányvektort próbálja megvalósítani. De ha mondjuk az út csúszós, akkor a kívánt iránytól való eltérést kompenzálja.

Ez a példa legfeljebb csak a közúti járművek irányításában számít újnak, a hajók és a repülőgépek irányító rendszerei már régen hasonló elven működnek.

Ha a fenti felépítésben a vezető irányra vonatkozó kívánságát helyettesítjük például a navigációs rendszer jeleivel vagy az útról érkező sebesség- és irányjelekkel, akkor a jármű képes teljesen vezető nélküli haladásra.

Animáció ^|9}| : Járműcsoport irányítás

Jelenleg kísérleti fázisban van a másik, teljesen automatizált forgalmi és járműrendszereken alapuló megoldás, amely bizonyos útvonalakon, illetve forgalmi csomópontokon (a járművezető szándékának vagy a megadott útvonalnak megfelelően) a járműveket automatikusan juttatja át.

Az Automated Highway Systems (AHS) koncepció szerint a járműveket speciális alakzatokba, ún. szakaszba vagy konvojba csoportosítják automatikusan. Ezek tipikusan 10-20 járműből állnak, és jellemzőjük a járművek közötti kis, 1-5 méteres követési távolság biztonságos tartása.

Az irányítás több szinten valósul meg, és mind központi, mind fedélzeti modulokat tartalmaz. A központi funkcióhoz tartozik a teljes AHV hálózat és a dinamikus útvonaltervezés felügyelete, valamint az egyes járművek manőver-igényeinek (felhajtás, lehajtás, sávváltás) tervezése és irányítása.

A fedélzeti irányítás a biztonságos utazást valósítja meg, amelyhez az automatikus járműkövetés, valamint a longitudinális és a laterális mozgás dinamikájának irányítása tartozik. A járművek képesek egymással és a központtal is kommunikálni.

A rendszer fontos tulajdonsága a hibadetektálás és diagnosztika, valamint az irányítási rendszerek átkonfigurálása a forgalom biztonságának fenntartása érdekében. Ezen funkciók megosztása a fedélzeti és a központi rendszerek között az irányítás- és kommunikációtechnológia fejlődésének a függvénye.

VI. A rendszerek fejlődésének irányai - egy 1990-es becslés

Hogy mikor fogunk az utakon ilyen járműveket látni? Szeretnék erre vonatkozóan egy 1990-es becslést bemutatni, aminek az az érdekessége, hogy az eltelt 15 év a jóslatok egy részét már igazolta. (1. táblázat)

1. táblázat: Az 1990-es előrejelzés validációja