Redundancja – klucz
do zautomatyzowanych jazd

17 Mar 2020

Samochody autonomiczne stają się na naszych oczach rzeczywistością. Z technicznego punktu widzenia nie ma już w zasadzie przeszkód do ich produkcji seryjnej i wprowadzenia na rynek.

 

Coraz bliższy jest moment, gdy samochody autonomiczne dopuszczone zostaną do normalnego ruchu drogowego. Stało się to możliwe dzięki zintegrowaniu poszczególnych układów wspomagania kierowcy w jeden spójny, centralnie sterowany system, charakteryzujący się redundancją. Przyjrzyjmy się zatem, czym jest redundancja w samochodach i dlaczego nie ma bez niej zautomatyzowanych jazd.

Zautomatyzowana jazda to coś więcej niż tylko czujniki, jednostki sterujące i dużo mocy obliczeniowej. Do zautomatyzowanej jazdy niezbędny jest również ciągły dostęp do istotnych dla bezpieczeństwa informacji za pośrednictwem wyświetlaczy oraz interfejsu człowiek–maszyna (HMI).

Redundancją, lub inaczej nadmiarowością, przyjęło się określać takie podwojenie elementów kluczowych dla bezpieczeństwa układu, aby w razie awarii jednego z nich, element rezerwowy natychmiast przejął jego rolę. Redundancja może być:

  • strukturalna – polega na dublowaniu niektórych układów;
  • funkcjonalna – polega na przystosowaniu niektórych elementów układu do pełnienia określonych dodatkowych funkcji w razie uszkodzenia innych elementów.

Przykładem redundancji strukturalnej jest dwuobwodowy układ hamulcowy w samochodach, natomiast funkcjonalnej – czujnik położenia wałka rozrządu, który awaryjnie może zastąpić działanie czujnika położenia wału korbowego.

Dlaczego redundancja jest potrzebna?

Wysoce zautomatyzowane pojazdy poziomu 3 zaczynają już się pojawiać na rynku. W przypadku tych pojazdów kierowca jest, co prawda, nadal potrzebny, ale w określonych warunkach drogowych funkcje związane z bezpieczeństwem mogą zostać całkowicie przeniesione na pojazd. Kierowcy będą potrzebowali pewnego czasu, aby zdać sobie sprawę, że ich interwencja jest konieczna. Redundancja zapewni, że w tym czasie wszystkie funkcje istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa pozostają aktywne, nawet w rzadkich przypadkach wystąpienia awarii systemu. W pojazdach poziomu 4 i 5 wg SAE redundancja staje się jeszcze ważniejsza, ponieważ działają one jeszcze bardziej niezależnie od kierowcy i w razie potrzeby jego interwencja jest w większym stopniu opóźniona.

W celu realizacji zautomatyzowanych jazd w ruchu, który ma być pozbawiony wypadków, absolutnie konieczne jest zastosowanie redundancji w systemach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa – takich jak układ hamulcowy i układ kierowniczy.

Rozwiązania techniczne firmy Bosch zapewniają redundancję potrzebną do wprowadzenia zautomatyzowanej jazdy.

Redundantny układ hamulcowy

Rozwiązanie firmy Bosch w zakresie redundantnego układu hamulcowego jest kombinacją elektromechanicznego urządzenia wspomagania hamulców iBooster oraz elektronicznego układu stabilizacji toru jazdy ESP. W rzadkim przypadku awarii jednego z tych zespołów, drugi może przejąć funkcję hamowania pojazdu bez angażowania kierowcy. Zarówno iBooster, jak i ESP mogą tak regulować ciśnienie w układzie hamulcowym, aby nie doszło do zablokowania kół i można było kierować pojazdem także w trakcie hamowania.

Redundantny układ hamulcowy firmy Bosch przystosowany do zautomatyzowanej jazdy został nominowany w roku 2018 do nagrody PACE Awards (Premier Automotive Suppliers’ Contribution to Excellence) czasopisma „Automotive News”, która jest uznawana na całym świecie za prestiżowy punkt odniesienia dla innowacji w branży motoryzacyjnej. Firma Bosch została również uhonorowana nagrodą eMove360° w kategorii Automated Driving za redundantne rozwiązanie dla układu hamulcowego.

Redundantny układ kierowniczy

Fail-operational – określenie stosowane początkowo w lotnictwie. Fail-operational to system, który w razie powstania usterki któregoś z podzespołów pozwala na automatyczne dokończenie realizacji danej funkcji, np. lądowania samolotu.

Układ kierowniczy firmy Bosch z elektrycznym wspomaganiem (EPS) i funkcją typu fail-operational umożliwia kierowcy lub autopilotowi w incydentalnym przypadku wystąpienia awarii bezpieczne manewrowanie samochodem, co jest kluczowym wymogiem na drodze do w pełni zautomatyzowanej jazdy.

Redundantny układ kierowniczy typu steer-by-wire.

System z funkcją fail-operational pozwala na samodzielny powrót do stanu minimalnego ryzyka (stanu bezpiecznego) dzięki uruchomieniu około 50-procentowego wspomagania elektrycznego układu kierowniczego za pomocą rozwiązania awaryjnego. Redundancja jest tutaj realizowana za pomocą drugiego siłownika (rys.), który może przejąć kontrolę, jeśli wystąpi usterka w pierwszym siłowniku. System jest w stanie wykryć awarię układu kierowniczego i przejść do awaryjnego wspomagania elektrycznego, tak że kierowca może bezpiecznie manewrować bez potrzeby nagłego przykładania większej siły do koła kierownicy.

Redundancja w innych systemach

Wszystkie te systemy redundantne w samochodzie muszą mieć różne źródła mocy obliczeniowej, różne sieci komunikacyjne i różne źródła zasilania, aby zapewnić separację i redundancję potrzebną do zautomatyzowanej jazdy.

Redundancja dla pojazdów autonomicznych wykracza poza samo hamowanie i kierowanie. Jest kilka innych ważnych systemów, które również wymagają specjalnych rozwiązań rezerwowych. Obejmuje to takie systemy jak na przykład lokalizowanie położenia i planowanie trasy, wyświetlanie informacji i wskaźników oraz – co jest nie mniej ważne – inteligentną, dobrze zaprojektowaną architekturę E/E (Electric/Electronic), umożliwiającą realizację tych funkcji.

Aby zautomatyzowane prowadzenie samochodu stało się rzeczywistością, potrzeba głębokiego zrozumienia współzależności wszystkich systemów pojazdu.

 

 

Krzysztof Trzeciak,  Bosch Autospec 1/2019
Zdjęcia i rysunki: Bosch, Nissan, Aude

 

 

 

 

POWIĄZANE POSTY

Zostaw Komentarz