Адаптивный круиз-контроль

http://www.mobileye-vision.com/Video.asp?PicID=605

Система управления в целом

Многоуровневая, асинхронная, кооперативная (транспортные средства учитывают намерения друг друга, а не просто реагируют на действия), прогнозирующая и отказоустойчивая система управления SkyTaxi предназначена для уменьшения безопасного расстояния между транспортными средствами до 15 см на максимальной скорости, что увеличит пропускную способность одной линии до 77 тысяч транспортных средств в час при скорости 230 км/ч.

Функции адаптивного круиз-контроля

Адаптивный (автономный, активный, интеллектуальный) круиз-контроль предотвращает столкновения транспортных средств за счет поддержания безопасного интервала до транспортного средства впереди. Он притормаживает транспортное средство при сближении с транспортным средством впереди и ускоряет вновь до установленной скорости, если это позволяет транспортный поток.

В SkyTaxi он также должен выполнять смежные функции:

  • предупреждать столкновения с транспортными средствами с более высоким приоритетом проезда слияния путей, выезжающими с боковых направлений (путем помещения виртуальных транспортных средств впереди по маршруту);

  • обеспечивать максимально возможную скорость с учетом установленных ограничений скорости (разные ограничения на разных участках пути), ускорения и рывка;

  • обеспечивать остановку на станциях с точностью до 100 мм.

Задача поддержания безопасного интервала целиком возлагается на заднее транспортное средство. Напротив, переднее транспортное средство может свободно изменять скорость без учета дистанции между ними, а также скорости и ускорения заднего транспортного средства.

Условия работы адаптивного круиз-контроля

Транспортные средства SkyTaxi не группируются (ни путем физического сцепления, ни программно), хотя дистанция между ними может быть меньше метра.

Транспортные средства движутся в общем случае не синхронно, хотя в установившемся сплошном потоке скорости транспортных средств совпадают с максимальной допустимой скоростью на соответствующем участке пути. Дистанции между транспортными средствами могут быть любыми, но не менее безопасной дистанции для данных условий. Не планируются никакие вакансии в транспортном потоке, которые могут занимать транспортные средства.

Зональный сервер непрерывно в реальном масштабе времени информирует транспортное средство о других транспортных средствах впереди, в том числе с боковых направлений. Эта информация дублируется бортовыми датчиками.

Описание алгоритма адаптивного круиз-контроля

Алгоритм адаптивного круиз-контроля в штатной ситуации действует следующим образом.

Если транспортные средства едут друг за другом синхронно (с одинаковой скоростью и ускорением) приблизительно на безопасном интервале, то незначительные изменения интервала между ними никак не влияет на движение заднего транспортного средства. Рывок равен нулю. Этим предотвращается возбуждение колебаний заднего транспортного средства относительно переднего. Если интервал между транспортными средствами отклоняется от безопасного (в любую сторону), то на заднее транспортное средство действует рывок 2,5 м/с3 (по модулю), препятствующий отклонению. Рывок действует, пока ускорение не достигнет 2,5 м/с2 (по модулю), или пока скорость не достигнет максимальной допустимой скорости на соответствующем участке пути или нуля. Когда заднее транспортное средство отклонится от безопасного интервала в противоположную сторону, на него начнет действовать рывок 2,5 м/с3 (по модулю) в противоположном направлении. Необходимое направление и абсолютное значение (0 или 2,5 м/с3) рывка рассчитывается непрерывно в реальном масштабе времени.

Если транспортные средства едут друг за другом не синхронно или на расстоянии существенно больше безопасного интервала, то адаптивный круиз-контроль стремится максимально быстро сблизить заднее транспортное средство с передним до безопасного интервала, а также выровнять скорость и ускорение заднего транспортного средства с передним. При этом не должно быть столкновений, и должны соблюдаться ограничения скорости, ускорения и рывка.

Например, если оба транспортных средства стояли, то график движения заднего может выглядеть следующим образом:

Если не учитывать погрешности, то площадь фигуры под графиком над осью абсцисс равна первоначальному расстоянию между транспортными средствами.

Графики всех физических величин в этом случае выглядят следующим образом:

Возможны два варианта реализации алгоритма. В первом варианте заднему транспортному средству известны местонахождение, скорость и ускорение переднего транспортного средства, но неизвестны его намерения. Поэтому предполагается, что в каждый момент времени переднее транспортное средство (если оно движется) начинает или продолжает маневр по полной остановке. При этом в расчет принимаются стандартные значения ускорения (2,5 м/с2 – после достижения этого значения) и рывка (0 или 2,5 м/с3).

Во втором варианте заднему транспортному средству известны не только местонахождение, скорость и ускорение переднего транспортного средства, но также его намерения, то есть запланированный график движения. Каждое транспортное средство сообщает о своих намерениях заднему транспортному средству. То, в свою очередь, использует эти данные для корректировки собственных намерений и сообщает свои намерения тому транспортному средству, которое находится сзади.

Оба варианта приблизительно равноценны, но во втором алгоритм сложнее. Поэтому пока выбран первый вариант.

Если маршруты заднего и переднего транспортных средств после развилки расходятся, то с этого момента для каждого из них будет приниматься в расчет новое, соответственно, переднее и заднее транспортное средство.

Если после слияний путей с боковых направлений могут появиться новые передние транспортные средства, то расчет делается отдельно для прежнего и каждого нового переднего транспортного средства, чтобы избежать столкновения с каждым из них.

В нештатной ситуации для избежания столкновения или уменьшения тяжести последствий неизбежного столкновения ограничениями рывка можно полностью пренебречь, а ограничения ускорения ослабить до значений, возможных при столкновении. Необходимое значение ускорения рассчитывается непрерывно в реальном масштабе времени. Ограничения скорости также можно ослабить в той степени, в которой это не приведет к опрокидыванию или сходу с рельсов.

Информация о возникновении нештатной ситуации не должна передаваться по цепочке транспортных средств, а должна одновременно поступать от зональной системы управления ко всем транспортным средствам, для которых возникла угроза столкновения.