Magyar Tudomány, 2008/02 163. o.

Közlekedés a XXI. században



Elektronikus jármű-

és infrastruktúra-rendszerek

a közlekedésbiztonság

növelésének szolgálatában


Fülep Tímea


doktorandusz hallgató

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi

Egyetem, Gépjárművek tanszék

fulep . timea auto . bme . hu

Palkovics László

az MTA levelező tagja, egyetemi tanár

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi

Egyetem Gépjárművek tanszék

palko auto . bme . hu



Bevezetés


A biztonságkritikus rendszerek fejlesztése a jövő járműveivel kapcsolatban főleg arra a társadalmi követelményre épül, miszerint az emberek biztonságosabb, megbízhatóbb járműveket akarnak látni az utakon, amelyek a vezetőnél hatékonyabban képesek az összetettebb helyzetek kezelésére. Az intelligens járműrendszerek alkalmazásával bizonyos mértékben úgy növelhető a közlekedési sűrűség, hogy a közlekedési balesetek száma nem feltétlenül növekszik. A lényegesen nagyobb mozgási energia miatt a személygépkocsikkal összehasonlítva a haszongépjárművek részvételével bekövetkező balesetek következményei komolyabbak.

A közlekedés volumenére és összetételére vonatkozó európai előrejelzések 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. További problémát jelent ennek a növekedésnek az összetétele, hiszen jelentős mértékben növekszik az áruszállítás volumene, amelyben 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 emelkedik a kombinált szállítás jelentősége, a rugalmassága miatt továbbra is a közúton történő célba juttatás marad a legjelentősebb.

Az 1. táblázat összefoglalja és értékeli azokat a lehetőségeket, amelyek potenciális alternatívát jelentenek e helyzet kezelésére. Nyilvánvalóan a közúton szállított anyagmennyiség csökkentése lenne a legkézenfekvőbb, hiszen egy vasúti mozdony motorjának a környezetre gyakorolt hatása nem több mint három-négy teherautóé, azonban több százszoros mennyiséget képes elszállítani. Problémát a vasúti szállítás flexibilitása okoz. Természetesen fel lehetne gyorsítani a közúti infrastruktúra fejlesztését is, ami egy sor pozitív hatással jár (munkahelyteremtés, gazdaság növekedése), azonban ez jelentős részben az államok által finanszírozott, emiatt lassú, valamint társadalmi tiltakozással jár (például Németország nyugati felében újabb autópályák építése gyakorlatilag lehetetlen).

Ami lényegesen ígéretesebbnek tűnik, az a nem út jellegű infrastruktúra, hanem az irányító rendszer fejlesztése, ami azonnali hatással járhat. Ide tartoznak például a navigációs rendszerek, 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, ill. a követési távolság csökkentése is megoldás, hiszen így nő a közlekedési sűrűség, azonban vele párhuzamosan nő a balesetek bekövetkezési valószínűsége is. Hasonló módon a járművek terhelhetősége és méreteik növelése is megoldást jelent, a megfelelő hátrányokkal. Az intelligens járműrendszerek ezekben az esetekben kínálhatnak megoldást, azaz bizonyos mértékben úgy növelhető a közlekedési sűrűség, hogy a közlekedési balesetek száma és az infrastruktúra terhelése nem feltétlenül növekszik (Palkovics, 2005).


Biztonsági rendszerek


Az esetek legnagyobb részében (kb. 96 %) vezetési hiba miatt következik be baleset. A gépkocsi vezetője nincs tisztában saját képességeivel és a fizika törvényeivel. Ez különösen olyankor szembetűnő, amikor a kanyart túlzottan nagy sebességgel veszi, és elveszíti uralmát a jármű fölött.

A blokkolásgátló fékrendszert (ABS1) kiegészítő elektronikus menetstabilizáló program (ESP2) fokozott uralmat biztosít az autó felett. Jelentősen csökkenti az alul- és túlkormányzottságot, és extrém helyzetekben is beavatkozik a stabilitás és az úttartás érdekében. A rendszer különböző szenzorokkal érzékeli az autó viselkedését, és automatikusan szabályozza a motorteljesítményt, illetve az egyes kerekek fékezését. Akkor lép működésbe, ha síkos úton, kikerülő vagy vészelhárító manőver közben alul- vagy túlkormányzottságot észlelnek az érzékelők. Ez a szerkezeti elem csökkentheti a pályaelhagyásos balesetek számát.


Intelligens járműrendszerek


Az ismert aktív és passzív biztonsági rendszerek elkülönített funkciókat töltenek be a járművekben, és noha kommunikálnak egymással, alacsony az integráltsági szintjük (Fülep et al., 2006). A fék- és kormányrendszerek még nem minden esetben elektronikusan vezéreltek, ezért fontos alapvetően fejleszteni a közlekedés biztonságát és hatékonyságát intelligens, elektronikusan vezérelt hajtáslánc alkalmazásával (Fülep et al., 2004).

A by-wire technológiák (1. ábra) mind működési, mind konstrukciós előnyökkel rendelkeznek, de alkalmazásuk biztonságkritikus rendszerekben a tervezési és fejlesztési folyamatok során különleges kezelést igényel.

Mi okozza a problémát, miért nem képes a jármű vezetője az említett helyzetek kezelésére? Ha az ábrára tekintünk (2. ábra), látható, hogy a járműről, annak környezetéből a vezető irányába nagy sebességgel áramlik az információ, ezek alapján azonban lényegesen lassabban alakul ki valamilyen tudatos reakció. Ehhez hozzáadódik még az izmok reakcióideje, valamint ezek függése a vezető pillanatnyi állapotától, valamint az a tény, hogy nem mindenről rendelkezik információval. Ezek együttesen eredményezik az adott helyzetben való nem megfelelő reakciót.

Az intelligens járműrendszerek ezt a szabályozó kört nyitják fel, és akár a járműről, akár a jármű környezetéről gyűjtött információ alapján küldhetnek figyelmeztetést a vezetőnek, vagy avatkozhatnak be a jármű viselkedésébe, akár úgy, hogy a vezető szándékát támogatják, de úgy is, hogy a vezetőt bizonyos időre felülbírálják, és annak szándékával ellentétes hatást fejtenek ki.


A menetdinamikai szabályozórendszerek alkalmazásának szükségessége


Kifejezetten valós helyzetnek számít, amikor a szerelvény pótkocsija közel van a felboruláshoz, azonban a jármű vezetője ebből közvetlenül nem sokat érzékel. A haszonjármű-balesetek jelentős része éppen ilyen felborulásos eset; hasonló módon képtelen a személyautó vezetője a kicsúszás vagy megpördülés határán lévő járműben érzékelni az adott helyzetet, mivel a jármű dinamikájáról nincs közvetlen információja. Az autóversenyzők a kormány folyamatos mozgatásával próbálják kideríteni, mikor kerül a jármű a stabilitás határára, és ennek megfelelően mikor célszerű beavatkozni. A járművezetők többsége azonban nem versenyző. Az információ hiányán túl további problémát okoz, hogy még ha rendelkeznénk is a megfelelő mozgásállapot-visszacsatolással, a vezetőnek ideje, képessége és eszköze sincs a helyes beavatkozásra.


A menetdinamikai szabályozórendszerek alkalmazásának feltételei


Hogy megértsük az intelligens járműrendszerek irányításba történő beavatkozásának lehetőségeit, röviden be kell mutatni, hogyan történik a jármű hagyományos irányítása, azaz hogyan vezetünk. Amikor a járművet irányítjuk, a vezető egy irányvektort fogalmaz meg, amelyet aztán a rendelkezésére álló kezelőszervek – váltókar, gázpedál, fékpedál, kormánykerék – segítségével közvetít az egyes, ma még diszkréten irányított működtető elemek (aktuátorok) – a váltó, a motor, a kormánymű és a fékrendszer irányába. Az ezek által kifejtett hatások – váltófokozat, motornyomaték, kormányzási szög – eredményeképpen a gumiabroncs és talaj közötti erők és nyomatékok a járművet bizonyos irányban elmozdítják, amelyet a vezető az általa képzelt irányvektorral összehasonlítva – ugyancsak diszkrét módon – korrigál.

A 3. ábra egy mai jármű vezető-aktuátor információátviteli rendszerét mutatja. A vezető az adott működtető elemmel az arra vonatkozó szándékát közvetlenül közli, azaz a nyomatékigényét a váltó megfelelő fokozatba kapcsolásával, illetve a gázpedál lenyomásával, az irányra vonatkozó igényét a kormány elforgatásával, illetve a lassulásra vonatkozó szándékát a fékpedál lenyomásával. A kapcsolat a vezető és az adott működtető elem között direkt, az esetek jelentős részében mechanikus, illetve pneumatikus vagy hidraulikus. Természetesen az egyes működtető elemek már közvetlenül is kommunikálnak egymással, példaként a kipörgésgátlót lehetne említeni, amikor a rendszer a nagy nyomaték hatására kipörgő kereket érzékel, nemcsak a féken keresztül avatkozik be, hanem a motor nyomatékát is automatikusan csökkenti.

Ahhoz, hogy a korábban említett intelligens rendszerek működni tudjanak, szükség van az egyes működtető elemek vezetőtől független működtetésére is, aminek megoldása csak elektronikusan történhet. A menetdinamikai szabályozórendszerek szempontjából legfontosabb elemek az elektronikus motor-, váltó-, kormány-, felfüggesztés- és fékrendszer-irányítási lehetőség. Az elektronikus motorirányítási – az ún. power-by-wire – rendszer lehetővé teszi a tetszőleges, gázpedálállástól független nyomatékigény kielégítését, a kormányrendszerbe történő elektronikus beavatkozás – angolul steer-by-wire – bizonyos feltételek mellett az autonóm kormányzást, az elektronikus fékrendszer – brake-by-wire – az autonóm fékezést biztosítja, hasonlóan a váltó elektronizálása a megfelelő fokozat kiválasztását, illetve a felfüggesztés jellemzői is módosíthatók.

Az elektronikus fékrendszer, illetve amit ma ezen értünk, haszonjárművekben 1996 óta szériafelszereltség, személygépkocsikban most kezd tipikussá válni. A rendszer az irányítása szempontjából valóban brake-by-wire, hiszen a vezető lassulásra vonatkozó igényét redundáns érzékelővel mérjük, majd egy sor más jellemző alapján a központi vezérlőegység kiszámítja, hogy az adott keréken milyen fékezési nyomatékot kell megvalósítani, és a kerékhez közeli elektropneumatikus, hidraulikus vagy a későbbiekben elektromechanikus működtető elem azt végrehajtja. Ilyen értelemben nincs közvetlen (mechanikus, pneumatikus) kapcsolat a fékpedál és a kerékfék között, és az eddigi tapasztalatok alapján ezek a rendszerek magas megbízhatósággal működnek. Ami miatt mégis minden jármű fel van még szerelve ún. hidraulikus vagy pneumatikus biztonsági tartalék (back-up) rendszerrel, az a vevői igény és bizonyos fokú bizalmatlanság, azonban ez a rendszer a fékezési folyamatban csak akkor vesz részt, ha az elektronikus rendszer meghibásodott.

A kormányrendszer a járműdinamikára és a jármű-irányíthatóságra gyakorolt szempontból 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 biztosítunk a vezető számára rásegítést. Hagyományosan ez hidraulikus rendszerrel történik, aminek az irányíthatósága nehézkes, valamint drága. Emiatt egy sor, a jármű kormányzását javító funkció megvalósítása problémába ütközik. Ez indokolja azt, hogy alapvetően személygépkocsikban, de hamarosan haszonjárművekben is alkalmazásra kerülnek az elektromos motorral támogatott kormányrendszerek. A rendszer méri a vezető által kifejtett kormányzási nyomatékot, és ezek, valamint további járműjellemzők függvényében fejt ki rásegítő nyomatékot. Ha a kormánykereket a kormányszerkezettel összekötő rudat elvágjuk, a rendszer továbbra is alkalmas kormányzásra, azaz a rendszer egy valódi elektronikus kormánnyá – steer-by-wire rendszerré – válik. Az ún. nyomatékrásegítéses elektronikus kormányrendszer egy sor funkciót biztosít, ami könnyíti a kormányzást, és javítja a kormányzási érzést. Ilyen például a sebességtől függő rásegítő nyomaték, ami kis sebességnél nagy, a sebesség növekedésével csökken, vagy másik előnye a sebességfüggő kormány-visszatérítés. Az elektronikus kormányrásegítés másik típusánál a kormányzási áttételt lehet változtatni, azaz a rendszer hozzáad vagy elvesz a vezető által kívánt kormányszöghöz. Ezt a tulajdonságát a fékrendszer alapú menetdinamikai szabályozóval történő integrációnál használják ki.

A drive-by-wire rendszer következő eleme az automatizált váltó, amely közvetlen mechanikus kapcsolat nélkül működtethető már ma is. Amit lényeges megjegyezni, hogy a váltó nem tekinthető biztonságkritikus járműrendszernek, ezért az egykörös elektronikus architektúra kielégíti a rendelkezésre állás követelményeit. Az elektronika meghibásodása esetén rendszerint elérhető egy ún. limp-home funkció, azaz a váltó egy olyan módba kapcsol, amellyel biztonsággal elhagyható a meghibásodás helyszíne, és elérhető a legközelebbi autójavító.


Menetdinamikai szabályozórendszerek


A menetdinamikai szabályozórendszerek a járműre szerelt érzékelők jelei alapján működnek, azonban működésükhöz nincs szükség a vezető közvetlen beavatkozására, a kialakult és az általuk optimálisnak ítélt mozgásállapot közti különbség hatására jönnek működésbe. Ilyen értelemben már autonóm rendszereknek tekinthetőek, azonban közös jellemzőjük, hogy a vezetőt nem bírálják felül, hanem támogatják az általa meghatározott irány követésében. Ide tartoznak a menetdinamikai szabályozórendszerek, amelyek az előző részben bemutatott elektronikus működtető elemeket felhasználva befolyásolják a jármű dinamikáját.

A menetdinamikai szabályozórendszereket két csoportba lehet osztani: az egyik a jármű síkbeli – tehát az út síkjában történő – dinamikáját befolyásolja, míg a másik az út síkjától eltérő, dőlés, bólintási mozgásokat tudja megváltoztatni, és közös tulajdonságuk, hogy a jármű és a talaj közötti erővektor irányát és nagyságát módosítják. Amennyiben a hátsó tengelyen lévő kerekeken fellépő oldalerő lecsökken, akkor a mellső tengelyen lévő nagy oldalirányú erő a járművet megperdíti a súlyponti tengelye körül, és a jármű kiperdül. Hasonló esetet idézhetünk elő, ha kis tapadású úton kanyarodás közben behúzzuk a kéziféket. Logikusan adódik a következtetés, hogy ebben az esetben a mellső tengelyen lévő kerékre ható oldalirányú erő lecsökkentésével a helyzet kezelhető lenne. A vezetőnek azonban nincs erre lehetősége, a menetdinamikai szabályozórendszer viszont éppen ezt teszi: a korábban bemutatott elektronikus fékrendszeren keresztül tudja fékezni ezt a kereket, és ezzel olyan nyomatékot képes kifejteni, amely a járművet stabilizálja.

Hasonló elven működik a jármű borulását felismerő és megakadályozó rendszer, ami szintén a kerékerővektorok manipulációján alapszik. Magas súlypontú járművek (SUV Sport Utility Vehicle – szabadidőjárművek, haszonjárművek) esetén a túl nagy kanyarsebesség ahhoz vezet, hogy a centrifugális erő és a keréken oldalirányban fellépő kerékerő alkotta erőpár a járművet felborítja. Logikusan adódik a következtetés, hogy ezen erőpár nyomatékának csökkentésével a felborulás elkerülhető. Az adott oldali kerék blokkolásával (illetve magas szliptartományba történő fékezésével) az oldalirányú erő jelentősen csökken, illetve természetesen csökken a jármű sebessége is, ami a centrifugális erő csökkenéséhez vezetve stabilizálja a jármű mozgását.

A menetdinamikai szabályozórendszer tervezésével szembeni alapvető követelmény, hogy ez a rendszer a vezető kormánykeréken keresztül kifejezett szándékát (mivel a rendszer más bemenettel nem rendelkezik) kövesse, azaz egy alkalmasan definiált ún. referencia- vagy virtuális járműmodellből kiszámítjuk az adott kormányszöghöz és az aktuális sebességhez tartozó legyezési szögsebességet, és amenynyiben a járművön mért érték ettől bizonyos határon túl eltér, a fék- vagy kormányrendszeren keresztül beavatkozunk. A fentiek azt is jelentik, hogy a rendszer minden esetben végrehajtja a vezető támogatását, tehát ha ő rosszul kormányoz, a rendszer segíteni fogja az utat szegélyező árok irányába is. Még egy fontos jellemzője van ezeknek a rendszereknek: ún. fail-silent jellegűek, azaz amennyiben a rendszer hibát észlel (nem hihető szenzorjel, a beavatkozás hatásossága lecsökken működtető elemhiba miatt), biztonságosan kikapcsol. Ami nem történhet meg, és ezt garantálja a rendszer bonyolult biztonsági szoftver része: a beavatkozás nem a vezető által kívánt irányban történik.

A fékrendszer-alapú menetdinamikai szabályozó működése egyszerű: a túlkormányzottá váló jármű – a vezető ellenkormányzása ellenére kanyarodó – esetén a kanyar szerinti külső mellső kerék és a pótkocsi megfékezésével a jármű viselkedése stabilizálható, míg az alulkormányzottá váló jármű a vezető elkormányzása ellenére tovább egyenesen haladna, azonban a kanyaroldali belső kerék egyoldalú fékezésével olyan nyomatékot tudunk kifejteni, amely a járművet a kanyar irányába forgatja.

Mint korábban említésre került, az elektromos kormány (mind a nyomaték-, mind a szögrásegítésű, illetve a teljesen elektronikus, back-up nélküli) lehetőséget biztosít a jármű dinamikájának aktív befolyásolására a kormányon keresztül is. A következő generációs menetdinamikai szabályozórendszerek a fékrendszeren kívül a kormányba is be tudnak avatkozni annak érdekében, hogy a jármű viselkedését stabilizálják. Ha a vezető folyamatos gázadással állandó sugarú körön próbál kanyarodni, a hagyományos rendszer esetében a növekvő sebesség miatt a jármű kiperdül; a vezető ellenkormányzással és gázelvétellel képes azt kompenzálni, bár ez jelentős gyakorlatot igényel. Az elektronikus kormányalapú menetdinamikai szabályozórendszer érzékeli ezt a helyzetet, és ellenkormányzással, valamint gázelvétellel a járművet a kívánt irányba kormányozza. Amit fontos itt megjegyezni: bár a kormánykerék (azaz a vezető irányra vonatkozó szándékát kifejező jel) másik irányban 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 fékrendszeralapú beavatkozás további lehetőségeket kínál. Az ABS-rendszer – blokkolásgátló – tervezése egy sor kompromisszumot tartalmaz, ezek egyike az osztott tapadású felületen – azaz az egyik oldali kerekek alatti tapadás lényegesen különbözik a másiktól – történő fékezés. 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 az alacsonyabbon elérhető fékerővel fékezzük, ez esetben ugyan nem keletkezik nyomaték, azaz a vezetőnek nem kell azt kompenzálnia. Ebben az esetben azonban a fékút lesz hoszszabb, hiszen 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, azonban a vezetőnek jelentősen többet kell – ha egyáltalán tud – kompenzálnia. Az ABS e két követelmény közötti kompromisszumos helyzetet eredményezi. Amennyiben azonban a fenti helyzetben az elektronikus kormányon történő beavatkozással már a fékezés kezdeti szakaszában tudjuk a fellépő helyzetet irányítani, a fellépő kiperdítő nyomaték lényegesen kisebb lesz, és nagyobb fékerőkülönbséget engedhetünk meg.

Hagyományos járművel történő fékezés esetén az adott manőver a vezetőtől több mint 120 fokos ellenkormányzást igényel, és emiatt a kis és nagy tapadású oldal között kisebb fékerőkülönbség engedhető meg. Az elektronikus kormánnyal történő beavatkozással a vezetőtől kívánt kormányzási beavatkozás a harmadára csökken, miközben a kormányzott kerekek természetesen a korábbihoz hasonló nagyságrendben kormányzódnak, és az adott manőver alatt a fékerőkülönbség magasabb lehet, ami a fékút közel 10 %-os csökkenését eredményezi. E példa jól mutatja, hogy az elektronikus rendszerek alkalmas integrálásával hogyan növelhető hatásosságuk.

A járműrendszerek irányításának új struktúrájában a döntéshozatali – fölérendelt irányítási és a végrehajtási alárendelt – szintek elválnak. A kommunikáció tartalma a két szint között a már említett irányvektor, mely a vezető szándékából és a környezetből/ről információval rendelkező érzékelők jeleiből áll össze. A végrehajtó szint a működtető elemein keresztül (váltó, motor, légellátó egység, kormánymű, fékrendszer) megfelelő beavatkozással ezt követi, illetve ha eltérés lép fel, a reaktív rendszerein keresztül (ezek a menetdinamikai szabályozórendszerek) beavatkozik. Ez az architektúra szükséges ahhoz, hogy bármilyen jövőbeni intelligens rendszer működhessen. Ha a fenti architektúrában a vezető irányra vonatkozó kívánságát, például a navigációs rendszer jeleivel vagy az útról érkező sebesség és irányjelekkel helyettesítjük, a jármű képes a teljesen vezető nélküli haladásra.


Az elektronikus menetstabilizátor –

a nemzetközi jogalkotás jelenlegi állása


Igaz, hogy a fékrendszerre épülő elektronikus menetstabilizátorokat (ESC – Electronic Stability Control) már sokkal korábban feltalálták (Kimbrough, 1991, Kimbrough – VanMoorhem, 1992; Palkovics – El-Gindy, 1995, 1996), azonban csak a közelmúltban kezdték el őket nagyobb számban alkalmazni a haszonjárműveken, ezért még nem túlságosan elterjedtek (Európában 5 % alatt van a részesedésük, más piaci szegmensekben pedig igazából nem mérhető). Sokkal nagyobb számban található meg a rendszer a személygépkocsikban, hiszen egyes piacokon akár az összes nyilvántartott autó 60 %-ának is tartozéka lehet (részletek a tanulmány további részében találhatók). Az ESC-rendszerek közlekedésbiztonságra gyakorolt pozitív hatása ma már nem kérdés, alkalmazásuk óta számos baleseti statisztikában nagyon jelentős javulás tapasztalható egyes baleseti kategóriákban.

A fenti tények (szélsőségesen különböző elterjedtség piacok és járműkategóriák szerint, baleseti statisztikák javulása) és a közlekedésbiztonság növelése iránti társadalmi igény felveti a törvényalkotóval szemben a kérdést: ha valóban ennyire egyértelműen pozitív a rendszer hatása, akkor eddig miért nem jelent meg ez a terület a jogszabályokban? Az ENSZ–EGB WP29-es munkacsoportja éppen ezért arra kérte fel a szakmailag illetékes munkacsoportot, hogy vizsgálja meg a kérdést, és tegyen javaslatot a jövőbeni jogszabályi keretek kialakítására.

• Bár az ESC-rendszerek működése (legalábbis műszaki szempontból) könnyen érthető, a szabályozásuk már kevésbé egyértelmű, és számos kérdés vár válaszra:

• Miért van szükség egyáltalán ezeknek a rendszereknek a jogi szabályozására, ha a piac mindenféle szabályozás nélkül egyértelműen elismeri az előnyeiket?

• Milyen területen kellene a szabályozást bevezetni? Mivel minden korszerű rendszer beavatkozó eleme a fék, logikusnak tűnik, hogy az ENSZ–EGB 13-as előírását egészítsék ki. De mi a helyzet a jövőben megjelenő újabb technológiai megoldásokkal?

• Mit is kell pontosan szabályozni? Magát a rendszert nem lehet pontosan meghatározni, ezért inkább a menetstabilizáló funkciót kellene leírni.

• Hogyan történjen a szabályozás? Szükség van meghatározott minimális konstrukció előírására, vagy előírható olyan teszt, amely a teljesítményt egyértelmű, mérhető, kiértékelhető szempontok szerint méri?

Noha nem annyira műszaki, mint inkább politikai döntéstől függ, nem lehet megkerülni: Szükség van-e arra, hogy az ESC-rendszert kötelezően előírjuk egyes járműtípusokra?

Az ESC-rendszerek nemzetközi áttekintése


Elterjedtség


Amint azt korábban említettük, az ESC-rendszerek világszerte egyre inkább elterjednek. A legjelentősebb növekedés Európában tapasztalható. 2003–2004 között az Európai Unió országaiban átlagosan 29-ről 36 %-ra nőtt az ESC-rendszerek elterjedtsége. A legmagasabb arányt Németország érte el, ahol az újonnan forgalomba helyezett személygépkocsik 64 %-át már ESC-rendszerrel szerelik fel (minden jelentős német autógyártónál, köztük a DaimlerChryslernél, a BMW-nél, az Audinál és a Volkswagennél az alapfelszereltség része az ESC). A többi országot szemügyre véve azt látjuk, hogy az Egyesült Államok is felzárkózóban van: az ESC-rendszerek aránya 2004-ben meghaladta a 11 %-ot. Ez a dinamikus növekedés azonban elsősorban a személygépkocsiknál figyelhető meg, a teherautók még kimaradnak ebből a trendből. Bár 2003 óta már több gyártó is kínálja a rendszert, legalábbis Európában, az elektropneumatikus fékrendszerrel rendelkező haszonjárművek esetében még ez a helyzet. Érdekes, hogy az Egyesült Államokban sokkal nagyobb igény mutatkozik a teherautók ESC-vel történő felszerelésére, mint Európában. Amikor pedig a tengerentúlon elérhető lesz a rendszer, elterjedtsége valószínűleg rövid időn belül meghaladja majd az európai értékeket. A két piac közötti különbség oka elsősorban a gépjárműflották biztosításának eltérő konstrukciójában rejlik.


A baleseti statisztikákra gyakorolt hatás


Az említett növekvő elterjedtség miatt ma már mérhető az ESC-rendszerek közlekedési balesetekre gyakorolt hatása. Világszerte számos vizsgálatot végeztek már erről, jó összefoglalást ad róluk Jennifer N. Dang (2004) és Riley Garrot (2005). A különböző forrásokból táplálkozó számadatok azonban mind hasonló végeredményre jutnak: az ESC megjelenése óta az egyjárműves (pótkocsi nélküli) balesetek száma 30–40 %-kal csökkent, míg a jármű feletti uralom elvesztéséből eredő halálos kimenetelű balesetek száma 60 %-kal esett vissza. A vizsgálatok külön hangsúlyt fektettek a magas tömegközéppontú járművekre, mint például az egyterűekre és a szabadidő-terepjárókra, ahol a javulás mértéke még ennél is meggyőzőbb.


Nemzeti jogalkotási kezdeményezések


A berendezés elterjedésével és az ESC-rendszerek előnyeinek egyértelművé válásával több ország és szakmai szövetség kezdte el az ESC-rendszerekhez kapcsolódó feladatterv meghatározását. Az Egyesült Államokban jelenleg komoly munka folyik (illetve a jelen cikk megjelenésének időpontjára ez talán már le is zárult) az ESC-rendszerek egységes követelményrendszerének kidolgozása érdekében. Az amerikai kormánynak az a célja, hogy bizonyos járműosztályokban kötelező felszereléssé váljon az ESC. Dánia a közelmúltban tette kötelezővé az ESC-rendszereket a turistabuszokon, és ebből a célból külön meghatározták az elektronikus menetstabilizálás fogalmát. Különböző szakmai szövetségek – például az amerikai egyesült államokbeli Autóipari Mérnökök Egyesülete (SAE – Society of Automotive Engineers, USA) – szintén foglalkoznak az ESC-rendszer meghatározásával. Még Új-Zélandon is dolgoznak ezen.


Az ESC szabályozása az ENSZ–EGB jogszabályi keretei között


Bár egyesek szerint a biztonsági öv feltalálása óta az ESC a legfontosabb olyan rendszer, amely a közúti balesetek súlyosságát és számát tekintve jelentős javulást eredményezett, a helyzet mégsem a megszokottak szerint alakul: az autóipar kézzelfogható eredményt produkáló rendszert vezet be, a társadalom részéről is megvan az igény, még sincs olyan szabályozás, amely meghatározná, hogy mit nevezünk ESC-rendszernek, melyek a termékkel szemben támasztott konstrukciós vagy teljesítménykövetelmények, és végül, de nem utolsósorban, hogy milyen járműkategóriák esetében kellene kötelezővé tenni beszerelését. Az ENSZ–EGB által létrehozott ad hoc szakértői csoport ezt a hiányosságot igyekszik pótolni azzal, hogy világszerte egységes feladattervet dolgoz ki az ESC-funkcióra.


Az ESC-funkcióval kapcsolatos

műszaki kérdések


Bár az elektronikus menetstabilizáló funkció működési elve jól ismert, van még néhány ezzel kapcsolatban megemlítendő fontos kérdés. Az ESC-funkció alapkövetelménye, hogy minden helyzetben kövesse a vezető szándékát, ami a következőket jelenti:

• a rendszer akkor lép közbe, ha a gépkocsivezető nem uralja a helyzetet,

• és a jármű optimális viselkedését egy olyan referenciamodellből számítja ki, amely a gépkocsivezető mérésekből kikövetkeztethető szándékán alapul;

• a beavatkozás arra irányul, hogy minimálisra csökkentse a mért és a számított (optimális) változóértékek közötti különbséget.

Ez a követelmény azt jelenti, hogy bár az ESC beavatkozik a jármű dinamikus viselkedésébe, ugyanakkor állandóan támogatja a gépkocsivezetőt, és nem hoz annak szándékával ellentétes döntést. Ráadásul az ESC-funkciónak – az ABS-hez hasonlóan – olyan meghibásodási jellemzőkkel kell rendelkeznie, hogy rendszerhiba esetén a működése biztonságos módon álljon le.

Az ESC funkcióinak említésekor meg kell különböztetni az úttest síkjába és a síkon kívül eső mozgásokkal kapcsolatos funkciókat, mert ezek a különböző gépjárműfajtáknál elkülöníthetőek egymástól, és előfordulhat, hogy egyes járműveknél csak az egyik fordul elő (a nyerges vontatóhoz például nincs szükség kitörés-, csak borulásgátlásra).

Fontos megjegyezni, hogy a szabályozásban következetesen menetstabilizáló funkciót, nem pedig rendszert említenek. Ennek az az oka, hogy az ESC-funkciók – még ha azok funkcionálisan meg is egyeznek egymással – más platformokon kerülnek megvalósításra személygépkocsikban (villamos komponensekkel rendelkező hidraulikus fékrendszer, elektrohidraulikus vagy elektromechanikus fékrendszer), a tehergépkocsikban (ahol az elektropneumatikus fékrendszer alkotja ezt a platformot) és a pótkocsikban.

Az egységes szabályozással kapcsolatban felmerülő további probléma a járműfajták sokfélesége: a jogszabályalkotónak a járművek széles skáláját kellene a szabályozásba bevonnia, az egyszerű kéttengelyes járművektől kezdve egészen a 8×8-as kerékképletű (nyolckerekű összkerékhajtású jármű) nehéz teherautókig és a toló-csuklós kivitelű buszokig. Hogy mindezen gépjárműfajtákra érvényes lehessen, a szabályozásnak bizonyos fokig rugalmasnak kell lennie, ez azonban nem veszélyeztetheti az ENSZ–EGB jogszabályi keretei közt a külső szervezetek által folytatott tárgyilagos jóváhagyási eljárást.


Összefoglalás


Az intelligens rendszerek alkalmazásának egyik központi problémája: Ki lehet küszöbölni a vezetőt az irányítási körből? Ennek a kérdésnek a megválaszolása kevésbé műszaki, sokkal inkább jogi és erkölcsi kérdés, ami a jövőbeni kutatások egyik kiemelkedő témáját jelenti. A fenti probléma feloldása valószínűleg annak az elfogadása lesz, hogy amennyiben a balesetet a vezető nem tudja elkerülni, akkor lehetőséget kell biztosítani a megfelelő intelligens rendszer beavatkozására. Ilyen elven működik az ún. ráfutásos balesetek következményeit csökkentő automatikus vészfékező rendszer, amely esetén ugyan a baleset bekövetkezik, de lényegesen enyhébb következményekkel, mintha a vezető nem fékezett volna. Különösen fontosak ezek a rendszerek a haszonjárművek esetén, amelyek részvételével bekövetkező balesetek következményei a lényegesen nagyobb mozgási energia miatt komolyabbak. A haszonjárműrendszerek műszaki felépítésüket tekintve nem különböznek a személyautókban alkalmazott rendszerektől, az egyetlen különbség a rendszer megtérülésében keresendő: amíg személygépkocsiban ez nem feltétlenül szempont, addig a teherjárművek esetén az üzleti modell lényeges eleme.


Kulcsszavak: intelligens, elektronikus járműrendszerek, jogi szabályozás, elektronikus menetstabilizátor



IRODALOM

Current Analysis of the Accident Statistics: Mercedes Passenger Cars Get Into Fewer Accidents [Baleseti statisztikák friss elemzése: a Mercedes típusú személygépkocsik kevesebb balesetet szenvednek] www.media.daimlerchrysler.com

Dang, Jennifer N. (2004): Preliminary Results Analyzing the Effectiveness of Electronic Stability Control (ESC) Systems [Előzetes eredmények az elektronikus menetstabilizáló (ESC) rendszerek hatásosságának elemzéséről]. DOT HS 809 790, Értékelés

Fülep Tímea – Palkovics László (2004): Reliability Analysis of Redundant Electronic Brake System for Heavy Goods Vehicle. VSDIA 2004 Mini Conference, Budapest, Hungary

Fülep Tímea – Óberling J. – Palkovics L. (2006): Design of Redundant Brake-by-wire Architecture for Commercial Vehicles Based on Qualitative Reliability Approach. BRAKING 2006 Conference, York, United Kingdom

Garrot, Riley (2005): The Status of the NHTSA’s ESC Research [Az NHTSA ESC-vel kapcsolatos kutatásának állása]. US-DOT NHTSA, 329244_web

Kimbrough, Scott (1991): Coordinated Braking and Steering Control for Emergency Stops and Acceleration [A fékezés és a kormányzás koordinált vezérlése vészfékezésnél és gyorsításnál]. ASME WAM 1991, Proceedings of Advanced Automotive Technologies. DE, 40, 243.

Kimbrough, Scott – Van Moorhem, William K. (1992): A Control Strategy for Stabilizing Trailers via Selective Actuation of Brakes [A nyergesvontatók stabilizálásának vezérlési stratégiája a fékek szelektív működtetésével]. ASME 1992, Transportation Systems, DSC. 44, 413–428.

Palkovics László (2005): Intelligens járműrendszerek. Mindentudás Egyeteme előadás

Palkovics László – El-Gindy, Moustafa (1995): Design of an Active Unilateral Brake Control System for Five-Axle Tractor-Semitrailer Based on Sensitivity Analysis [Öttengelyes nyergesvontató-szerelvény aktív féloldalas fékvezérlő rendszerének megtervezése érzékenységanalízis alapján]. Vehicle System Dynamics. 24, 725–758.

Palkovics László – El-Gindy, Moustafa (1996): Examination of Different Control Strategies of Heavy-vehicle Performance [A nehézjárművek teljesítményének vezérléséhez használt stratégiák vizsgálata]. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. 118, 489–498.



1 Anti-lock Brake System

2 Electronic Stability Program (A járművek biztonságával foglalkozó legtöbb multinacionális cég nyelve angol, ezért a fejlesztések betűszavai innen származtathatóak, bár a lézer hazai elterjedése előrevetíti meghonosodásukat.)




Lehetőségek

Mellette szól

Ellene szól




A közúti személy- és

Lényegesen kisebb

Alacsonyabb flexibilitás

teherforgalom csökkentése

környezeti hatás


és más eszközök igénybe vétele






A közúti infrastruktúra fejlődése

Erős gazdasági hatás

Lassú, társadalmi

felgyorsul, intelligenssé válik

(munkahelyek stb.)

tiltakozással jár




A nem út jellegű közlekedési

Azonnali hatás

Az adott problémát

infrastruktúra fejlesztése


csak részben kezeli




A közlekedési sűrűség növelése

Nincs infrastrukturális

Jelentős mértékben

(kisebb követési távolság,

igénye

csökkentheti a közle-

nagyobb megengedett sebesség)


kedés biztonságát




A jármű megengedett

Jelentősen megnöveke-

Az infrastruktúra terhe-

terhelésének és méreteinek

dett szállítási kapacitás

lése megnő vagy módo-

növelése


sítást igényel


1. táblázat • A közlekedés volumenének kezelésére vonatkozó alternatívák



1. ábra • Az intelligens járműirányítás alapját képező rendszerek

2. ábra • Intelligens rendszerek beavatkozása

3. ábra • A jármű diszkrét irányítórendszere


<-- Vissza a 2008/02 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra