Testing of AEB in winter conditions
Oscar Berg
Högskoleingenjör, Bilsystemteknik 2021
Luleå tekniska universitet
i
Förord
Jag vill börja förordet med att tacka min handledare och examinator Johan Casselgren för bra hjälp och synpunkter under arbetets gång. Tack till AstaZero som på kort tid skickade ett GVT-mål, vilket gjorde testerna möjliga och verklighetstrogna.
Denna rapport avhandlar ett examensarbete som har gjorts vid Luleå Tekniska
Universitet. Examensarbetet kom till för att handledare Johan Casselgren presenterade ett problem som skulle lösas vilket resulterade i denna rapport. Examensarbetet var ett ypperligt tillfälle att testa kunskaper som givits av utbildningen Bilsystemteknik.
ii
Sammanfattning
Autonoma förarhjälpsystem är något som är standard i fordon på marknaden. Det är system som ska hjälpa föraren att utföra en inbromsning om fordonet håller på att kollidera. Systemen assisterar föraren och minskar skador och dödsfall i trafiken årligen.
Denna rapport redovisar hur systemet Autonomus emergancy braking (AEB) reagerar när friktionen blir lägre, som tillexempel på en vinterväg. Data från testerna och exempel på förbättring kommer att redovisas. Testerna utfördes med hjälp av en styrrobot (SR60 Orbit) och en pedalrobot (CBAR 500). Målet som användes var ett Global Vehicle Target (GVT). Testerna utfördes på Arctic Falls testbanor utanför Älvsbyn, underlaget som testerna utfördes på var asfalt och packad snö.
Testerna visar märkbar skillnad mellan hur bilens system hanterar underlagen. Det framkommer från testerna att bilens system inte klarar av lägre friktion vilket medför stor risk för kollision och personskada. För att minska risken för kollision behöver fordonet mäta friktionen, sedan implementera det i uträckningar för att bestämma vart inbromsning ska ske.
iii
Abstract
Autonomous driver assistance systems are standard in vehicles. These systems help the driver to prevent an accident by automatically applying brakes on the vehicle. They assist the driver and help to prevent injuries and casualties caused by traffic accidents yearly.
This report shows data about how a vehicles Autonomous Emergency Braking (AEB) system reacts to a road surface with lower friction, for example in winter conditions. To help with the test was a steering robot (SR60 Orbit) and a pedal robot (CBAR 500) used to make the accuracy higher. The target that was used during tests was a Global Vehicle target (GVT). The tests were performed at ArcticFalls proving ground outside Älvsbyn on both asphalt and snow.
The tests show a noticeable difference between the distance it takes the car to stop on asphalt and snow. It emerges from the tests that systems like AEB can’t handle low friction, which is a huge risk for an accident. To prevent the risk of a collision is systems that can measure friction a priority.
iv
Innehållsförteckning
1 Inledning ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Syfte ... 2 1.3 Avgränsningar ... 2 2 Teori ... 3 2.1 Euro NCap ... 32.1.1 Autonomous Emergency Braking (AEB) ... 3
2.1.2 Testprotokoll AEB Car-to-Car systems ... 3
2.1.3 Global Vehicle Target (GVT) ... 5
2.2 Styr och pedalrobot ... 6
2.2.1 SR60 Orbit (Styrrobot) ... 6 2.2.2 CBAR500 (Pedalrobot) ... 6 2.2.3 Motionpack ... 6 2.2.4 GPS-station ... 6 2.2.5 Programvara... 7 2.3 Testbanor ... 7 2.3.1 Lågfriktionsbana ... 7 2.3.2 Högfriktionsbana ... 8 2.4 Testbil ... 8 3 Metod ... 9 3.1 Montering av Testutrustning ... 9 3.1.1 Styrrobot ... 9 3.1.2 Pedalrobot ... 10 3.1.3 Styrenhet ... 11 3.1.4 Motionpack ... 12 3.1.5 GPS-station ... 13 3.1.6 GVT ... 14
3.2 Kalibrering av Styrrobot och Pedalrobot ... 15
3.3 Planering av testfall... 15
3.4 Utförande av testfall ... 16
v 4 Resultat ... 17 4.1 Testfall 15km/h ... 17 4.2 Testfall 20km/h ... 18 4.3 Testfall 30km/h ... 19 4.4 Testfall 40km/h ... 20
5 Diskussion och slutsats ... 21
5.1 Euro Ncap ... 21
5.2 Testerna ... 21
5.3 Förslag till lösningar ... 22
1
1 Inledning
Rapporten avhandlar ett examensarbete som gick ut på att testa Autonomus Emergancy Braking (AEB) på underlag med låg samt hög friktion. Testfallet som utfördes gjordes enligt Euro NCaps testprotokoll AEB Car-to-Car systems. För att öka repeterbarheten och göra testerna så likt Euro NCap gör sina tester användes en
styrrobot och en Global Vehicle Target (GVT). Testfallen utfördes på testbanor i Norrbotten på både snö/is och asfalt.
1.1 Bakgrund
Aktiv säkerhet är något som är självklart i moderna fordon. Det är system som både förenklar vardagen för folk under pendling till jobb eller andra aktiviteter. Men det är också ett system som ska både förhindra och hjälpa föraren från att vara inblandad i en olycka. System som AEB är livsviktiga system som ska minska risken för att en kollision inträffar.
En studie gjordes av Automobile Club d'Italia och Bosch som har studerat data från bilar angående både typ av kollision och avstånd. De studerade data från 3,3 miljoner olyckor mellan 2017 och 2018, de koncentrerade sig på att undersöka
påkörningsolyckor bakifrån. Studien gick ut på att studera vilken påverkan AEB har för att minska antalet olyckor i trafiken och bevisa hur bra systemen är. Resultaten visade att kollisionerna minskade med 45%. Vilket betyder att cirka hälften av potentiella kollisioner kunde avvärjas med hjälp av systemet. 1
När företag som Euro NCap testar AEB i fordon så görs det enligt hårda
bestämmelser på vilket väglag som testet utförs, temperatur samt väder. Men det återspeglar inte verkligheten i många fall. Testen görs med sommardäck som tillverkaren monterat på bilen. Då vi i Sverige har ett krav på vinterdäck betyder det att vi har system i bilar som inte är testade hur det reagerar under halka och med andra typer av däck.
Bilens AEB system är inställt på en friktion och avläser avstånd till framförvarande fordon samt när den ska bromsa för att inte kollidera. Om då en bil framförs på vinterväglag där friktionen är låg och kan variera på vissa ställen gör det systemen obrukbara och inger en falsk trygghet till föraren, vilket kan resultera i allvarliga olyckor och personskador.
Med anledning av det så väcktes idén om att testa AEB på både asfalt och is/snö med vinterdäck. Detta för att påvisa att bilarna utrustade med dessa system idag inte klarar av vinterförhållanden. Att då kunna påvisa till både biltillverkare och testföretag att systemen inte klarar av lägre friktion, och att då presentera förbättringar för att öka reliabiliteten och öka säkerheten i vinterväglag.
2
1.2 Syfte
Examensarbetes syfte var att testa ett fordons AEB-system i vinterförhållanden. Detta för att sedan göra en analys på hur systemet reagerar när det blir en lägre friktion. Målbilden är att då kunna bevisa vilken påverkan som friktionen har på fordonet under ett testfall där bilen kör mot en Global Vehicle Target (GVT). För att testa AEB på ett så bra sätt som möjligt gjorde det enligt Euro NCaps protokoll. Dock krävdes modifikationer av protokollet för att kunna göra tester i vinterförhållanden.
Syftet bakom användandet av styrroboten är för att den är framtagen för att testa dessa system. Styrroboten tar nästan helt bort den mänskliga faktorn och ökar
repeterbarheten markant för testfallen.
1.3 Avgränsningar
Avgränsningarna som gjordes under detta arbete är både relaterat till testdata och testfallen. Datat som samlades in från testerna var mycket och skalades ner till att analysera position på bilen och hastighet.
Avgränsningar i testprotokollet 2 har gjorts för att göra testerna möjliga med angiven utrustning. Den främsta avgränsningen är att testen har koncentrerats på CCR:s (Car-to-Car Rear stationary).
3
2 Teori
2.1 Euro NCap
Euro NCAP startades 1997 och har sedan start gjort oberoende tester av de vanligaste bilarna som säljs i Europa. Euro NCAP har 7st testlaboratorier och samarbetar med både statliga och privata aktörer. Alla tester som Euro NCAP gör utförs både för att fordonstillverkarna ska få ett oberoende bevis på säkerheten i bilen samt hjälpa konsumenten välja bil med högst säkerhet.
2.1.1 Autonomous Emergency Braking (AEB)
AEB är ett system som ska detektera ett föremål såsom ett fordon, cyklist eller människa och sedan bromsa fordonet om föraren i fråga inte gör det. Systemet varierar mellan tillverkare men bygger på att bilen har en radar (24 till 77Ghz), Lidar eller en kamera.
Euro NCap började testa AEB system i fordon 2014. Då var testen uppdelade i 2 olika typer av testscenarier. Första var AEB City och där testades systemen i hastigheter upp till 50km/h. Andra testfallet är AEB interurban, då testades fordonen i hastigheter upp till motorvägsfart. Men efter att tekniken och utrustningen som monterats i fordon utvecklats har gränsen mellan AEB City och AEB interurban blivit mindre.3
2.1.2 Testprotokoll AEB Car-to-Car systems
För att på ett standardiserat sätt testa fordons AEB system har Euro NCAP framställt ett testprotokoll. Det innehåller bestämmelser om hur både testen ska gå till, med också hur bilen ska förberedas, hur väglag/väder ska vara samt hur omgivningen ska se ut.
Testbana
Testbanan som testen ska utföras på ska enligt protokollet vara torr asfalt som får ha en maximal lutning på 1%. Minsta tillåtna friktion mellan däck och underlag är 0,9. Vägen som testerna ska utföras på får inte ha några hinder som kan förvirra systemet. Väderförhållanden
Väderförhållandena under testet är också noggrant beskrivet i protokollet.
Temperaturen under testen ska vara mellan 5°C och 40°C, det får inte vara någon nederbörd eller vindar över 10 m/s. Under hela testet skall det vara dagsljus och inga skuggor som kan störa både fordonet och GVT. För att dokumentera vädret under testet ska Lufttemperatur, temperatur i väglag, vindhastighet och omgivande belysning mätas i ett intervall på 30 minuter.
Omgivning
Omgivningen under testet får inte innehålla något som kan påverka fordonet eller GVT. Detta innefattar skyltar, lyktstolpar eller broar. Under hela testet ska 3 meter runt fordonet vara fritt från hinder.
3https://www.euroncap.com/en/vehicle-safety/the-ratings-explained/safety-assist/aeb-car-to-car/#
4 Testfordon
Protokollet ger en noggrann beskrivning på hur fordonet system, däck och vikt ska förberedas inför test. Är det möjligt att ställa in AEB systemet så ska mittersta
inställningen användas. Däcken som används under test ska vara originaldäck på fälg från tillverkaren som sedan körs in enligt protokollet. Lufttrycket i däcken ska vara enligt det som är rekommenderat från tillverkaren. Hjulvinklar ska också vara original och inför test ska det kontrolleras.
Fordonets vikt är noggrant kontrollerat och under testet ska fordonet minst ha 90% bränsle i bränsletanken. Bilens motorolja ska vara maximalt fylld om det inte är fallet ska den fyllas på. Utrustning som reservhjul och verktyg ska också finnas i bilen om det kommer standard från tillverkaren. Fordonet ska vägas inför testen och sedan beräkna om någon ballast är nödvändig.
Inkörning inför test
Inför testen ska bilen köras in och protokollet har beskrivit hur den proceduren ser ut. När bilen anländer till testlabben ska den köras minst 100km om tillverkaren anser det. Under körningen ska föraren undvika kraftiga inbromsningar eller accelerationer. Bromsarna ska köras in om körningen på 100km inte har utförts. Då ska fordonet göra 20st inbromsningar från 56km/h. Sedan direkt efter utföra 3st ABS-inbromsningar från 72km/h. Efter inbromsningarna ska bilen köras i sistnämnda hastigheten tills bromsarna är kylda.
Däcken ska också köras in om körningen på 100km inte har utförts. Först ska fordonet köras 3st varv i en cirkel som har 30 meter i diameter. Efter körs 10st repetitioner av sinus-svängar med en amplitud på 1Hz, sista sinus-svängen ska ha amplitud 2Hz. Testscenarier
Det finns 4st testscenarier som Euro NCAP använder sig av för att testa AEB CCR. Det första är Car-to-Car Rear stationary (CCRs), då körs fordonet mot en stillastående GVT. Det andra testscenariot är Car-to-Car Rear moving (CCRm), då körs fordonet mot en GVT som färdas i en hastighet som är lägre. Scenarierna körs i hastigheter mellan 10-80km/h (CCRs) och 30-80km/h (CCRm). Hastigheten ökas i steg om 5km/h.4
Det tredje testscenariot är Car-to-Car Rear braking (CCRb). Testet går ut på att fordonet och GVT körs i samma hastighet. Det finns 2st avstånd som detta testas med och det är 12 och 40m. Sedan bromsar GVT med en acceleration på −2 𝑚/𝑠2 samt
−6 𝑚/𝑠2.5
År 2020 introducerades ytterligare ett till testscenario Car-to-Car Front turn-across-path (CCFtap). Testet går ut på att fordonet kommer fram till en fyrvägskorsning och ska svänga vänster över mötande trafiks körbana. När fordonet kommer fram till korsningen och börjar svänga möts den av GVT i motsatt riktning. Då ska fordonet reagera på mötande GVT och bromsa. Testet görs i följande 3 hastigheter 10km/h, 15km och 20km/h. Radien på kurvan som fordonet tar varierar av hastighet i testet. 6
4https://cdn.euroncap.com/media/56143/euro-ncap-aeb-c2c-test-protocol-v302.pdf Mars (2021) 5https://cdn.euroncap.com/media/56143/euro-ncap-aeb-c2c-test-protocol-v302.pdf Mars (2021) 6https://cdn.euroncap.com/media/56143/euro-ncap-aeb-c2c-test-protocol-v302.pdf Mars (2021)
5
2.1.3 Global Vehicle Target (GVT)
För att kunna testa bilens AEB-system måste det finnas ett mål för att få systemet att reagera och utföra en inbromsning. Användningen av en riktig bil hade varit
fördelaktigt. För att både ta bort riskerna för skador på testförare och testfordon vid en eventuell kollision har ett mjukt fordon utvecklats som är möjligt att kollidera med. Målet kallas för GVT och är designad för att bilens system ska registrera den som en riktig bil.
Figur 1, Illustrering på en GVT
Modell av GVT som användes för att göra testerna i detta examensarbete är Soft Car 360 och byggd av företaget AB dynamics. Den är speciellt framtagen för att användas i Euro NCAP:s tester av AEB. Dimensionerna på Soft Car 360 är längd 4023mm, bredd 1712mm och höjd 1427mm. 7 Målet består av en monteringsplatta, plattor som utgör skelett och sedan monteras ett skal. Materialet på skalet har valts för att
efterlikna reflektionen från ett vanligt fordon.
7
6
2.2 Styr och pedalrobot
Utrustningen som användes för att köra fordonet är en styr och pedalrobot.
Anledningen till användningen av dessa är ökad repeterbarhet och utebliven mänsklig påverkan. Styr och pedalroboten är tillverkad av AB Dynamics i Storbritannien. AB Dynamics är världsledande i att utveckla och tillverka denna typ av testutrustning och har världens 25 största biltillverkare samt alla 7 Euro NCAP laboratorier som kunder8.
2.2.1 SR60 Orbit (Styrrobot)
Styrroboten som användes under testfallen är en SR60 Orbit som är tillverkad av AB Dynamics. Denna robot är framtagen för test av ESC-system men kan också användas för andra typer av Path Following tester. Path Folowing betyder att fordonet följer en förbestämd bana. Styrroboten är speciellt framtagen för att vara lätt att installera samt kunna användas utan att behöva koppla bort bilens AIRBAG.9
2.2.2 CBAR500 (Pedalrobot)
Pedalroboten som användes för att utföra testfallen är CBAR500. Det står för
Combined Braking and Accelerator Robot. Den är speciellt utformad för att ta så lite plats som möjligt och ändå vara stabil för att klara bromskrafterna. Designen på CBAR500 möjliggör att föraren kan båda använda gaspedalen samt bromspedalen med roboten monterad i fordonet. CBAR500 är speciellt framtagen för test av ADAS system som AEB.
2.2.3 Motionpack
Modell av Motionpack som används är RT2002 och är tillverkat av Oxford Technical Solutions. Det har som uppgift att både förse CAN bus data till styrenheten för styrroboten och pedalroboten med data om GPS-position och fordonsdynamiska data. Den kan också mäta data från körningen som yaw, pitch, roll, accelerationer och position.
2.2.4 GPS-station
För att öka noggrannheten på GPS-datat som Motionpacket skickar till Styrenheten för styrroboten och pedalroboten används en GPS-station. Den består av en Antenn, 2st radio-modem och en basstation. Basstationen tar GPS-data som kommer från Antennen och sedan skickar det via GPS-stationens Radio-modem till fordonets Radio-modem. Detta ökar noggrannheten på fordonets position till 2cm.
8https://www.abdynamics.com/en/about-us Mars (2021)
7
2.2.5 Programvara
Det användes 5st programvaror för detta examensarbete. Programvarorna är GPS-Base, RT Configuration Wizard, Connection – Engenuety och RC7. GPS-Base kalibrerar GPS-stationen. RT Configuration Wizard kalibrerar och berättar för
Motionpacket vart det befinner sig i bilen, vart GPS-pucken är lokaliserad på fordonet samt vilken data som kommer från GPS-Stationen. Connection – Engenuety
kontrollerar att både data från Motionpack och GPS-Station stämmer och om det funkar som det ska. RC7 är programvaran till styrenheten för styrroboten och
pedalroboten där både testfall konstrueras, testas och analyseras. Sedan för att tydligt visa testdatan användes MATLAB 2019b.
2.3 Testbanor
Testfallen utfördes i Norrbotten på Arctic Falls testbanor. Banorna ligger stationerade utanför Älvsbyn, Vitberget och en inomhushall i Piteå. Arctic Falls har 30 år av erfarenhet när det kommer till testbanor för fordons- och däckindustrin. Det finns en stor variation av banor med varierande underlag som is, snö och asfalt.
2.3.1 Lågfriktionsbana
Lågfriktionsbanans underlag var packad snö. Längden på banan var 500 meter och bredden är 40 meter.
8
2.3.2 Högfriktionsbana
Högfriktionsbanans underlag var asfalt. Banan har längden 180 meter och 4 meter bred.
Figur 3, Bild på Högfriktionbanan
2.4 Testbil
Fordonet som användes under testet var en Volvo XC40 D3 årsmodell 2019. Bilen var utrustad med Volvos City Safety som består av en kamera och radar som kan detektera hinder i form av Bilar, lastbilar, motorcyklister, cyklister och
gångtrafikanter. Radarn detekterar potentiella hinder framför bilen och bestämmer distans, position och i vilken riktning hindret rör sig. Kameran i sin tur bestämmer typ av hinder som är framför bilen.10 Testbilen var utrustad med friktionsdäck under testfallen. Märket var Continental VikingContact 7 med storleken 235/65R17.
10
9
3 Metod
Metoden för denna rapport kommer att beskriva tillvägagångssättet och visa mer ingående hur testutrustningen monterades i bilen, hur den kalibrerades, hur testfallen framställdes och hur testfallen utfördes.
3.1 Montering av Testutrustning
Utrustningen som monterades i bilen var en styrrobot, pedalrobot och GVT
tillverkade av Ab Dynamics, motionpack tillverkad av Oxford Technical Solutions samt GPS-station.
3.1.1 Styrrobot
Första steget när styrroboten ska monteras är att sätta fast kuggkransen på baksidan eller framsidan på ratten som sedan fästs med buntband. Sedan ska ett fäste monteras på fästet för passagerarstolen. Till det monteras en justerbar stång som stabiliserar styrroboten. Efter detta så monteras styrroboten mot kuggkransen och den justerbara stången. Kablarna till styrroboten kopplas in och dras på ett smidigt sätt bak till styrenheten. Färdig montering av styrrobot visas i figur 4.
Figur 4, Montering av Styrrobot framifrån
Figur 5 visar delarna till styrroboten. Del 1 är kuggkransen som fästs på ratten. Del 2 är ett skydd för att inte fastna i kuggkransen när styrroboten körs. Del 3 är
styrroboten. Del 4 är kablarna som kopplas till styrenheten. Del 5 och 6 är en justerbar stång samt ett fäste som monteras på fästet för passagerarstolen.
10
3.1.2 Pedalrobot
När pedalroboten ska monteras i bilen är första steget att placera och justera in ramen som sedan pedalroboten ska monteras på. Den ska justeras så att den ligger på
kanterna på stolen, detta görs genom skruvar på ramen. Exempel på montering visas i figur 6. Efter att ramen är rätt inställd så spänns den fast med ett spännband i främre delen samt vid ryggstödet.
Figur 6, visar färdigmonterad pedalrobot
När ramen sitter fast så ska fästet för pedalroboten justeras så det passar i fordonet. Detta görs genom skruvar på både ramen och fästet för pedalroboten. När den är godtyckligt inställd så kan pedalroboten fästas. När pedalroboten är på plats monteras pedalfästen på både gas- och broms-pedalen. Sedan justeras stagen till gas- och broms-pedalen.
När allt är monterat kopplas kablarna från pedalrobot till styrenhet in och dras på ett smidigt sätt bak till styrenheten. Kabeln som går till trycksensorn på bromsstaget kan fästas på kabeln till pedalroboten för att inte skada den.
11
Figur 8 visar delarna till pedalroboten. Del 1 är ramen samt pedalrobotfästet. Del 2 är kablarna som är kopplade mellan pedalrobot och styrenhet. Del 3 är pedalfästena och del 4 är pedalstagen. Del 5 är pedalroboten och del 6 är spännbanden som används för att spänna fast ramen.
Figur 8, Delar till pedalroboten
3.1.3 Styrenhet
Vid montering av styrroboten ska den placeras på en skyddad del av bilen. Den ska också kunna spännas fast så den inte rör på sig under körningarna. I detta fall så valdes bakre delen av fordonet där den kunde spännas fast på ett bra sätt. Även
batteriomvandlaren kunde då spännas fast på styrenheten. Då bilens batteri sitter långt från styrenheten användes ett vanligt bilbatteri som strömkälla, den fästes bakom styrenheten som visas i figur 9.
12
Figur 11 visar delarna till styrenheten. Del 1 och 2 är styrenheten och
batteriomvandlaren. Del 3 är kabeln mellan batteri och batteriomvandlaren. Den 4 är nödstoppet till styrenheten. Del 5 är kabeln som går mellan batteriomvandlaren och styrenheten.
Figur 11, Delar till styrenhet
3.1.4 Motionpack
När motionpack ska monteras är det viktigt att det hamnar så centrerat i bilen som möjligt. Detta för att underlätta vid kalibrering. Viktigt är också att den sitter fast och monteras så plant som möjligt. I detta fall monterades motionpack på skidluckan på bilen. En GPS-puck kopplas in till motionpack och placeras ovanför där motionpack är placerad i bilen. Ett modem kopplas till motionpack som kommunicerar med GPS-stastionen via en antenn på bilens tak. Det kopplas en CAN Bus kabel från
motionpack till styrenhet.
13
Figur 14 visar delarna till motionpacket. Del 1 och 2 är motionpacket och modemet. Del 3 är strömkabeln till motionpacket. Del 4 är antennen till modemet och GPS-pucken till motionpacket. Del 6 är kabeln mellan modemet och motionpacket och del 7 är kablarna mellan motionpack och styrenheten.
Figur 14, Delar till Motionpack
3.1.5 GPS-station
Vid montering av GPS-stationen skruvas GPS-antannen på stativet. Sedan kopplas det till mottagaren som skickar signalen via ett modem via en antenn. Ett bilbatteri
används som strömkälla. Mottagaren och modemet placeras i en väska för att skydda från väder och vind.
Figur 15, visar monterad GPS-station Figur 16, delar till GPS-station
Figur 16 visar delarna till GPS-stationen. Del 1 är mottagaren som sedan skickar GPS-signalen till Motionpack med hjälp av del 2 som är modemet via en antenn. Del 3 är GPS-antennen med tillhörande kabel. Del 4 är kablarna till GPS-stationen som används för både strömtillförsel, kalibrering och kommunikation mellan mottagaren och modemet.
14
3.1.6 Global Vehicle Target (GVT)
När GVT ska monteras sätts delarna fast på sina ställen som hålls fast med hjälp av kardborreband. Det är markerat på delarna vart och hur dom ska sitta. Figur 17 och 18 visar nedan när delarna är monterade.
Figur 17, Bild fram på GVT under montering Figur 18, Bild bak på GVT under montering
Efter att skelettet på GVT är monterat ska ett skal spännas på för att få den att efterlikna en bil. Det görs genom att börja bakifrån och arbeta sig framåt. Det är tydliga anvisningar på skalet hur det ska göras samt i vilken ordning dom ska sitta.
15
3.2 Kalibrering av Styrrobot och Pedalrobot
Vid varje körning med styrroboten ska ett så kallat HOME test göras vilket kalibrerar grundfunktionerna. Det vill säga ändläge för raten i båda riktningar, det görs också ett Zero Steering test vilket bestämmer där ratten är rak. Bromssensorn kalibreras för att bestämma maximalt bromstryck som bromsservot kan verka på bromspedalen. När gasroboten ska kalibreras visar man först vart nolläget ligger, det vill säga ingen gas. Efter det applicerar man manuellt maximal gas för att visa gasroboten hur mycket den kan trycka på pedalen.
Utöver Home testerna som behöver göras vid varje körning av styrroboten behöver också Pathfollowing och Speedkontrollen kallibereras. Både Pathfollowing och Speedkontrollen är induviduell till bilen och behöver därför kalibreras en gång till just den bilen som testas. Det finns färdiga testfall som kan köras för att kallibrera detta samt att det ibland kan krävas manuell justering.
När Path Following kalibrerades användes ett färdigt testfall som heter Path
Following Gain vilket gör en undanmanöver i 10–130 km/h.Vid kalibrering kördes testbilen i hastigheter till 50km/h. Innan kalibreringen av Path Following Gain hade styrroboten en Path Finder error på cirka en meter och efter kallirering var värdet på 0,2 meter. Det gjordes även en manuell kalibrering av Path Following genom att ändra värden på både Proportional gain och Look ahead constant. Det resulterade i att Path Finder error blev cirka 8cm.
När Speedkontrollen skulle kalibreras gjordes först tester utan kalibrering. Det visade då att hastigheten en differens på 0,5 till 1 km/h. Då togs beslutet att inte fokusera mer på kalibreringen då det krävdes en testbana och tillgången på dem var begränsad.
3.3 Planering av testfall
Vid planering av testfallen uppkom problemet att det skulle bli svårt att testa exakt enligt Euro Ncaps testprotokoll för AEB. Då det kräver en hastighetsökning på 5 km/h i ett spann på 10–80 km/h. Då testerna skulle göras på halt underlag med låg friktion så skulle det betyda att GVT skulle bli påkörd, vilket kräver att den måste byggas upp igen och det är tidskrävande. Det valdes därför 4st hastigheter som var 15, 20, 30 och 40 km/h. Då minskade testiden markant samt att det återspeglar de
vanligaste hastigheterna där AEB kan komma till användning, det vill säga i stadstrafik.
För att köra med roboten i Path Follow krävs det ett koordinatsystem där alla testfall startar samt där testdatat börjar loggas. För att få bilen att stabilisera sin fart så valdes det avståndet till ca 50–60 meter.
Det gjordes 4st banor i programmet RC7 till styrroboten. Det var en rak bana som var 100m lång vilket i detta fall när GVT står 50–60 meter från koordinatsystemet betyder att den kommer kollidera med GVT.
16
3.4 Utförande av testfall
Testfallen utfördes den 23 Mars 2021 på Arctic Falls testbana utanför Älvsbyn. Vädret när testerna utfördes var sol utan några moln på himmelen med en temperatur på 8 grader och ingen större påverkan från vind.
Innan testerna började förberedes en bana på 65m mellan koordinatsystemet och GVT så testbilens hastighet skulle stabilisera sig. Vid slutet på banan placerades GVT riktad i samma riktning som körriktningen på testbilen. Vid utförande av testfallen kördes varje hastighet en gång. Anledningen till att testfallen bara kördes en gång beror på tidsbrist samt att bygga en GVT tar tid om den förstörs vid test.
3.5 Problemlösning
Vid start av examensarbetet tog beslutet att bygga en form av GVT på universitetet. Det valdes då att försöka få testbilen att reagera på en uppblåsbar madrass som skulle stå på högkant. Den tejpades med silvertejp för att öka reflexiviteten samt användes svart tejp för att efterlikna en bakruta. Under första testerna reagerade bilen inte på sängen. Då tejpades två vertikala pelare samt reflekterade tejp för att öka
reflexiviteten. Testbilen reagerade på sängen och gjorde inbromsningar, dock fungerade det bara när det stod under konstant solljus och inte om det var molnigt. Samt var reliabiliteten dålig för att bilen reagerade cirka varannan gång och ibland inte alls.
Figur 21, visar madrassen som skulle agera GVT
Problemet varför inte testbilen reagerade var för att Volvo City Safety inte uppfattade sängen som en fara. Systemet som har beskrivits tidigare använder en radar som uppfattar att något står framför fordonet sen är det en kamera som bestämmer typ av föremål samt om det kan uppstå någon fara. I detta fall uppfattade bilen att det inte var någon direkt fara och därav inte utförde någon nödbromsning.
Problemet löstes med hjälp av AstaZero utanför Borås som skickade en GVT till Luleå tekniska universitet som systemet uppfattar som en verklig bil och ökade reliabiliteten på testerna.
17
4 Resultat
Resultatet kommer att presentera figurer som visar bromssträckor samt redovisa längd på bromssträckor från AEB ingrepp i hastigheterna 15, 20, 30 och 40 km/h. Varje hastighet kördes på 2 olika banor med hög samt låg friktion.
4.1 Testfall 15km/h
Resultatet från testfallen i 15km/h visas i Figur 22. Det framkommer att
bromssträckan på asfalt är 2,4 meter samt 3,7 meter på snö. Bromssträckan på snö är 1,3 meter längre. När fordonet på asfalt hade stannat färdades fordonet på snö fortfarande i en hastighet på 7,5km/h. Vid båda inbromsningarna stannade fordonet innan GVT och ingen kollision inträffade.
18
4.2 Testfall 20km/h
Resultatet från testfallen i 20km/h visas i Figur 23. Det framkommer att
bromssträckan på asfalt är 3,9 meter samt 5,6 meter på snö. Bromssträckan på snö är 1,7 meter längre. När fordonet på asfalt hade stannat färdades fordonet på snö fortfarande i en hastighet på 12km/h. Vid inbromsningen på asfalt stannade fordonet innan GVT och ingen kollision inträffade. När fordonet utförde inbromsningen på snö inträffade det en kollision med GVT. Hastigheten vid kollisionen var 6,5km/h och fordonet stannade 0,6 meter efter GVT.
19
4.3 Testfall 30km/h
Resultatet från testfallen i 30km/h visas i Figur 24. Det framkommer att
bromssträckan på asfalt är 9,4 meter samt 15 meter på snö. Bromssträckan på snö är 5,6 meter längre. När fordonet på asfalt hade stannat färdades fordonet på snö fortfarande i en hastighet på 22km/h. Vid inbromsningen på asfalt stannade fordonet innan GVT och ingen kollision inträffade. När fordonet utförde inbromsningen på snö inträffade det en kollision med GVT. Hastigheten vid kollisionen var 21km/h och fordonet stannade 4,9 meter efter GVT.
20
4.4 Testfall 40km/h
Resultatet från testfallen i 40km/h visas i Figur 25. Det framkommer att
bromssträckan på asfalt är 12,6 meter samt 19,6 meter på snö. Dock sker en paus av inbromsningen på asfalt på 2,7 meter, därav sker kollision med GVT. Utan pausen av inbromsningen hade bromssträckan varit 9,8 meter vilket inte hade resulterat i
kollision. Bromssträckan på snö är 7,3 meter längre. När fordonet på asfalt hade stannat färdades fordonet på snö fortfarande i en hastighet på 24km/h. Vid
inbromsningen på asfalt kolliderade fordonet med GVT. Hastigheten vid kollisionen var 21km/h och fordonet stannade 2,4 meter efter GVT. När fordonet utförde
inbromsningen på snö inträffade också kollision med GVT. Hastigheten vid kollisionen var 28km/h och fordonet stannade 9,7 meter efter GVT.
21
5 Diskussion och slutsats
Slutsatserna som kan dras från detta examensarbete är skillnaden mellan AEB inbromsningar på snö och asfalt finns och den kan medföra olyckor. Det var något som antogs i början av arbetet och vilket bevisades med testerna som gjordes. Sverige som land är inte ensamt om att ha ett varierande klimat och det resulterar i att
friktionen på våra vägar minskar och ökar. Bilarna idag kommer utrustade med någon form av AEB men det framkommer att dom inte är framtagna för varierande friktion på vägen och är därav en falsk trygghet i vissa fall.
5.1 Euro Ncap
Euro Ncap är ett måste för att fordonen ska vara säkra och skydda människor i trafiken. Testfallen som de har är utformade för att visa för konsumenten hur bra respektive dåligt ett system fungerar. Det för att hjälpa konsumenten att välja säkraste bilen och för att tillverkarna får ett oberoende test på hur deras system fungerar. Testfallen utförs dock i förhållanden som liknar ett labb och kanske inte återspeglar verkliga situationer både väder och friktionsmässigt. För att då öka verklighetsgraden på testerna borde Euro Ncap testa hur både fordonen och systemet beter sig när friktionen i väglaget är lägre och när vädret inte är optimalt. Skulle Euro NCap implementera liknande tester skulle det pressa fordonstillverkarna att utveckla system som klarar av inbromsningar vid olika typer av väder och friktion.
Om Euro Ncap skulle implementera tester i låg friktion och olika typer av väder kommer fordonstillverkare tvingas till att utveckla system som klarar liknande krav. Anledningen är för att tillverkarna använder Euro Ncap i marknadsföring och för att locka fler kunder att välja just deras bil och att majoriteten av konsumenter inte köper en bil som har 5 stjärnor eller lägre.
5.2 Testerna
Skillnaden som framkom när resultatet från testerna presenterades var inte något som förvånade. Det visas i figurerna att bilen reagerar vid samma tillfälle vid körningarna på is och asfalt. En observation som gjordes var att bilen i hastigheterna 30km/h och 40km/h reagerade och påbörjade inbromsningen cirka 5 meter tidigare. Förutom körningarna i 15km/h inträffade det kollisioner med GVT i hastigheter från 6,5km/h till 28km/h. Hade det hänt ute i trafiken och att det var en verklig bil som det kördes emot hade kollisionerna inneburit alvarliga skador för alla inblandade. Fler städer satsar på att folk ska cykla även under vintern, en kollision med en cyklist i 28km/h hade medfört livshotande skador.
Vid testerna i hastigheterna 30km/h och 40km/h så framkom det genom testdatat att bilen påbörjar inbromsning och sedan pausar för att sedan fortsätta. Detta hände en gång i början för hastigheten 30km/h, men vid 40km/h på asfalt så inträffade det både en snabb sekvens i början och sedan en stor på 2,7m vid ca 27-28km/h. Hade det inte inträffat i hastigheten 40km/h skulle fordonet klarat inbromsningen och undvikit kollision. Den stora pausen inträffade dock bara när fordonet kördes på asfalt och inte på snö, en trolig anledning kan vara att systemet tappade föremålet framför bilen. Det visar att systemen inte är hundra procent pålitliga vilket kan medföra skada.
22
Innan testerna påbörjades testades GVT för att säkerställa att testbilen reagerar. Då observerades att om testerna kördes när GVT hade skuggan på bakre partiet reagerade testbilen inte konstant. Fordonet tappade bort målet om det kördes i motsols. Stod bakre partiet så att det var upplyst av solen reagerade bilen varje gång.
Testerna påvisade också vikten av ett GVT som garanterar konstant reaktion av fordonets system. Den är framtagen för att både efterlikna ett riktigt fordon samt minimera risken av skador vid kollision. Att då bygga och framställa ett fungerande GVT var ambitiöst och hade krävt mycket tester och material som hade varit väldigt kostsamt.
5.3 Förslag till lösningar
För att fordonet som utför en AEB inbromsning ska stanna i tid behövs utrustning på bilen som kan mäta friktionen på vägen. Utrustningen kan antingen vara en sensor som känner av det eller att fordonet bestämmer friktion med hjälp av ABS-sensorer och antisladdsystemet. Då kan bilen använda sig av data från systemet för att bestämma när fordonet senast ska utföra en inbromsning för att undvika en olycka. När fordon implementerats med utrustning för att mäta friktion under färd kan den sedan användas genom att den lagras på en molnbaserad databas, som är tillgängligt för alla tillverkare. Om bilen märker av onormala friktionsvärden och halka lagras data om detta på molnet. Det kan då användas för att förbereda bilen samt hjälpa för att bestämma bromssträcka och bromspunkt.
23
6 Exempel på framtida arbeten
Det finns många typer av testfall som kan utföras för att testa hur ett AEB system påverkas av olika situationer. Något som kan vara intressant att undersöka är hur bilens sensorer reagerar om framförvarande fordon är snötäckt, vilket är vanligt i Sveriges norra delar. Då kan GVT täckas i ett jämt snölager och utföra testfall likt detta examensarbete för att se skillnader. En rigg som möjliggör att GVT kan köras medför att effekten av snörök kan undersökas.
Testerna i detta examensarbete gjordes bara med Volvos system och i framtiden hade det varit intressant hur andra system klara av varierande friktion. Så ett exempel kan vara att utföra testerna med flera tillverkare och jämföra både reaktionstid och bromssträcka.
