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Papel de los Sistemas de Frenos en la Tecnología de Conducción Autónoma
Los sistemas de frenado son vitales para los coches autónomos seguros. Los sensores detectan peligros, pero los frenos detienen el coche. En el tráfico, unos buenos frenos garantizan un movimiento suave o paradas seguras.
El vínculo entre el control del coche y los frenos es claro. Los algoritmos ordenan los frenos, que deben funcionar bien para el control automático y manual.
Los vehículos autónomos buscan un frenado consistente. Empresas como Waymo y Tesla aseguran que los frenos se integren con los sistemas de seguridad para una parada segura.
En EE. UU., los reguladores revisan los frenos antes de que los coches salgan a la carretera. Las empresas supervisan el rendimiento de los frenos para garantizar la seguridad a medida que más coches se conducen solos.
Fundamentos del sistema de frenos para vehículos autónomos
Los sistemas de frenos son cruciales para la capacidad de un vehículo autónomo de detenerse de forma segura. Comprender cómo operar y aplicar los frenos, y cómo utilizar sensores para medir el rendimiento, garantiza que los vehículos autónomos se detengan de forma segura. Los diseñadores quieren que todas las aplicaciones de frenado se sientan iguales independientemente del vehículo o la velocidad; que se enfríen rápidamente y proporcionen información de diagnóstico clara para ayudar en las decisiones tomadas por el sistema de control electrónico.
Componentes principales: pastillas de freno, discos de freno, pinzas de freno y líquido de frenos
Las pastillas de freno ralentizan el vehículo al rozar contra los discos de freno. Los ingenieros eligen materiales de pastillas duraderos para diversas temperaturas.
Los discos de freno absorben el calor durante las paradas. Los discos ligeros y ventilados reducen el peso y evitan el sobrecalentamiento.
Los calipers de freno aplican presión a las pastillas. Los calipers fijos proporcionan control, mientras que los calipers flotantes ahorran peso.
El líquido de frenos transmite la fuerza del cilindro maestro a las ruedas, necesitando un alto punto de ebullición y limpieza para una frenada consistente.
Para más detalles, consulta unmanual práctico sobre la mecánica del sistema de frenos. Cubre cilindros maestros, amplificadores y líquido.
La preferencia de las Plataformas Autónomas por frenos de disco frente a frenos de tambor es la siguiente
La mayoría de los AV prefieren frenos de disco porque se enfrían más rápido y resisten la fatiga mejor que los frenos de tambor; por lo tanto, los frenos de disco se utilizarán para la mayoría del sistema de frenado de un AV. Sin embargo, algunos AV aún pueden usar frenos de tambor en el eje trasero por razones económicas y pueden tener problemas de rendimiento cuando se usan intensivamente, razón por la cual los frenos de tambor casi nunca se utilizan como sistema de frenado principal de un vehículo.
Cómo el ABS se integra con los sistemas de control autónomo
El ABS evita el bloqueo de las ruedas y mantiene la maniobrabilidad del vehículo durante frenadas bruscas, considerándose una característica de seguridad básica.
El ABS envía datos de velocidad de las ruedas a los controladores del vehículo, combinándose con LiDAR, radar y cámaras para ajustes de frenado en tiempo real.
Los diseñadores equilibran el ABS y el frenado autónomo, garantizando la seguridad incluso ante fallos de sensores.
Integración de sensores y software con sistemas de frenos
El sistema de frenos moderno utiliza sensores y software. LiDAR, radar y cámaras ayudan a decidir la fuerza y el momento de frenado. Este sistema debe ser rápido, predecible y tolerante a fallos para garantizar la seguridad.
Cómo LiDAR, radar y cámaras informan las decisiones de frenado
La imagen 3D proporcionada por LiDAR da a los algoritmos información sobre los objetos en términos de distancia y forma para ayudar a determinar la cantidad de fuerza de frenado requerida.
El radar recopila datos de velocidad cuando la visibilidad es pobre, lo cual es importante para determinar cuánta fuerza de frenado aplicar y cuándo hacerlo.
Las cámaras recogen información adicional (por ejemplo, semáforos, peatones, etc.) sobre el entorno, lo que proporciona un detalle adicional sobre cómo el sistema en general entiende su entorno. Combinar datos de diferentes sensores (fusión de sensores) reduce errores en las decisiones de frenado y mejora la integración de los componentes de un sistema.
Sistemas de freno por cable y redundancia de software
Los sistemas de freno por cable utilizan comandos electrónicos para un frenado más rápido y preciso.
Por seguridad, hay redundancia de software y sistemas de seguridad, asegurando funciones de frenado incluso si ocurren fallos.
Procesamiento de datos en tiempo real para frenado de emergencia
Las paradas de emergencia requieren acción rápida. El frenado en tiempo real requiere un procesamiento de datos rápido para paradas seguras.
Plataformas como NVIDIA Drive ejecutan estos procesos, priorizando los mensajes de frenado.
Las pruebas evalúan la velocidad de reacción del sistema, confirmando paradas seguras en situaciones reales.
Capacidad | Sensor Primario | Fortaleza | Rol en el frenado |
Distancia y forma | LiDAR | Geometría 3D de alta resolución | Calcular la distancia de frenado y los contornos de los objetos para un tiempo de frenado preciso |
Velocidad y velocidad de aproximación | Radar | Medición de velocidad robusta en condiciones climáticas adversas | Proporcionar datos de velocidad de aproximación para establecer la fuerza de frenado y evitar colisiones |
Contexto semántico | Cámaras | Clasificación de objetos y comprensión de la escena | Identificar peatones, semáforos y líneas de carril para decidir la necesidad de frenar |
Control de actuación | Frenado por cable | Control de par electrónico rápido | Ejecutar perfiles de frenado planificados con precisión y repetibilidad |
Capas de seguridad | ECUs y sensores redundantes | Rutas de conmutación por error independientes | Mantener la función de frenado bajo fallos parciales a través de redundancia de software |
Respuesta determinista | Computación en el borde + RTOS | Procesamiento a escala de milisegundos | Garantizar frenado en tiempo real las decisiones cumplen los requisitos de tiempo |
Validación del rendimiento y la seguridad de los frenos
Las pruebas y la validación son clave para la confianza en el frenado autónomo. Los ingenieros comprueban la distancia de frenado, el tiempo hasta detenerse y la rapidez con la que el coche reduce la velocidad. También analizan la consistencia del frenado.
Para comparar las medias, se realizarán pruebas de frenado de emergencia en condiciones controladas, probando en lugares como M-City, para factores que incluyen el rendimiento y el calor de los frenos, confirmando los requisitos de visado para las piezas.
Se realizarán varios tipos de pruebas. Por ejemplo, las simulaciones nos permiten probar múltiples condiciones y cambiar las especificaciones digitales antes de implementarlas.
Las pruebas se realizarán con vehículos reales en carreteras públicas, proporcionando información sobre lo que funcionará mejor en condiciones de carretera típicas y cómo mejorar nuestros productos, asegurando que cumplen las normas FMVSS y NHTSA de fiabilidad y seguridad.
Cada estado ha desarrollado regulaciones que rigen las pruebas de vehículos autónomos para garantizar que los fabricantes proporcionen datos de accidentes y pruebas de que sus sistemas son confiables. Por lo tanto, los fabricantes deben proporcionar información o datos de pruebas o simulaciones para demostrar el cumplimiento de las regulaciones estatales, lo que resulta en un método simplificado de monitoreo y control.
Consideraciones de mantenimiento para flotas autónomas
Las flotas autónomas necesitan un mantenimiento cuidadoso del hardware y el software. La telemática y los modelos predictivos ayudan a evitar averías. Los gerentes de flotas utilizan datos para la planificación y las auditorías.
Monitoreo del desgaste enpastillas de frenoy discos con telemática
Los sistemas telemáticos rastrean el desgaste de los frenos, verificando el grosor de las pastillas y el uso de energía. Las alertas indican cuándo los frenos necesitan atención.
Los diagnósticos remotos detectan discos irregulares o pinzas sueltas, cruciales para lanzaderas y furgonetas eléctricas.
Los transbordadores y furgonetas eléctricos utilizan frenado regenerativo, lo que reduce el desgaste de las pastillas de freno, pero los frenos de fricción todavía son necesarios para emergencias.
Gestión e intervalos de servicio del líquido de frenos
El líquido de frenos absorbe humedad y pierde el punto de ebullición. Las comprobaciones regulares son cruciales para la seguridad. Las flotas purgan el líquido de frenos cada dos o tres años.
Los recordatorios automatizados mantienen el mantenimiento al día. Los registros de servicio registran los cambios de líquido y los resultados para los reguladores.
El mantenimiento predictivo previene fallos
El mantenimiento predictivo utiliza aprendizaje automático sobre telemetría para predecir fallos de componentes y rastrear el estado de los sensores.
Los análisis detectan la degradación, permitiendo al software limitar la operación del vehículo o solicitar servicio.
Área de Mantenimiento | Entradas Clave de Telemetría | Intervalo Típico | Acción de Flota |
Pastillas de freno | Grosor de la pastilla, recuento de actuación, energía por parada | Variable; reemplazar cuando se alcance el umbral | Programar reemplazo, registrar servicio |
Discos de freno | Firmas de vibración, mediciones de descentramiento, picos de temperatura | Inspeccionar durante el reemplazo de pastillas o si ocurren alertas | Reacondicionar o reemplazar, actualizar historial del rotor |
Líquido de frenos | Contenido de humedad, pruebas de punto de ebullición | Cada 2-3 años o según el OEM | Purgar y rellenar, documentar en la plataforma |
Salud del sensor y del ABS | Variación de la velocidad de la rueda, códigos de error, caídas de señal | Monitorización continua con validación periódica | Ejecutar diagnósticos, reparar o reemplazar piezas |
Mantenimiento predictivo | Telemetría histórica, datos ambientales, antigüedad de los componentes | Actualizaciones continuas del modelo | Priorizar reparaciones, reducir el tiempo de inactividad |
Desafíos operativos e implicaciones para la seguridad pública
Los vehículos autónomos (VA) se enfrentan a desafíos como un rendimiento de frenado consistente, necesitando manejar carreteras heladas y lluvia intensa. Esto requiere un control adaptativo para reducir el riesgo.
Los sensores pueden estar bloqueados por nieve o suciedad, lo que provoca retrasos y frenadas bruscas para garantizar la seguridad.
La gestión de flotas añade complejidad. El mantenimiento, las piezas y la formación de técnicos son clave; si se manejan mal, los frenos sufren, lo que aumenta los riesgos de accidentes y perjudica la seguridad pública.
Las reglas claras para la operación de vehículos autónomos son vitales para la seguridad y la rendición de cuentas.
La transparencia en la notificación de incidentes genera confianza, crucial para la aceptación de vehículos autónomos y la priorización de la seguridad.
Para mejorar la seguridad de los vehículos autónomos, empleamos múltiples capas de protección, incluidos sensores y software, y establecemos límites operativos en condiciones climáticas adversas. La colaboración con las autoridades locales es esencial.
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