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自動運転技術におけるブレーキシステムの役割
ブレーキシステムは、安全な自動運転車にとって不可欠です。センサーは危険を検知しますが、ブレーキが車両を停止させます。交通状況において、優れたブレーキはスムーズな走行または安全な停止を保証します。
車両制御とブレーキの関係は明確です。アルゴリズムがブレーキを制御し、自動運転と手動運転の両方で適切に機能する必要があります。
AVは一貫したブレーキ性能を追求しています。WaymoやTeslaのような企業は、安全な停止のためにブレーキが安全システムと統合されていることを保証しています。
アメリカでは、規制当局が車が道路に出る前にブレーキをチェックします。企業は、より多くの車が自動運転する中で安全を確保するためにブレーキ性能を監視します。
自動運転車両のためのブレーキシステムの基本
ブレーキシステムは、自動運転車両が安全に停止する能力にとって重要です。ブレーキの操作方法や適用方法、性能を測定するためのセンサーの使用方法を理解することで、自動運転車両が安全に停止することを確実にします。設計者は、車両や速度に関係なく、すべての二つのブレーキ操作が同じように感じられることを望んでいます。迅速に冷却し、電子制御システムによる意思決定を助けるための明確な診断情報を提供します。
主要コンポーネント：ブレーキパッド、ブレーキローター、ブレーキキャリパー、ブレーキフルード
ブレーキパッドは、ブレーキローターに擦れることで車両を減速させます。エンジニアは、さまざまな温度に耐える耐久性のあるパッド材料を選択します。
ブレーキローターは、停止中に熱を吸収します。軽量で通気性のあるローターは、重量を減らし、過熱を防ぎます。
ブレーキキャリパーはパッドに圧力をかけます。固定キャリパーは制御を提供し、浮動キャリパーは重量を節約します。
ブレーキフルードは、マスターシリンダーから各ホイールへ力を伝達し、一貫したブレーキングのためには高い沸点と清浄度が必要です。
詳細については、ブレーキシステムのメカニズムに関する実践的な入門書をご覧ください。マスターシリンダー、ブースター、フルードについて解説しています。
ディスクブレーキ対ドラムブレーキに関するAutonomous Platformsの推奨は以下の通りです。
ほとんどのAVはディスクブレーキを好みます。これは、ドラムブレーキよりも冷却が速く、フェードしにくいためです。したがって、AVのブレーキシステムの大部分にはディスクブレーキが使用されます。しかし、一部のAVでは経済的な理由からリアアクスルにドラムブレーキを使用することがあり、多用すると性能に問題が生じる可能性があるため、ドラムブレーキが車両の主要なブレーキシステムとして使用されることはほとんどありません。
ABSが自律制御システムと統合される方法
ABSは急ブレーキ時にホイールロックを防ぎ、車両の操縦性を維持するため、基本的な安全機能と見なされています。
ABSはホイール速度データを車両コントローラーに送信し、LiDAR、レーダー、カメラと組み合わせてリアルタイムのブレーキ調整を行います。
設計者はABSと自律ブレーキのバランスを取り、センサーの故障時でも安全性を確保します。
ブレーキシステムとのセンサーおよびソフトウェア統合
現代のブレーキシステムはセンサーとソフトウェアを使用しています。LiDAR、レーダー、カメラがブレーキ力とタイミングを決定するのに役立ちます。このシステムは、安全のために迅速で予測可能かつ耐障害性が必要です。
LiDAR、レーダー、カメラがブレーキの決定にどのように影響を与えるか
LiDARによって提供される3Dイメージングは、アルゴリズムに対して距離と形状に関する情報を提供し、必要なブレーキ力の量を決定するのに役立ちます。
レーダーは視界が悪いときに速度データを収集し、ブレーキ力をどれだけ、いつ適用するかを決定するのに重要です。
カメラは、信号機や歩行者などの追加情報を収集し、システム全体が周囲をどのように理解しているかについての詳細を提供します。異なるセンサーからのデータを組み合わせる（センサーフュージョン）ことで、ブレーキ判断のエラーが減少し、システムのコンポーネントの統合が向上します。
ブレーキ・バイ・ワイヤ・システムとソフトウェア冗長性
ブレーキ・バイ・ワイヤ・システムは、電子コマンドを使用して、より迅速で正確なブレーキ操作を実現します。
安全性のため、ソフトウェア冗長性とフェイルセーフ機能が備わっており、障害が発生した場合でもブレーキ機能が確実に作動します。
緊急ブレーキのためのリアルタイムデータ処理
緊急停止には迅速な対応が必要です。リアルタイムブレーキは、安全な停止のために高速なデータ処理を必要とします。
NVIDIA Driveのようなプラットフォームがこれらのプロセスを実行し、ブレーキメッセージを優先します。
テストでは、システムの反応速度を評価し、実際の状況での安全な停止を確認します。
機能 | 主要センサー | 強み | ブレーキにおける役割 |
距離と形状 | LiDAR | 高解像度3Dジオメトリ | 正確なブレーキタイミングのために、停止距離と物体の輪郭を計算する |
速度と接近速度 | レーダー | 悪天候下での堅牢な速度測定 | ブレーキ力を設定し、衝突を回避するために接近速度の入力を提供する |
セマンティックコンテキスト | カメラ | 物体分類とシーン理解 | 歩行者、信号機、車線などを識別してブレーキの必要性を判断する |
アクチュエーション制御 | ブレーキ・バイ・ワイヤ | 高速電子トルク制御 | 計画されたブレーキプロファイルを精度と再現性をもって実行する |
安全レイヤリング | 冗長ECUとセンサー | 独立したフェイルオーバーパス | 部分的な障害下でもブレーキ機能を維持する ソフトウェア冗長性 |
決定論的応答 | エッジコンピューティング + RTOS | ミリ秒スケールの処理 | 保証する リアルタイムブレーキ 決定はタイミング要件を満たします |
ブレーキ性能と安全性の検証
テストと検証は、自動ブレーキへの信頼の鍵となります。エンジニアは、停止距離、停止までの時間、および減速の速さを確認します。また、ブレーキの一貫性も確認します。
平均値を比較するために、ブレーキ性能や熱などの要因を含め、M-Cityのような場所で管理された条件下で緊急ブレーキテストを実施し、部品のビザ要件を確認します。
いくつかの種類のテストが実施されます。例えば、シミュレーションにより、複数の条件でテストを行い、デジタル仕様を運転前に変更することができます。
実際の車両を使用して公道でテストを実施し、一般的な道路状況で何が最も効果的か、製品をどのように改善できるかについての情報を提供し、信頼性と安全性に関するFMVSSおよびNHTSA基準を満たしていることを確認します。
各州は、メーカーが事故データとシステムの信頼性を証明するデータを提供するようにするため、自動運転車のテストを規制する規則を策定しました。そのため、メーカーは州の規制への準拠を証明するために、テストまたはシミュレーションからの情報またはデータを提供する必要があり、これにより監視と制御の方法が合理化されます。
自動運転フリートのメンテナンスに関する考慮事項
自動運転フリートは、ハードウェアとソフトウェアの慎重なメンテナンスが必要です。テレマティクスと予測モデルは、故障の回避に役立ちます。フリートマネージャーは、計画と監査のためにデータを使用します。
摩耗の監視ブレーキパッドおよびローターのテレマティクスによる
テレマティクスシステムはブレーキの摩耗を追跡し、パッドの厚さとエネルギー使用量を確認します。ブレーキに注意が必要な場合はアラートが表示されます。
リモート診断は、電気シャトルやバンにとって重要な、ローターの不均一な摩耗やキャリパーの緩みを見つけます。
電動シャトルやバンは回生ブレーキを使用し、ブレーキパッドの摩耗を軽減しますが、緊急時には摩擦ブレーキも必要です。
ブレーキフルードの管理とサービス間隔
ブレーキフルードは水分を吸収し、沸点を低下させます。安全のため、定期的な点検が不可欠です。フリートでは2～3年ごとにブレーキフルードを交換しています。
自動リマインダーにより、メンテナンスを計画通りに進めることができます。サービスログには、規制当局向けにフルード交換とその結果が記録されます。
予知保全は故障を防ぎます
予知保全は、テレメトリに機械学習を適用して部品の故障を予測し、センサーの健全性を追跡します。
分析により劣化が検出され、ソフトウェアが車両の動作を制限したり、サービスを促したりできるようになります。
メンテナンスエリア | 主要テレメトリ入力 | 標準的な間隔 | フリートアクション |
ブレーキパッド | パッドの厚さ、作動回数、停止ごとのエネルギー | しきい値に達したら交換 | 交換スケジュール、サービス記録 |
ブレーキローター | 振動パターン、振れ測定、温度スパイク | パッド交換時またはアラート発生時に点検 | ローターの履歴を更新、再研磨または交換 |
ブレーキフルード | 水分含有量、沸点テスト | 2～3年ごと、またはOEMの指示に従って | フラッシュとリフィルを行い、プラットフォームに記録 |
センサーとABSの状態 | 車輪速のばらつき、エラーコード、信号のドロップアウト | 継続的な監視と定期的な検証 | 診断の実行、部品の修理または交換 |
予知保全 | 過去のテレメトリデータ、環境データ、部品の経年劣化 | 継続的なモデル更新 | 修理の優先順位付け、ダウンタイムの削減 |
運用上の課題と公共の安全への影響
自動運転車（AV）は、一貫したブレーキ性能などの課題に直面しており、凍結した路面や大雨に対応する必要があります。これにより、リスクを低減するための適応制御が必要となります。
センサーが雪や汚れで覆われると、遅延や急ブレーキが発生し、安全を確保します。
フリート管理は複雑さを増します。メンテナンス、部品、技術者トレーニングが重要です。これらが不適切だと、ブレーキ性能が低下し、事故のリスクが増加し、公共の安全が損なわれます。
自動運転車の安全と説明責任のために、明確な運用規則が不可欠です。
インシデント報告における透明性は、信頼を構築し、自動運転車の受け入れと安全優先順位付けに不可欠です。
自動運転車の安全性を向上させるために、センサーやソフトウェアを含む複数の保護レイヤーを採用し、悪天候時の運用制限を設定しています。地方自治体との連携が不可欠です。
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