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Papel dos Sistemas de Freio na Tecnologia de Direção Autônoma
Sistemas de freio são vitais para carros autônomos seguros. Sensores detectam perigos, mas os freios param o carro. No trânsito, bons freios garantem movimento suave ou paradas seguras.
A ligação entre o controle do carro e os freios é clara. Algoritmos comandam os freios, que devem funcionar bem para controle automático e manual.
Veículos autônomos buscam frenagem consistente. Empresas como Waymo e Tesla garantem que os freios se integrem com sistemas de segurança para paradas seguras.
Nos EUA, os reguladores verificam os freios antes que os carros estejam na estrada. As empresas monitoram o desempenho de frenagem para garantir a segurança à medida que mais carros dirigem sozinhos.
Fundamentos do Sistema de Freios para veículos autônomos
Os sistemas de freios são cruciais para a capacidade de um veículo autônomo parar com segurança. Compreender como operar e aplicar os freios e como usar sensores para medir o desempenho garante que os veículos autônomos parem com segurança. Os projetistas querem que todas as duas aplicações de freio tenham a mesma sensação, independentemente do veículo ou da velocidade; resfriem rapidamente e forneçam informações diagnósticas claras para ajudar nas decisões tomadas pelo sistema de controle eletrônico.
Componentes principais: pastilhas de freio, discos de freio, pinças de freio e fluido de freio
As pastilhas de freio desaceleram o veículo ao esfregar contra os discos de freio. Os engenheiros escolhem materiais de pastilha duráveis para várias temperaturas.
Os discos de freio absorvem calor durante as paradas. Discos leves e ventilados reduzem o peso e evitam o superaquecimento.
Os pinças de freio aplicam pressão nas pastilhas. Pinças fixas fornecem controle, enquanto pinças flutuantes economizam peso.
O fluido de freio transmite força do cilindro mestre para as rodas, necessitando de um alto ponto de ebulição e limpeza para frenagem consistente.
Para mais detalhes, confira umguia prático sobre mecânica do sistema de freios. Ele cobre cilindros mestres, servo freios e fluido.
A preferência das Plataformas Autônomas por freios a disco versus freios a tambor é a seguinte
A maioria dos AVs prefere freios a disco porque eles dissipam calor mais rapidamente e resistem melhor ao desvanecimento do que os freios a tambor; portanto, os freios a disco serão usados na maioria do sistema de frenagem de um AV. No entanto, alguns AVs ainda podem usar freios a tambor no eixo traseiro por razões econômicas e podem ter problemas de desempenho quando usados intensamente, razão pela qual os freios a tambor quase nunca são usados como sistema de frenagem principal de um veículo.
Como o ABS se integra com sistemas de controle autônomo
O ABS evita o travamento das rodas e mantém o veículo dirigível durante frenagens bruscas, sendo visto como um recurso de segurança básico.
O ABS envia dados de velocidade das rodas para os controladores do veículo, combinando com LiDAR, radar e câmeras para ajustes de frenagem em tempo real.
Os projetistas equilibram o ABS e a frenagem autônoma, garantindo a segurança mesmo com falhas nos sensores.
Integração de sensor e software com sistemas de frenagem
O sistema de freio moderno utiliza sensores e software. LiDAR, radar e câmeras ajudam a decidir a força e o tempo de frenagem. Este sistema deve ser rápido, previsível e tolerante a falhas para segurança.
Como LiDAR, radar e câmeras informam as decisões de frenagem
A imagem 3D fornecida pelo LiDAR dá aos algoritmos informações sobre objetos em termos de distância e forma para ajudar a determinar a quantidade de força de frenagem necessária.
O radar coleta dados de velocidade quando a visibilidade é ruim, o que é importante para determinar quanta força de frenagem aplicar e quando.
As câmeras coletam informações adicionais (por exemplo, semáforos, pedestres, etc.) sobre o ambiente, o que fornece detalhes adicionais sobre como o sistema geral entende seus arredores. A combinação de dados de diferentes sensores (fusão de sensores) reduz erros nas decisões de frenagem e melhora a integração dos componentes de um sistema.
Sistemas brake-by-wire e redundância de software
Sistemas brake-by-wire usam comandos eletrônicos para frenagem mais rápida e precisa.
Para segurança, há redundância de software e sistemas de fail-safe, garantindo as funções de frenagem mesmo que ocorram falhas.
Processamento de dados em tempo real para frenagem de emergência
Paradas de emergência exigem ação rápida. A frenagem em tempo real requer processamento rápido de dados para paradas seguras.
Plataformas como NVIDIA Drive executam esses processos, priorizando as mensagens de frenagem.
Testes avaliam a velocidade de reação do sistema, confirmando paradas seguras em situações reais.
Capacidade | Sensor Primário | Força | Papel na Frenagem |
Distância e forma | LiDAR | Geometria 3D de alta resolução | Calcular distância de parada e contornos de objetos para tempo de frenagem preciso |
Velocidade e velocidade de aproximação | Radar | Medição de velocidade robusta em condições climáticas adversas | Fornecer entradas de velocidade de aproximação para definir a força de frenagem e evitar colisões |
Contexto semântico | Câmeras | Classificação de objetos e compreensão de cena | Identificar pedestres, semáforos e linhas de faixa para decidir a necessidade de frenagem |
Controle de atuação | Freio por fio (Brake-by-wire) | Controle eletrônico rápido de torque | Executar perfis de frenagem planejados com precisão e repetibilidade |
Camadas de segurança | ECUs e sensores redundantes | Caminhos de failover independentes | Manter a função de frenagem sob falhas parciais através de redundância de software |
Resposta determinística | Computação de borda + RTOS | Processamento em escala de milissegundos | Garantir frenagem em tempo real as decisões atendem aos requisitos de tempo |
Validação de desempenho e segurança dos freios
Testes e validação são fundamentais para a confiança na frenagem autônoma. Engenheiros verificam a distância de parada, o tempo até a parada e a velocidade com que o carro desacelera. Eles também analisam a consistência da frenagem.
Para comparar as médias, os testes de frenagem de emergência serão realizados sob condições controladas, testando em locais como o M-City, para fatores que incluem desempenho e aquecimento dos freios, confirmando os requisitos de visto para as peças.
Vários tipos de testes serão realizados. Por exemplo, simulações nos permitem testar múltiplas condições e alterar as especificações digitais antes de dirigirmos com elas.
Os testes ocorrerão com veículos reais em vias públicas, fornecendo informações sobre o que funcionará melhor nas condições típicas de estrada e como melhorar nossos produtos, garantindo que atendam aos padrões FMVSS e NHTSA de confiabilidade e segurança.
Cada estado desenvolveu regulamentos que regem os testes para carros autônomos, a fim de garantir que os fabricantes fornecerão dados de acidentes e provas de que seus sistemas são confiáveis. Portanto, os fabricantes devem fornecer informações ou dados de testes ou simulações para comprovar a conformidade com os regulamentos estaduais, resultando em um método simplificado de monitoramento e controle.
Considerações de manutenção para frotas autônomas
Frotas autônomas precisam de manutenção cuidadosa de hardware e software. A telemática e os modelos preditivos ajudam a evitar avarias. Gerentes de frota usam dados para planejamento e auditorias.
Monitoramento do desgaste empastilhas de freioe discos com telemática
Sistemas de telemática rastreiam o desgaste dos freios, verificando a espessura das pastilhas e o uso de energia. Alertas indicam quando os freios precisam de atenção.
Diagnósticos remotos identificam discos irregulares ou pinças soltas, cruciais para shuttles e vans elétricas.
Ônibus e vans elétricos usam frenagem regenerativa, reduzindo o desgaste das pastilhas de freio, mas os freios de fricção ainda são necessários para emergências.
Gerenciamento e intervalos de serviço do fluido de freio
O fluido de freio absorve umidade e perde o ponto de ebulição. Verificações regulares são cruciais para a segurança. Frotas trocam o fluido de freio a cada dois a três anos.
Lembretes automatizados mantêm a manutenção em dia. Registros de serviço anotam trocas de fluido e resultados para os reguladores.
Manutenção preditiva evita falhas
A manutenção preditiva usa aprendizado de máquina em telemetria para prever falhas de peças e monitorar a saúde dos sensores.
A análise detecta degradação, permitindo que o software limite a operação do veículo ou solicite serviço.
Área de Manutenção | Entradas de Telemetria Chave | Intervalo Típico | Ação da Frota |
Pastilhas de freio | Espessura da pastilha, contagem de acionamentos, energia por parada | Variável; substituir quando o limite for atingido | Agendar substituição, registrar serviço |
Discos de freio | Assinaturas de vibração, medições de empenamento, picos de temperatura | Inspecionar durante a substituição das pastilhas ou se ocorrerem alertas | Renovar ou substituir, atualizar histórico do rotor |
Fluido de freio | Teor de umidade, testes de ponto de ebulição | A cada 2-3 anos ou conforme OEM | Drenar e reabastecer, documentar na plataforma |
Saúde do sensor e do ABS | Variação da velocidade da roda, códigos de erro, falhas de sinal | Monitoramento contínuo com validação periódica | Executar diagnósticos, reparar ou substituir peças |
Manutenção preditiva | Telemetria histórica, dados ambientais, idade do componente | Atualizações contínuas do modelo | Priorizar reparos, reduzir tempo de inatividade |
Desafios operacionais e implicações para a segurança pública
Veículos autônomos (VAs) enfrentam desafios como desempenho consistente dos freios, precisando lidar com estradas com gelo e chuva forte. Isso requer controle adaptativo para reduzir o risco.
Sensores podem ser bloqueados por neve ou sujeira, causando atrasos e frenagens súbitas para garantir a segurança.
Gerenciar frotas adiciona complexidade. Manutenção, peças e treinamento de técnicos são fundamentais; se mal administrados, a frenagem sofre, aumentando os riscos de acidentes e prejudicando a segurança pública.
Regras claras para a operação de VAs são vitais para a segurança e responsabilidade.
A transparência no relato de incidentes constrói confiança, crucial para a aceitação de VAs e a priorização da segurança.
Para aprimorar a segurança de VAs, empregamos múltiplas camadas de proteção, incluindo sensores e software, e definimos limites operacionais em condições climáticas adversas. A colaboração com autoridades locais é essencial.
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