|
ACC - układ automatycznego utrzymywania bezpiecznego odstępu |
||||||||||
|
Czas reakcji kierowcy Uproszczony przebieg procesu hamowania był już omawiany w artykule ăUkład wspomagania nagłego hamowania - BASÓ (Auto Moto Serwis nr 4Ő02). Analizując dokładniej działanie kierowcy przyjmuje się, że od chwili pojawienia się przeszkody na torze ruchu pojazdu do chwili dostrzeżenia jej przez kierowcę mija czas zwany czasem postrzegania (tr1). Kolejny odcinek czasu potrzebny jest kierowcy na podjęcie decyzji o rozpoczęciu hamowania (tr2). Łącznie - od pojawienia się przeszkody do zdjęcia przez kierowcę nogi z pedału przyspieszania - mija czas, zwany czasem reakcji psychofizycznej. Doliczając czas potrzebny na przeniesienie nogi z pedału przyspieszania na pedał hamulca (czas reakcji motorycznej - tr3), otrzymuje się łączny czas reakcji psychomotorycznej kierowcy (tr). Chwilę postawienia nogi na pedale hamulca przyjmuje się jako początek właściwego procesu hamowania. W badaniach drogowych jest to moment, od którego mierzy się drogę hamowania. Opóźnienie hamowania zaczyna jednak rosnąć dopiero po czasie zwanym czasem zwłoki zadziałania hamulców (to) i narasta stopniowo, aż do osiągnięcia maksymalnej możliwej w danych warunkach wartości ah w czasie zwanym czasem narastania siły hamowania (tn).
Na podstawie wartości zamieszczonych w tablicy można przyjąć, że średni czas liczony od chwili pojawienia się przeszkody do rozpoczęcia właściwego hamowania wynosi ok. 1,25 s. Tylko w 2% przypadków można spodziewać się czasu krótszego od 0,8 s, a w 2% przypadków będzie on większy od 1,5 s. Zawsze jednak dominującą częścią czasu, w jakim samochód porusza się bez hamowania, jest czas reakcji psychomotorycznej kierowcy. Drogę potrzebną kierowcy na zatrzymanie samochodu jadącego z prędkością v można obliczyć ze wzoru: Pierwszy składnik wzoru wyraża drogę przebytą przez samochód do umownej chwili uruchomienia hamulców, a drugi - drogę przebytą w czasie pełnego hamowania. Na podstawie powyższej zależności wprowadza się pojęcie odstępu bezwzględnie lub względnie bezpiecznego przy jeździe w kolumnie. Odstęp bezwzględnie Wielkość odstępu od pojazdu poprzedzającego, jaki zachowuje kierowca w czasie jazdy w kolumnie, decyduje o możliwości uniknięcia kolizji w przypadku, gdy ten poprzedzający pojazd zaczyna gwałtowne hamowanie. Przez odstęp bezwzględnie bezpieczny sabs rozumie się odstęp równy całkowitej drodze potrzebnej do zatrzymania pojazdu, jadącego z prędkością v: Odstęp bezwzględnie bezpieczny rośnie zatem z kwadratem prędkości i zależy od możliwego do uzyskania w danych warunkach opóźnienia hamowania ah. Czas potrzebny na zatrzymanie, który w odniesieniu do jazdy w kolumnie można nazwać odstępem czasowym, wynosi w tym przypadku: Rośnie on liniowo ze wzrostem prędkości. Odstęp względnie bezpieczny jest mniejszy od odstępu bezwzględnie bezpiecznego o długość drogi pełnego hamowania pojazdu poprzedzającego v2/2ah: Zachowanie takiego odstępu czasowego zapewnia możliwość bezpiecznego wyhamowania, jeśli możliwe jest uzyskanie opóźnienia, co najmniej równego opóźnieniu pojazdu poprzedzającego. Przyjmując czasy reakcji, zwłoki i narastania siły hamowania z tablicy otrzymujemy względny bezpieczny odstęp czasowy twzgl równy 1,25 s dla wartości średnich i odpowiednio 1,5 s dla wartości odpowiadających górnym granicom przedziału ufności. Popularne zalecenie zachowywania odstępu w metrach, równego połowie prędkości jazdy wyrażonej w km/h, oznacza po prostu względnie bezpieczny odstęp czasowy równy 1,8 s. Rzeczoznawcy w praktyce orzeczniczej przyjmują za granicę bezpiecznego zachowania kierowcy utrzymywanie odstępu czasowego 1 s. W Niemczech z kolei, policja karze mandatami kierowców, którzy jadą za pojazdem poprzedzającym w odległości mniejszej niż to wynika z zachowania odstępu czasowego 0,9 s. Na rys. 2 przedstawiono wykresy zalecanych wartości odstępu i odstępu czasowego w zależności od prędkości jazdy. Na wykresach tych naniesiono także wyniki przeprowadzonych w Niemczech pomiarów odstępów zachowywanych przez kierowców w normalnym ruchu w mieście i na drogach poza miastem. Jak wynika z tych badań, w większości przypadków kierowcy zachowują poza miastem odstęp względnie bezpieczny. W mieście odstępy są nieco mniejsze od zalecanych.
Zachowywanie odstępu względnie bezpiecznego daje szansę wyhamowania po zauważeniu zapalenia się świateł hamowania poprzedzającego pojazdu, jeśli możliwe jest uzyskanie co najmniej takiego samego opóźnienia, jak pojazd poprzedzający. Odstęp względnie bezpieczny może być jednak za mały, jeśli z jakiegoś powodu nie daje się uzyskać takiego samego opóźnienia jak pojazd poprzedzający. W krańcowym przypadku może się tak zdarzyć, gdy poprzedzający pojazd zatrzymuje się nagle (uzyskując bardzo duże opóźnienie) po uderzeniu w nieruchomą przeszkodę lub inny pojazd. W takiej sytuacji kolejno nadjeżdżające samochody, mimo zachowywania odstępu względnie bezpiecznego, także nie są w stanie wyhamować. Wyjaśnia to mechanizm powstawania karamboli na autostradach, gdy niewielka kolizja zapoczątkowuje sytuację, w wyniku której jadące jeden za drugim samochody wpadają na siebie. Do zapoczątkowania karambolu może dojść także w przypadku zagapienia się kierowcy i zbyt późnego zareagowania na zapalenie się świateł hamowania samochodu porzedzającego, w przypadku niewłaściwej oceny odległości lub po prostu utrzymywania zbyt małego odstępu, mniejszego od odstępu względnie bezpiecznego. W takich sytuacjach pewność uniknięcia wypadku zapewniałoby jedynie zachowywanie odstępu absolutnie bezpiecznego, przy jednoczesnej prawidłowej ocenie możliwego do uzyskania w danych warunkach drogowych opóźnienia hamowania. Trudno jednak spodziewać się możliwości wyegzekwowania od kierowców zachowywania odstępu bezwzględnie bezpiecznego, który dla prędkości jazdy 130 km/h (zalecana na autostradach w Niemczech lub dopuszczalna w Polsce) wynosiłby prawie 180 m. Prowadziłoby to zresztą do istotnego zmniejszenia przepustowości dróg. Skutecznym sposobem poprawy sytuacji w tym zakresie może być wyposażenie samochodu w układ mierzący odstęp od samochodu poprzedzającego oraz tak sterujący prędkością jazdy, aby dostosowywać ją do prędkości pojazdu poprzedzającego oraz utrzymywać założoną wartość odstępu względnie bezpiecznego. Układ automatycznego Układy automatycznego utrzymywania zadanej prędkości i bezpiecznego odstępu od pojazdu poprzedzającego stanowią rozwinięcie stosowanych już od dawna układów automatycznego utrzymywania prędkości nazywanych ăcruise controlÓ (CC) lub ătempomatÓ. W takim rozwiązaniu do utrzymywania zadanej prędkości wystarczył pomiar aktualnej prędkości samochodu oraz układ porównujący tę prędkość z prędkością zadaną przez kierowcę i przekazujący odpowiednie sygnały korekcyjne do układu sterowania pracą silnika i ewentualnie automatyczną skrzynią biegu. Realizacja funkcji utrzymywania także bezpiecznego odstępu od pojazdu poprzedzającego wymaga rozbudowy układu o system pomiaru odległości i rozpoznawania sytuacji na drodze. Na podstawie mierzonego w sposób ciągły odstępu od pojazdu poprzedzającego układ ACC tak steruje prędkością jazdy, aby utrzymywać względnie bezpieczną wartość tego odstępu. Jest to równoznaczne z dostosowywaniem prędkości do prędkości pojazdu poprzedzającego. Sam pomiar odległości nie jest jednak jeszcze w pełni wystarczający do prawidłowej oceny sytuacji na drodze. Układ musi działać nie tylko na prostym odcinku drogi, ale także na zakrętach (rys. 3). W przypadku jazdy po zakręcie konieczne jest rozpoznanie, które z poprzedzających pojazdów znajdują się na tym samym pasie ruchu, aby prawidłowo wybrać ten, od którego odstęp ma być regulowany. Układ musi mieć zatem możliwość z jednej strony zidentyfikowania krzywizny toru jazdy, z drugiej natomiast - wyznaczenia względnych prędkości i kierunku ruchu innych pojazdów znajdujących się w najbliższym otoczeniu.
Pomiar odległości i względnej prędkości odbywa się za pomocą umieszczonego z przodu samochodu czujnika radarowego (rys. 4). Wysłana przez czujnik wiązka fal elektromagnetycznych o dużej częstotliwości (kilkadziesiąt GHz) po odbiciu od przeszkody (innego samochodu) powraca do czujnika. Jeśli prędkości pojazdów różnią się, częstotliwość sygnału odbitego różni się od częstotliwości sygnału wysyłanego, co w fizyce nazywane jest efektem Dopplera. Różnica tych częstotliwości umożliwia wyznaczenie prędkości względnej pojazdów. Na podstawie czasu od wysłania sygnału do jego powrotu można natomiast obliczyć odległość między dwoma pojazdami. Czujnik wysyła trzy wiązki promieni w trzech kierunkach, rozchylonych o niewielki kąt (rys. 5), co umożliwia rozpoznanie, na którym pasie ruchu znajduje się poprzedzający pojazd i w którą stronę się przemieszcza. Rozpoznanie, czy samochód wyposażony w układ ACC porusza się po torze prostoliniowym, czy po zakręcie, a jeśli tak, to o jakim promieniu, możliwe jest po wyznaczeniu jego prędkości kątowej. Do tego celu wykorzystuje się układ stabilizacji toru jazdy ESP (Auto Moto Serwis nr 3Ő02), z którym współpracuje układ ACC i w który musi być wyposażony samochód. Dopiero identyfikacja stanu ruchu zarówno danego pojazdu, jak i innych pojazdów w najbliższym otoczeniu, umożliwia wykrycie groźby kolizji i konieczności korekty prędkości jazdy. Do sterowania pracą silnika i hamulców w celu zmiany prędkości wykorzystuje się elementy wykonawcze układu ESP. W praktyce, jadąc po autostradzie lub drodze szybkiego ruchu kierowca programuje wybraną prędkość jazdy. Prędkość ta jest następnie utrzymywana automatycznie, podobnie jak w przypadku klasycznych układów ăcruise controlÓ. Jeśli na pasie ruchu pojawi się jadący wolniej pojazd, układ zmniejszy odpowiednio prędkość, zachowując jednocześnie odstęp względnie bezpieczny. Z chwilą zwolnienia się pasa ruchu samochód automatycznie powróci do wcześniej zaprogramowanej prędkości jazdy (rys. 6). Ze względów bezpieczeństwa układy ACC umożliwiają uzyskanie opóźnienia hamowania nie przekraczającego zwykle ok. 3 m/s2, co jest wystarczające do regulacji prędkości jazdy w warunkach normalnego płynnego ruchu. W przypadku konieczności rozwinięcia większego opóźnienia proces hamowania musi być już sterowany przez kierowcę. W takiej sytuacji układ ACC ostrzega kierowcę sygnałem optycznym i akustycznym. Przykładem układu ACC jest system Distronic, oferowany w samochodach Mercedes klasy S. Działa on w zakresie prędkości od 40 do 160 km/h, a zasięg czujnika pomiarowego wynosi 80 m. Standardowo system ten zapewnia utrzymywanie odstępu czasowego równego 1,5 s (porównaj z czasami reakcji kierowcy w tablicy). Kierowca ma jednak możliwość zmieniania tej wartości w zakresie od 1 do 2 s. Maksymalne możliwe do uzyskania opóźnienie wynosi 2 m/s2, a w przypadku, gdy dla uniknięcia kolizji konieczne jest uzyskanie opóźnienia większego, układ informuje o tym kierowcę sygnałem akustycznym i zapaleniem się czerwonej trójkątnej lampki ostrzegawczej na tablicy rozdzielczej. Aaptive Cruise Control jest układem zwiększającym komfort prowadzenia samochodu na długich trasach, zwłaszcza na autostradzie. Odciążając kierowcę od konieczności sterowania prędkością jazdy, umożliwia mu poświęcenie większej uwagi optymalnemu wyborowi toru jazdy. Przez utrzymywanie bezpiecznego odstępu zmniejsza ryzyko najechania na pojazd poprzedzający, zwłaszcza w warunkach ograniczonej widoczności. Należy tutaj jednak podkreślić, że układ ACC w żadnym przypadku nie może być traktowany jako hamulec bezpieczeństwa, zwalniający kierowcę od obowiązku uważnego śledzenia sytuacji na drodze. W każdej chwili musi być przygotowany do przejęcia pełnej kontroli nad pojazdem w sytuacjach grożących kolizją. |
W takiej uproszczonej analizie zakłada się, że opóźnienie pozostaje już stałe do chwili zatrzymania samochodu w czasie zwanym czasem pełnego hamowania (tv). Ze względu na małą wartość czasu narastania siły hamowania dalszym uproszczeniem, jakie można tu przyjąć, jest nieuwzględnianie tego czasu i założenie, że opóźnienie hamowania pojawia się skokowo po czasie równym tr + to + 1/2 tn, (rys. 1). Występujące w tym opisie czasy są zestawione w tablicy. Zamieszczono w niej zarówno uzyskane w wyniku pomiarów statystyczne średnie wartości, jak i wartości oznaczające górną i dolną granicę przedziału ufności. Ten przedział ufności oznacza, że w przypadku dolnej granicy tylko 2% kierowców uzyskuje krótsze czasy reakcji, a w przypadku granicy górnej - w danym czasie zdoła zareagować 98% kierowców, czyli tylko 2% będzie miało dłuższe czasy reakcji.
