Miért nem jó a GPS sebességmérésre? Vol.2.

Kedves Tibor!

Szeretnék hozzászólni a 2021.06.07-én megjelent, " Miért mutat többet az autó sebességmérője?" című cikkéhez, ugyanis a munkámhoz kötődően kezemben van némi infó ami esetleg hasznos lehet a témában. Talán megérhet némi kiegészítést a cikkhez amennyiben ön is így látja.

Először is a munkaköröm... Már igen hosszú ideje szoftverfejlesztő vagyok az NNG Kft.-nél, így van némi rálátásom az autó szoftveres rendszerére, ezen belül is kiemelkedően a navigációs rendszerekre.

Természetesen, ahogy ön is írta, nem minden autóba kerül navigáció, viszont egyre több autóba kerül GPS és navigációhoz kötődő komponensek. Egy iGO-szerű navigációs rendszer nagyon sok komponensből épül fel, amiből kijön a végső szoftver. Általában az ide vonatkozó komponensek a Dead Reckoning és szenzor fúziós, illetve a térképre illesztő komponensek. Ezeken felül az önvezetés különböző osztályait támogató autók belső vezérlő egységein ADAS szoftverek futnak.

Ezekről írnék kicsit bővebben:

Navigációt támogató fejegységek esetén már nagyon régóta van gyakorlatilag minden kütyün Dead Reckoning (DR) komponens. Ez a rendszer képes figyelni az autó számos szenzorát folyamatosan, és az összegzett adatokból dinamikusan képes előállítani információt. Az autókban lévő GPS (igazából GNSS) szenzorok általában közölnek magukról valamiféle pontossági információt, viszont sajnos a gyakorlatban ez gyakran nem túl megbízható. Tipikusan garázsból induláskor, alagutak környékén, felhőkarcolók között a falakon visszatükröződő jelek vagy egy japán felüljáró-komplexum esetén a GPS jel nagyon fura dolgokat tud művelni.

Ezért nem mindig megbízható. Máskor viszont a GPS nagyon pontos is tudhat lenni. A DR komponens mivel sokféle szenzort (sebváltó jeladó, 2/4 kerékfordulat szenzor, giroszkóp, gyorsulásmérő, kamerák, radarok jelei) tud figyelni folyamatosan, össze tudja hasonlítani a különböző szenzorokból érkező adatokat. Ennek segítségével gyakran képes kiszűrni a kihagyásokat, pontatlanságokat egy szenzorból és helyettesíteni más szenzoréval. Továbbá a legtöbb GPS szenzor az autókban másodpercenként szolgáltat egy pozíciót. Ezzel szemben a kerékfordulat szenzorok legalább 100ms-onként szoktak adni frissített jelet. Ennek segítségével sokkal pontosabb, naprakészebb információt tud előállítani.

A legfontosabb tulajdonsága egy jó DR rendszernek emellett az, hogy képes kalibrálni a szenzorait a többi szenzorból érkező adatok alapján. A cikkben is tárgyalt kerékfordulat szenzorok pontatlansági faktorait nagyon jól kielemezte. A többi szenzornak is vannak komoly pontatlansági problémái, állapotai. A DR rendszer képes felismerni azokat a helyzeteket amikor megbízható együttállás van több szenzor között, és ennek segítségével kalibrálni tudja a pontatlan szenzorok kiszámítható hibáit. Tehát ha jó GPS vételünk van, akkor ennek segítségével kiszámítható az aktuális kerékforgási korrekciós tényezőnk az adott TPMS (keréknyomásfigyelő rendszer) által jelentett hőmérsékleten, és utána ez is korrigálható a hőmérséklet változásával.

Amennyiben az autó számára elérhető térkép is (nem feltétlenül csak ha megvettük a navigációt!), akkor a DR által számított pozíciót ráilleszthetjük a térképre. Ahogy időben haladunk és különböző kanyarokat teszünk - feltehetőleg az úton - a térképre illesztett pozícióról hamar kiderül, hogy mennyire pontos. Az illesztett pozíció információt pedig vissza lehet csatolni a DR rendszerbe is. Ezáltal a DR komponens kaphat egy további "virtuális" szenzort, ami maga a térkép. Ez nagyon sokat segíthet kifejezetten olyan helyeken ahol tartósan rossz minőségű a GPS-jel.

Végül a ma már egyre gyakoribb vezetést segítő és önvezető rendszerek, egységes nevükön Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS) általában az autóba integrált rendszerek. Ezek a DR-hez logikailag hasonló működést végeznek, viszont általában több szenzorból és magasabb számítási kapacitással tudnak működni és gyakran mesterséges intelligenciával oldják meg a problémát. Itt szokott felmerülni a radar, lidar, előre/körbenéző kamerák, magas pontosságú térképek elérhetősége. Ezek a rendszerek nagyon nagy pontossággal tudják megállapítani mind az abszolút pozíciójukat, mind a relatív pozíciójukat másoktól. Ezzel együtt a sebességüket is.

Összefoglalva: nagyon sok autóban van minimum DR rendszer ami folyamatosan képes kalibrálni a kerékfordulat-szenzorokat és ezáltal nagyon pontos sebességet találni. Tipikusan azokban az autókban, ahol 20km/h-nál és 120km/h-nál, télen és nyáron át ugyanannyit téved a mutató, ott az autó garantáltan tudja a pontos sebességet szinte mindig.

Mindössze csak az óracsoport mutat mást nekünk. Ez igazából a gyártó saját döntése.

Üdvözlettel:

Róbert

Kedves Tibi!

A tegnap megjelent cikkedre szeretnék reagálni. Először is gratulálok hozzá, jó lett :), szívesen olvasnék még több technikai témájú cikket, viszont - gépészmérnökként és munkámból adódóan nem tudok szó nélkül elmenni azon kijelentés mellett hogy a vasúti járművek kereke kvázi állandó átmérőjűnek tekinthető.

Mint minden forgó alkatrész, a vasúti járművek kerekei (kerékpár a hivatalos megnevezése, és itt nem biciklire kell gondolni, hanem a tengelyre és a rá rögzített 2 kerékre) is kopik. Ebben nem sok újdonság van, talán csak annyi hogy a számos igénybevétel (gyorsítás – fékezés, ívek (a kanyar vasúti nyelven), kerékprofil fajtája) mellett nagyban befolyásolja a kerék-sín anyagpárosítása. Acélöntvények és ötvözetek helyett legyen elég annyi, hogy ha "puha" a sín, akkor a kerék lesz hosszabb élettartamú, és fordítva.

A gyakorlatban viszonylag korlátozott mind a pálya mind a járművek részéről a mozgástér anyagválasztásban, de azért így is látványos különbségek adódhatnak. De visszatérve, hogy konkrétan mennyi is az annyi? Nos egy V63 (630) sorozatú villamos mozdonynál ez az átmérőváltozás 80 mm (új átmérő 1250 mm / kopott 1170 mm). Ekkora eltérés szerintem már a hardcore autótunerek ingerküszöbét is elérné... Szóval kb. az összes sínen guruló járműről elmondható, hogy valahol 30-90mm az új és kopott kerékátmérők különbsége a gyakorlatban, de a szemléletesség kedvéért most a "vagonoktól" tekintsünk el, maradjunk a hajtott tengellyel rendelkező "mozdonyoknál".

Nyilván a gazdaságossági szempontokkal szemben szigorúan vett és betartott szabályok állnak, de a műszaki probléma az autókhoz képest hatványozottabban fennáll: még a legmodernebb vontatójárművek sebességmérője és több más létfontosságú rendszere is a tengelyvégekre szerelt jeladó(k)ból szerzik a jelet. A megoldást a sebességmérő (és regisztráló) készülék megadott időközönkénti illesztése jelenti, biciklis hasonlattal élve mint amikor a kerékpár komputerbe beírod az "ETRTO" számot. Szintén eltekintenék az ide vonatkozó rengeteg NFM rendelet, jogszabály, szabvány ismertetésétől, legyen elég annyi, hogy egy személyautóhoz képest kisebb a megengedhető tolerancia, illetve az illesztést minden kerékszabályozás alkalmával, de legkésőbb 2 évente el kell végezni, és dokumentálni (szintén nem sajtpapírra). Ez a 60-nal döcögő karbantartó járműre érvényes, valószínűleg Európa nyugatibb felén sem lazábbak ennél, ahol 300 km/h felett is mennek vonatok :)

Természetesen tudom, hogy teherautóknál és buszoknál is vannak erre szabályok, de szerintem elgondolkoztató, hogy még a GPS-ek korában is ekkora jelentősége van egy ilyen régi és viszonylag egyszerű működési elvű szerkezetnek, valamint az átmérőváltozásból adódó sebességjel korrigálásának.

Remélem nem vetted kioktatásnak!

Üdv:

Dani