Team-Lux, companie ce coopereazã cu Ibeo şi Sick, a luat parte la competiţia numitã “Darpa Urban Challenge 2007” pentru prima oarã. Reyultatul este o metodã interesantã de a integra atât senzorii cât şi software-ul de specialitate într-un sistem de asistare ce poate conduce autonom un autovehicul. Soluţia acestei competiţii este robotul-vehicul Lux.

1. Introducere

În 2004 s-a organizat pentru prima oarã “Darpa Urban Challenge”. La a 3-a ediţie unsprezece echipe au luat startul pe 3 noiembrie 2007 în încercarea de a arãta lumii vehiculul lor complet autonom. Team-Lux din Woodstock, Maryland (SUA) a ajuns în semifinale. Ceea ce face aceastã cursã specialã este faptul cã toţi concurenţii (în persoana vehiculelor autonome) trebuie sã navigheze un traseu de 60 de mile (100 km) complet autonome în şase ore, fãrã ca la bordul lor sã se afle vreo persoanã sau sã fie comandate prin telecomandã. Pentru prima oarã, cursã din 2007 a avut loc pe teritoriu SUA, mai exact într-un oraş din aceastã ţarã, deci în condiţii de trafic urban obişnuite. Competiţia este susţinutã de Defense Advanced Research Projects Agency (Agenţia de Cercetare a Proiectelor de Apãrare – Darpa), organizaţia centralã de cercetare a Departamentului de Apãrare a Statelor Unite.

2. Tehnologia Scanãrii Laser

Vehiculul robot Tem-Lux, Figura 1, este bazat pe modelul VW Passat B6 echipat cu un motor de 2 litri TDI ce dezvoltã 103 kW (138 cp). Una din modificãrile interioare majore o reprezintã cele trei scanere laser ca mijloace primare de percepere a mediului înconjurãtor Figura 2. Una din ţintele echipelor este sã demonstreze cã deplasarea autonomã este posibilã doar cu ajutorul scanerelor laser. Pentru a detecta obstacole, dar şi marcajele benzilor, limitele şoselei dar şi alte vehicule, trei scanere lasere de mare rezoluţie sunt integrate caroseria vehiculului, oferindui acestuia o vedere de 360°, Figura 3. Douã sunt integrate în barã faţã, ceea ce permite un câmp vizual de pânã la 220°. Pentru observarea suprafeţei din spatele vehiculului, un al treilea scaner este integrat în barã spate cu un câmp vizual de aproximativ 150°. În plus, pentru control autonom, maşina a fost dotatã cu direcţie electronicã, frâne electronice şi actuatori electronici ai cutiei de viteze. Toţi senzorii şi actuatorii sunt complet integraţi în vehicul, ceea ce reprezintã un mare avantaj din punct de vedere al siguranţei, aspectul, sau mai bine zis limitele fizice ale maşinii rãmânând aceleaşi ca la un model normal. Ecolocatia precisã este una din funcţiile cheie ale deplasãrii autonome.
Vehiculul foloseşte trei senzori pentru localizare:
- Date rezultate din mãsurarea cu scanerele laser: informaţiile folosite pentru determinarea mişcãrii proprii. Obiectele staţionare sunt folosite pentru a calcula Δx, Δy şi ΔΨ, Figura 4.
- Datele GPS: un sistem GPS RTK este folosit pentru poziţionarea globalã precisã.
- Datele vehiculului: informaţii primite de la senzorii on board sunt procesate pentru a determina mişcarea localã a acestuia.
Pentru Darpa Urban Challenge, Team-Lux a folosit cele mai noi prototipuri de scanere laser, Figura 5. Raza de acţiune 100% sigurã a acestor scanere este de 200 de metri, cu toate cã alte obiecte cu grad mare de reflexie pot fi observate cu mult peste aceastã razã. În total, o scanare poate cuprinde 15.520 de aşa numite puncte de scanare. Fiecare laser scaneazã simultan în patru plane, aşa cum este prezentat în Figurã 6. Folosind data de la toate planele de scanare, atât înclinarea vehiculului cât şi panta şoselei pot fi compensate de software fãrã a se pierde urmãrirea obiectelor de interes. Fiecare scaner este montat în spatele unui plastic protector, dar pe care mizeria, praful sau zãpadã se pot depune în timpul operãrii. În acest caz, tehnologia Multi-Eco permite senzorului sã funcţioneze corespunzãtor chiar dacã acest plastic protector este foarte murdar, vizibilitatea prin el fiind aproape redusã la zero.
Scanerele laser mãsoarã pânã la patru distante consecutive cu fiecare undã laser. Aceastã tehnologie permite senzorului sã funcţioneze în parametrii normali chiar şi pe ploaie, ninsoare sau ceaţã. Fiecare punct de scanare este analizat de algoritmi de procesare, ca rezultat, fiecare punct de scanare este marcat în funcţie de sursa de provenienţa. Sursele se clasificã astfel:
- Obiecte;
- Marcajele benzilor;
- Suprafaţa;
- Praf;
- Ploaie şi zãpadã.

3. Procesarea datelor în urma scanãrii

Procesarea datelor scanate este efectuatã în mai multe etape. Sistemul de procesare a semnalului extrage punctele de scanare din mai multe surse înainte de funcţiile de rang înalt, cum ar fi urmãrirea obiectelor. În timpul procesãrii semnalului, rezultatul scanãrii este împãrţit în trei grupe: obiecte, teren (inclusiv marcajul benzilor) şi distorsionãri (inclusiv ploaie şi zãpada). Urmãtoarele etape de procesare pot decide ce informaţii prezintã interes pentru ce tip de sarcinã. Cu toate cã scanerele laser au capabilitãţi de procesare încorporate, toate vehiculele participante la Darpa Urban Challenge sunt dotate cu douã unitãţi electronice de procesare (ECU-uri). Dupã procesare, toate informaţiile de nivel înalt sunt trimise cãtre un al doilea ECU pentru o procesare ulterioarã. Pentru aceastã competiţie ECU-urile au fost îmbunãtãţite cu procesoare de 1.8 GHz. Urmãtorul pas presupune izolarea datelor scanate în aşa numite segmente. Fiecare din aceste segmente aparţin unui obiect, şi nici un segment nu conţine date decât despre un singur obiect. Fiecare segment are proprietãţi de bazã ca dimensiune şi poziţie. Pe baza acestor informaţii, date referitoare la mişcare sunt generate în pasul urmãtor.

4. Urmãrirea obiectelor

Urmãrirea obiectelor stã la baza procesãrii datelor reieşite din scanare. Se preia segmentul ca semnal de intrare şi se genereazã obiectul simulat. Obiectele sunt entitãţi virtuale ce sunt urmãrite de la scanare la scanare. Ca rezultat, un obiect scanat corespunde cu un obiect “real”, precum pietoni, maşini sau semne rutiere. Prin urmãrirea obiectelor de la o scanare la alta, parametrii dinamici precum viteza şi acceleraţia pot fi calculaţi pentru fiecare obiect. Aceşti parametrii devin mai exacţi cu cât obiectul este urmãrit un timp mai îndelungat. De unul singur, sistemul de urmãrire a obiectelor nu poate determina decât mişcarea relativã a acestora. Alte procesoare determinã de exemplu centrul de greutate sau conturul. Pentru Darpa Urban Challenge 2007, sistemul de urmãrire al centrului de greutate a fost ales deoarece este o sursã sigurã de informaţii despre obiecte ce necesitã o putere de procesare scãzutã.

Continuarea in nr. 6 al revistei AutoTehnica

Lubrifianţii devin tot mai importanţi în folosirea autoturismelor în condiţiile în care marjele de eroare în proiectarea acestora sunt aproape inexistente. Dar în cazul schimbãrii uleiului: Cum poate fi garantatã îndeplinirea cu succes a sarcinilor noului lubrifiant? O nouã metodã a celor de la Fuchs va fi prezentatã în acest articol.

1. Situaţia curentă

Motoarele ultra performante din ziua de azi cu a lor injecţie directã Common-Rail sau Unitate de injecţie, cu al lor interval mare de schimbare al uleiului, tehnologie ASSYST, sisteme de tratare a gazelor de eşapament , tehnologie SCR sau filtru de particule diesel, toate au nevoie de ulei de motor ultra performant care sã îndeplineascã cerinţele OEM-urilor. Uleiul necorespunzãtor conduce la o scãdere în performanţe de forma creşterii consumului de carburant sau emisiil de noxe crescute, poate chiar şi la cedarea motorului. Mai mult sau mai puţin pot fi mãsurate diferenţele de calitate între uleiuri – uleiul de motor poate influenţa intervalul de schimbare sau durata de utilizare a numitor componente. Mai mult, uleiul de motor influenţeazã consumul de carburant, eficienţã sistemelor de tratare a gazelor şi noxele. Teste complexe şi experimente practice asupra influenţei uleiului de motor au condus la îmbunãtãţirea constantã a acestuia. O datã cu impunerea noilor norme europene, uleiul va deveni chiar mai importantã decât este astãzi. În ultimii ani, se poate spune cã uleiul a devenit parte constructivã a motorului. Uleiul de motor este o “necunoscutã” în ziua de azi. Alte pãrţi pot fi identificate foarte uşor în service, pânã şi cea mai micã şi neînsemnatã componentã de plastic are un cod de identificare – dar uleiul de motor nu. Uleiul de motor îşi schimbã caracteristicile rapid în timpul folosirii, astfel cã o identificare exactã este analitic imposibil sau extraordinar de complicatã şi scumpã.
Având în vedere situaţia de faţã, pare o idee bunã ca recipientele de ulei sã fie marcate cu un cod de identificare.

2. Soluţii posibile

Urmãtoarea soluţie propune marcarea uleiului cu o substanţã fluorescentã. Aceastã soluţie a fost folositã în trecut, însã scopul ei era de a opri produsele contrafãcute, substanţa fluorescentã nu era vizibilã decât în laboratoare speciale. Aceastã nouã soluţie ar trebui sã ţinã cont de urmãtoarele :

- sã ofere o caracteristicã, clarã şi imposibil de copiat a uleiurilor aprobate;
- numãrul de coduri sã fie destul de bogat pentru a cuprinde toate mãrcile;
- marcarea nu ar trebui sã afecteze utilizarea uleiului şi substanţa fluorescentã folositã sã fie în cantitãţi cât mai mici;
- senzorul de bord care identificã uleiul codat în momentul turnãrii acestuia în rezervor sã fie simplu, ieftin, robust şi fiabil;
- sistemul trebuie sã fie simplu de folosit şi sã fie inofensiv din punct de vedere ecologic şi toxicologic;

Un studiu amãnunţit efectuat de producãtorul de lubrifianţi FUCHS pentru a determina posibile principii de funcţionare a senzorului menţionat mai sus aratã cã acest tip de verificare este posibilã respectându-se condiţiile, numai când se “citeşte” uleiul nou introdus în rezervor, înainte ca acesta sã se amestece cu cel existent.

3. Spectrofluorometria

Fluorescenţa este un fenomen optic în care absorbţia molecula a unui foton declanşeazã emisia unui alt foton cu o lungime de bandã mai mare. Diferenţa de energie dintre fotonul absorbit şi cel emis sfârşeşte ca o vibraţie molecularã (sau în cele din urmã ca şi cãldurã). În mod normal fotonul absorbit este în spectrul ultraviolet iar lumina emisã este în spectrul vizibil. Substanţele ce dau culoare uleiului pot fi atât naturale cât şi sintetice. Cele mai cunoscute dintre acestea sunt fluoresein, phthaleine, derivate ale coumarinei, rhodamine şi diferite proteine.

4. Aplicaţiile marcãrii fluorescente în uleiurile de motor

Aceastã metodã propusã a luat naştere o datã cu studiul fezabilitãţii comisionat de Fuchs Petrolab AG şi Robert Bosch GmbH şi efectuat la Universitatea din Heidelberg, catedrde fizicã şi chimie. Poate o substanţã fluorescentã uniformã dar nu identicã sã fie variatã în aşa fel încât sã fie distinctã pentru fiecare tip de motor de ulei în parte?, având în vedere numãrul enorm de produse de pe piaţã. În principiu, acest lucru depinde dacã uleiurile de motor de pe piaţã au o “lipsã de frecvenţã” în spectrul fluorescent, suficient de mare, în care fluoroforul în cea mai micã cantitate cu putinţã sã poatã fi observat. Una din sarcinile iniţiale a fost de a detecta spectrul de absorbţie pentru un numãr reprezentativ de uleiuri de motor de pe piaţã. Aceasta a arãtat cã intervalul de frecvenţã de la 500 la 1.000 nm este potrivit pentru marcare din mai multe motive: în acest interval nu au avut loc absorbţii ale uleiului de bazã sau ale aditivilor – şi acest lucru se întâmplã cu toate cã aditivii variazã substanţial de la un produs la altul. Mai mult, substanţe de colorare sunt disponibile în acesta frecvenţã care s-au dovedit a fi eficiente în urma testelor. Sisteme de detective eficiente şi ieftine sunt de asemenea disponibile.

4.1 Alegerea coloranţilor

În a doua etapã, coloranţi fluorescenţi diferiţi au fost testaţi cu scopul de a determina substanţele ce pot şi utilizate pentru a marca diferit fiecare tip/model de ulei în parte. Precum a fost descris mai sus, aceşti coloranţi trebuie sã ideplineasca anumite cerinţe. Absolut esenţial este proprietatea lor de a fi solubile în ulei. Mai mult, colorantul trebuie sã prezinte absorbţie crescutã la culoarea roşu şi verde pentru a se asigura codarea eficientã (λ > 500 nm). Selecţia coloranţilor ce respectã aceste proprietãţi poate fi redatã sumar dupã cum urmeazã:
- Selecţia iniţialã de coloranţi s-a dovedit a fi potrivitã: fluoroforul este solubil în uleiul de motor şi chiar şi la concentraţii foarte scãzute ofertã un contrast puternic faţã de ulei (Figura 3).
- În anumite limite, semnalul fluorescent este dependent liniar de concentraţie, deci codarea în funcţie de cantitate este posibilã (Figura 4).
- Folosind componentele actuale, s-a determinat o concentraţie necesarã de 10-7 pânã la 10-5 mol/l.
- Colorantul fluorescent ales nu a fost predispus schimbãrilor chimice pe timpul testãrii de doi ani.

Continuarea in nr. 6 al revistei AutoTehnica