2017. október – Közlekedésfejlesztési különszám: közlekedés
2017. október – Közlekedésfejlesztési különszám: közlekedés
2017. október 16.

Szerzők:
Haas Péter
Cselle Ferenc

Autóipari próbapálya Zalaegerszegen

Magyarország ipari termelésének jelentős hányadát a közúti gépjárműiparhoz köthető vállalatok adják. A széles körben ismert jármű-összeszereléssel, illetve -fejlesztéssel is foglalkozó gyáregységek mellett jelentős alkatrészgyártó és -fejlesztő egységek is betelepül­tek, amelyekhez köthetően a fejlődés hangsúlya egyre jobban eltolódik az összeszerelésről a különböző kutatási-fejlesztési beruházások felé. A K+F projektek további bővülését hivatott segíteni a Zalaegerszeg határában felépülő autóipari próbapálya komplexum.


A járműipar kutatás-fejlesztési tevékenységének fontos fázisa a tervezőasztalon megalkotott, illetve prototípu­sokon, laboratóriumi körülmények között vizsgált részegységek vagy teljes járműkonstrukciók valós körülményeket közelítő, egységes, standardizált felületeket biztosító zárt, biztonságos pályákon történő tesztelése. Erre a célra épülnek a járműipari tesztpályák.
A hazánkban létesítendő tesztpálya gondolata a járműipar berkeiben néhány évvel ezelőtt került előtérbe komolyabb formában, melyet a járműiparban tevékenykedő szakemberekből és iparági résztvevőkből álló munkacsoport technikai előkészítő munkája követett. A megvalósulás komoly lehetőségként 2016-ban merült fel, és ez az előkészítő munkálatok jelentős felgyorsulását eredményezte. Ennek részeként írták ki a „a tesztpálya specifikus elemekkel kapcsolatos tervezési feladatainak” elvégzésére vonatkozó pályázatot, melyet a Főmterv Zrt. – Horiba-Mira Konzorcium nyert el. A Konzorcium külhoni tagja a nagy-britanniai székhelyű Horiba-Mira társaság jelentős tapasztalattal rendelkezik járműipari tesztpályák tervezésében és üzemeltetésében. A tervezési munka a pályaelemek tesztcélú műszaki kialakítását illetően elsősorban erre a tapasztalatra, gyakorlatra támaszkodott.

A közúti járművek mechanikus komponenseinek további fejlesztése mellett jelentős kutatási irány az elektromos hajtás, valamint a hálózati kapcsolatok és a mind nagyobb fokú, hosszú távon pedig a teljes automatizáltság elérése.
A hálózati kapcsolatra példa az Európai Unióban kötelezővé tenni szándékozott eCall rendszer, de távlatban várhatóan fejlődni fog az egyes járművek, illetve infrastruktúra-elemek körül adott távolságban lévő többi járművel automatikusan kialakított helyi hálózati rendszer is, amelyen keresztül a járművek saját szenzoraik hatótávolságán kívülről is kaphatnak a forgalmi helyzetről információt. Az autóipari próbapályák alapvető funkciója korábban csak a járművek mechanikus részegységeinek és az azokat felügyelő elektronikus rendszerek kutatás-fejlesztési célú tesztelése, a járművek forgalomba helyezéshez szükséges felkészítéséhez megismételhető módon végrehajtott ellenőrzések elvégzéséhez szükséges infrastruktúra biztosítása volt. Egy modern próbapályának emellett azonban támogatnia kell az irányítástechnika fejlődése során fellépő igényeket is.

A zalaegerszegi próbapálya célja, hogy mind a klasszikus mechanikus, gépészeti jellegű autóipari tesztek (futómű, kormánymű, gumiabroncs, motorika stb.), mind a korszerű, elsősorban informatikai, távközlési, telemetriai (radar, lidar, GPS stb.) tudományos-ipari alapokon nyugvó autonóm járműtesztekhez szükséges hátteret biztosítsa. A két funkció alapvetően eltérő jellegű műszaki infrastruktúrát igényel.

A klasszikus, dinamikus tesztek céljára a világon igen sok próba­pálya létezik. Ezek közös jellemzője, hogy felépítésük moduláris, illetve az egyes modulok alapvetően hasonló – járműipari sztenderdeken alapuló – műszaki és formai kialakítással létesültek. A klasszikus, dinamikai teszt funkció biztosítása alapvetően e modulokból „összeválogatott” pályaelemek létesítése. A komplexum akkor vonzó a felhasználóknak, ha ezek közül a tradicionális modulok közül mind több elérhető. A fő modulelemek: nagy­sebességű ovál pálya, dinamikus platform, fékezőfelület, kezelhető­ségi pálya. Ezeknek az elemeknek a létesítése szinte elengedhetetlen. Fontos további pályaelemek: különböző rossz minőségű útbur­kolati felületeket biztosító modulelem, nagy meredekségű emelkedők, járműzajmérő modul, „rántópad” („Kick-plate”), vizes medencék („Water basin”) stb. A zalaegerszegi tesztpályán ezek mindegyike megvalósul. Mivel az I. ütem tervfázis keretében a fent említett fő modulelemeket tervezték meg, a továbbiakban ezeket ismer­tetjük.

Az autonóm járműtesztekhez szükséges tesztpályaelemek kialakítására – szemben a tradicionális dinamikus tesztpályával – előzmény „mintapélda” jóval kisebb számban lelhető fel. Ez a kutatás-fejlesztési irány annyira újszerű, hogy kialakult, standardizálódott, járatos pályakialakítás nincsen, illetve ami van, jellemzően kisebb léptékű, és főként városi környezetet imitál. A zalaegerszegi létesítményben valós közlekedési helyzetek szimulálására alkalmas külön városi kialakítású tesztfelület, illetve a dinamikus pályarészbe integráltan külterületi, országos közúti és autópálya-kialakítású tesztkörnyezet is létesül.

A tervezett autóipari próbapálya járműtesztelési technológiája alapvetően két rétegből épül fel.

Az I. réteg a fizikai infrastruktúra. Ez a megfelelő geometriai, műszaki igényekkel kialakított pályafelületekből és az azokhoz kap­csolódó segédberendezésekből áll. Ebben az esetben ilyen já­rulékos kiegészítő elemek a különböző pályanedvesítési és esőszimulációs berendezések, valamint sötétítő és elektronikus (GPS) jeleket is blokkoló árnyékolószerkezetek, illetve a mindennapi közlekedés során megjelenő épületeket imitáló homlokzatok. A pályanedve­sítés lehetősége szinte minden tesztfeladatnál igényként merül fel, mivel a vizes burkolat nyújtja a legszélsőségesebb kísérleti körülményt mind a kormány és a futómű, mind a gumiabroncsok számára. A pálya­nedvesítés összetett infrastruktúrája speciális műszaki alrendszert képez a tesztpályán. A tervezéskor különös figyelmet fordítottunk arra, hogy már a fizikai infrastruktúra kialakítása is támogatni tudja a különböző fokú automatizáltsági szinten álló járművek irányítórendszereinek tesztelését.

A II. réteg az egyes, különböző automatizáltsági fokú, majd végül a teljesen autonóm járművek egymás közötti, illetve a járművek és az infrastruktúra közötti információcsere biztosítása. Az így kialakított Kooperatív Intelligens Közlekedési Rendszerek lehetővé teszik a közlekedő járművek számára a releváns informá­ciók cseréjével a különböző forgalmi szituációkra való felkészülést, a forgalom lefolyásának optimalizálását. Ilyen információk lehetnek:

  • forgalmi torlódás,
  • útépítés, forgalomterelés,
  • baleset,
  • forgalomirányításhoz alkalmazkodó sebesség megválasztása,
  • stb.

Az ilyen, Európa-szerte 5,9 GHz frekvenciasávon, vezeték nél­küli, ad hoc helyi hálózatok kialakításával működő ún. V2X járműkommunikációs rendszerek két alaprétegét (fizikai réteg és adatkapcsolati réteg) fogják össze az ún. ITS G5 szabványok. A V2X gyűjtőfogalom, jelentése a Vehicle-to-everything (Vehicle-to-vehicle, Vehicle-to-infrastructure).
A zalaegerszegi autóipari próbapályán ilyen V2X rendszer telepítése tervezett. A jelen tervezési feladat keretében megtervezett, a rádiós egységeket tartó, oszlopokkal és az alapul szolgáló háttér optikai hálózattal lehetővé válik a rendszer kialakítása, központból való vezérlése, konfigurációja, irányítása. A rendszer kiépítésével a próbapálya a fizikai elemek mellett egy hálózati kommunikációs szintet is biztosít a tesztelőknek, ahol már nemcsak a közvetlenül észlelt, hanem egy kiterjesztett területen fellépő releváns információk alapján tudják a járművek optimalizálni a mozgásukat.
Az alapvetően wifi alapú V2X rendszer mellett a próbapályán a későbbiekben tervezett egy helyi LTE/5G mobilkommunikációs hálózati rendszer kialakítása, amely további lehetőséget biztosít majd a járművekről tesztadatok gyűjtésére, illetve fejlesztés alatt álló kommunikációs protokollok és eszközök tesztelésére.

A próbapálya több speciális célra kialakított modulból, valamint az ezeket összekötő, önmagában is tesztelési célokra alkalmas közúti modulból áll össze.
Az 1. ábra mutatja a próbapálya moduljainak elrendezését.

1. ábra. Zalaegerszegi járműipari tesztpálya

Az egyes modulok fizikai kialakítása, szerepe

1. Nagysebességű ovál pálya (High Speed Oval, HSO)

Az ovál pálya kialakításának célja folyamatos magas sebesség fenntartása nagysebességű, valamint terhelési tesztek (pl. hűtőrendszer vizsgálata) végrehajtásakor. A tartós nagy sebesség kifejtésére alkalmas modul lehetővé teszi ún. „platooning” tesztek elvégzését is, ahol konvojba szervezett járművek (vegyesen nehéz- és személygépjárművek is lehetnek) kontrollált együtt haladását, automatizált előzési manővereket lehet biztonságosan, közforgalomtól elzárva tesztelni.
A modulon négy sávot alakítanak ki. Az egyes sávokon a megengedett sebesség eltérő. A leggyorsabb sáv a külső, itt az egyenesekben akár 250 km/h sebesség is kifejthető lesz, míg az ívekben sem lassul a jármű 200 km/h (neutrális sebesség) alá. Az ívben a neutrális sebességgel haladva – a pálya speciális keresztmet­szeti kialakítása miatt – oldalgyorsulás nem lép fel (2. ábra).

2. ábra. A nagysebességű ovál pálya keresztmetszete ívben

Az ovál pálya tesztjei az egyenes szakaszokon folynak, az ív kialakításá­nál a cél az egyenesben elért nagy sebesség fenntartása az ellen­oldali egyenes szakaszok eléréséig. A fenti sebességtartományban ez csak ún. McConnell átmeneti ívvel és parabolikus keresztmetszettel érhető el. Bár az íves szakasz kialakítása „látványos”, valójában önálló tesztfunkciója nincsen. A pálya teljes hossza 4400 m.

2. Dinamikus platform (Dynamic Platform, DP)

A platformon a gyorsítósávokon felgyorsuló járművekkel végeznek dinamikus teszteket a 150 m sugarú korongon. A tesztek célja elsősorban a kormány- és a futómű, valamint az ezeket felügyelő elektronikus járműstabilitási rendszerek vizsgálata. A nagy felület kifejezetten alkalmas a szűk íveken történő nagy sebességű haladással összefüggő dinamikus hatások tesztelésére. A platform a körtárcsából és a csatlakozó gyorsítósávokból áll.
A körtárcsa a platform központi eleme, azzal lehet nagy burkolt felületet biztosítani a tesztkísérletekhez. A nagy felületen a kísérleti események szabadon kialakíthatók, a tesztnyomvonalak szükség esetén bójákkal, egyéb módon kitűzhetők, rugalmasan, gyorsan változtathatók. A tárcsa síkja 1%-os esésű. A tárcsa körül kavicsos „bukóteret” alakítanak ki. A körtárcsához délről csatlakoznak a gyorsítósávok. Az első ütemben a 740 m hosszú nyugati gyorsítósáv épül ki. A platformon személy- és tehergépkocsik tesztje egyaránt elvégezhető. A II. ütemű kiépítés keretében létesülő keleti gyorsítósávon egy nagy kiterjedésű, bazaltburkolatú felület is készül, ahol alacsony csúszósúrlódású közegen lehet majd menetstabilitási és futóműteszteket végezni. A körtárcsa és a bazaltfelület pályanedvesítéssel létesül, így a legkedvezőtlenebb csúszósúrlódási körülmények között is végezhetők a tesztek.

3. Fékezőfelület (Braking Platform, BP)

A platformon a gyorsítósávon felgyorsuló járművekkel végeznek fékezési teszteket a 200 m hosszú, különböző tapadási jellemzőjű, eltérő anyagú és kialakítású sávokon. Ezenkívül a platform a 7. modul autópályaszakasza felé kapcsolatot biztosító útja lehetővé teszi az ún. „platooning” tesztek végzését, ahol több járműből álló konvoj gyorsul fel, majd végez fékezést az automatikus sáv- és távolságtartó rendszerek vizsgálata céljából.
A gyorsítósáv közel 700 m hosszú. Ehhez csatlakozik a 8 db, eltérő burkolattal létesülő fékezősáv (3. ábra).

3. ábra. A fékezési platform fékezési felületen alkalmazott burkolatok

A sávok anyagát úgy választották meg, hogy 0,1–1,0 csúszósúrlódási együttható tartomány teljes spektrumára essen egy-egy választható sáv. Ennek megfelelően a sávok kerámia- (0,1), bazalt- (0,3), beton- (0,5) és aszfalt- (0,8, 0,9, 1,0) burkolatúak lesznek. Készül egy aquaplane (vízen csúszás) és egy „sakktábla”-kialakítású speciális sáv is, utóbbin két szélsőértékkel bíró (0,1/0,9) burkolatfelület létesül sakktáblaszerűen egy sávon belül.
A fékezősávok pályanedvesítéssel készülnek, így a fékezési műveletek a legkedvezőtlenebb súrlódási körülmények között tesztelhetők.

4. Járműviselkedési tesztmodul (Handling Course, HC)

A tesztelés célja a járműviselkedés és -kezelhetőség, valamint a mű­szaki beállítások vizsgálata. A járművek vizsgálatához két pálya-rész áll rendelkezésre. A nagysebességű pályán az egyenes szakaszok hossza és az ívsugarak lehetővé teszik a 120 km/h sebesség elérését. A nagysebességű pályán belül található az alacsony sebességű pálya, amelyen ugyanazokat a teszteket maximum 60 km/h sebességgel végzik. A modulok a járműfutómű és kormánybeállítások mellett a pályanedvesítés segítségével az elektronikus menetstabilizáló és vezető asszisztens rendszerek működésének vizsgálatát is lehetővé teszik.
A nagysebességű pálya valamivel több mint 2000 m hosszú. Burkolatszélessége 12 m. A szakasz változatos ívsugarakkal létesül, illetve egy 230 és egy 400 m hosszú összefüggő egyenes szakasza is lesz. Teljes hosszon pályanedvesítéssel készül. Az alappályával megegyező paraméterekkel, de eltérő ívekkel alternatív alszakaszokat is terveztek.
A kissebességű pálya hossza több mint 1300 m. Burkolatszélessége 6 m. A szakasz a kapcsolódó sebességtartományhoz illeszkedő változatos ívsugarakkal készül, és egy 240 m hosszú egybefüggő egyenes szakaszt is terveztek. Teljes hosszon pályanedvesítéssel készül. Az alap kissebességű pályával megegyező paraméterekkel, de eltérő ívekkel alternatív alszakaszok is létesülnek a tesztlehetőségek bővítése céljából.
A kezelhetőségi pályához kapcsolódóan számos, különleges burkolatú rövidebb betétszakasz is épül. Készül íves és egyenes kialakítású hullámos burkolatú aszfaltpálya, kifejezetten kátyús, leromlott állagú szakasz, bazalt nagykockakő burkolatú pálya, valamint 5% oldalesésű pályaszakasz. Készül továbbá egy aquaplane jelenséget szimuláló külön betétszakasz, illetve egy körtárcsa bazaltburkolattal, melyen drift műveletek végezhetők.

5. Autonóm járművek városi tesztkörnyezete (City track for Autonomous Vehicles, CAV)

A városi tesztkörnyezet az alacsony sebességek és strukturált közúti környezet szimulálásával a különböző mértékben automatizált járművek viselkedésének vizsgálatára szolgál valós közlekedési szituációkban.

A járművek mozgását a tesztelés célja határozza meg:

  • Autonóm járművek viselkedésének vizsgálata valós forgalmi szituációkban:
    • Akadályfelismerés, kikerülés alacsony sebességgel.
    • Kanyarodási tesztek nem vagy korlátozottan belátható csomópontokban, különböző módon elhelyezett gyalogos-át­kelőhelyek érzékelése.
    • Szenzortesztek, különböző valós és hamis visszaverődések vizsgálata 3,00, 6,00, 9,00 m magas, ipari, kereskedelmi és lakófunkciót megjelenítő 3 dimenziós homlokzatokkal, különböző fényviszonyok hagyományos és LED, egyes szakaszokon szabályozható fényintenzitású és fényhőmérsékletű közvilágítással, kontrasztok hatásának vizsgálata árnyékoló alagúttal.
    • Jelzőlámpás forgalomirányítás felismerése.
    • Párhuzamos közlekedési szituációk hangolt forgalomirányítású folyosókon, emelt és általános városi sebesség (70 és 50 km/h) mellett.
    • A közlekedés vizsgálata parkolóházban, egy teljesen lesötétíthető szint segítségével mélygarázs szimulálása. (Előre gyártott elemekből készülő parkolólemezes kialakítással tervezett műtárgy, 4. ábra.)
    • Felszíni parkolóterületen történő közlekedés vizsgálata.
    • Autonóm tehergépkocsik manőverezésének és dokkolásának vizsgálata egy logisztikai udvart szimuláló műtárgyban.
  • A tervezett próbapálya-komplexum egyik fő újdonsága a már létező próbapályákhoz képest, hogy lehetővé teszi autonóm járművek számára egynapi utazás teljes vizsgálatát hétköznapi városi közlekedés szimulációjával, valamint a próbapálya külterületi főúti és autópályát szimuláló moduljainak segítségével.
    4. ábra. Parkolóház szimulációs műtárgy térbeli nézet

7. Országúti modul (7.1. Motorway, 7.2. Rural Road, 7.3. Highway)

Az országúti modul célja kettős. Egyrészt a valós külterületi utak­nak megfelelő tesztkörnyezetet biztosít, ahol külterületi főúton való közlekedés vizsgálható, másrészt a tesztpálya belső fel­táróútjaként is funkcionál az egyes modulok megközelítését biztosítva. Kialakítása jellemzően 2 × 1 forgalmi sávos külterületi főút formai és műszaki megjelenését közelíti, azonban egy körülbelül 400 m hosszú, 2 × 2 sávos, fizikai elválasztás nélküli szakasz és egy 2 × 2 sávos, 1600 m hosszú osztott pályás autópálya-szakasz is létesül. A kifejthető sebesség főút esetében 50, 70, 90 km/h, a 2 × 2 sávos szakaszon 100 km/h, az autópályán pedig 130 km/h. Az autópályán lehetőség nyílik a járművek alagútban való viselkedésének vizsgálatára egy 100 m hosszú, alagutat idéző kialakítású aluljáróban.

A tesztpálya építése ütemezetten valósul meg, a dinamikus platform, fékezőfelület, kezelhetőségi pálya és az önvezető autók városának egy része tekintetében a helyszíni munkálatok már megkezdődtek, építésük folyamatban van.•

 
Innotéka