Projekt CONSKID

Poznavanje tornih razmer na voznih ploskvah javnega cestnega omrežja je ključnega pomena za zagotavljanje prometne varnosti. Izziv, ki pri tem nastane, je krajevna in časovna pogostost izvajanja meritev. Kadar se za meritve uporablja draga specializirana oprema za izvajanje posamičnih meritev trenja (npr. naprava SCRIM, GripTester ali podobne), je težko oziroma praktično nemogoče hitro izvesti meritve na vseh občutljivih mestih na cestnem omrežju ob izrednih dogodkih (npr. ob nenadni spremembi vremenskih pogojev). Z namestitvijo cenovno ugodnih a vseeno dovolj natančnih merilnikov vzdolžnega pospeška vozila pri zaviranju na vozila, ki v sklopu svojih rednih nalog izvajajo vsakodnevne vožnje po cestnem omrežju, bi podatke o tornih razmerah lahko dobili hitro in z minimalnimi dodatnimi stroški. Primeri takšnih vozil vključujejo vozila cestnih preglednikov in vzdrževalcev cest ter ostalih služb (policije, taksi prevoznikov, pošte itd.). S sprotnim prenosom podatkov o tornih razmerah z vozil v nadzorno središče bi upravljalcu cestne infrastrukture omogočili kakovostnejše spremljanje stanja ter hitrejše in učinkovitejše izvajanje vzdrževanja. Zaradi neposredne povezave vzdolžnega pojemka pri zaviranju vozila s koeficientom vprijemanja med njegovimi pnevmatikami in podlago je pojemek pri zaviranju primeren pokazatelj tornih lastnosti posamezne vozne ploskve. Če ta pojemek lahko dovolj natančno izmerimo, imamo na voljo podatek, s katerim lahko spremljamo kakovost voznih ploskev in pri njenem poslabšanju ustrezno ukrepamo.

Shema merilne naprave z osnovnimi komponentami

Cilj je bil zasnovati napravo za merjenje časovnega poteka pojemka pri zaviranju, ki bo sestavljena iz enostavno dobavljivih komponent s poudarkom na tehnični in ekonomski učinkovitosti. Napravo mora biti mogoče z vgrajenim prijemalom brez dodatnih posegov namestiti v vsako vozilo in z njo izvajati meritve pojemkov pri zaviranju. Kot zaznavala smo predvideli uporabo triosnega pospeškomera in sprejemnika za globalno pozicioniranje, ki ju krmili kartični računalnik s programsko opremo lastnega razvoja za zajemanje in shranjevanje izmerkov. Vgrajena napajalni modul in baterija skrbita za zahtevano avtonomijo delovanja in možnost priklopa na napajalno napetost vozila. Napravo uporabnik upravlja z uporabniškim vmesnikom z dvema gumboma in svetlobnima indikatorjema, ki je dovolj enostaven, da napravo lahko upravlja en sam merilec brez posebnega izobraževanja. Razvita programska oprema mora pri tem skrbeti za samodejno proženje meritve ob preseganju praga pojemka in za njen samodejni zaključek ob ustavitvi vozila. Strežniška programska oprema mora zagotavljati samodejni prenos podatkov z naprave ob njenem prispetju v območje signala brezžičnega omrežja.

Pri delu na projektu so je sodelovalo šest študentov, štirje s Fakultete za strojništvo in dva s Fakultete za elektrotehniko. Projekt so koordinirali pedagoška mentorja z obeh fakultet in delovna mentorica iz podjetja Cestel. Projekt je potekal od 3. 4. 2018 do 31. 8. 2018. Po projektnem načrtu je bilo delo razdeljeno na naslednje aktivnosti:

A1: Pregled literature in izvedenih projektov
A2.1: Morfološka matrika, priprava konceptov
A2.2: Izbira koncepta za prototip, pridobitev komponent
A3.1: Priprava dokumentacije in integracija strojne opreme
A3.2: Izdelava ohišja
A3.3: Prilagoditev za uporabo v vozilih
A4.1: Razvoj programske opreme za zajemanje in prenos signalov
A4.2: Razvoj in implementacija algoritmov za izračun koeficientov vprijemanja
A5.1: Priprava koncepta uporabniškega vmesnika za upravljanje sistema
A5.2: Razvoj in integracija uporabniškega vmesnika za upravljanje sistema
A6.1: Priprava protokolov za preizkušanje
A6.2: Izvedba preizkusov in validacija prototipa
A7: Vodenje projekta in priprava izročkov, prenos znanja

Ekipa pri delu na terenu

V okviru aktivnosti A1, A2.1 in A2.2 smo raziskali teoretične osnove merjenja tornih lastnosti voznih ploskev in pripravili nekaj konceptov merilnih naprav. Pri tem smo postavili zahteve, med katerimi je najpomembnejša, da naprava deluje ponovljivo in s kar se da majhnim posredovanjem uporabnika. Po preučitvi konceptov smo izbrali tehnično in ekonomsko najugodnejšega in v okviru aktivnosti A3.1-A3.3 pripravili njegovo zasnovo. Ta vključuje triosni pospeškomer in sprejemnik za globalno pozicioniranje, krmiljena s kartičnim računalnikom, ki skrbi tudi za nadzor uporabniškega vmesnika in ustrezno shranjevanje podatkov. Delovanje izbranih komponent smo najprej preverili na laboratorijskem prototipu, nato pa jih skupaj z uporabniškim vmesnikom (razvitim v okviru aktivnosti A5.1 in A5.2) in ohišjem integrirali v delujoč prototip.

Laboratorijski prototip naprave

Namestitev laboratorijskega prototipa in kalibrirane merilne naprave v merilno vozilo

Po prilagoditvah smo v okviru aktivnosti A3.2 izdelali ohišje, ki ga je mogoče enostavno namestiti v vozila, in komponente vgradili vanj.

Geometrijski model ohišja

V okviru aktivnosti A4.1 in A 4.2 smo razvili programsko opremo, ki zagotavlja zahtevan potek meritev s samodejnim proženjem in zaključkom meritve ter shranjevanjem izmerkov v datoteke. Postopek razvoja je vključeval sprotno preverjanje delovanja strojne in programske opreme prototipa, ki v zadnji različici izpolnjuje vse postavljene zahteve.

Prilagajanje parametrov programske opreme med preizkusi

S temeljitimi preizkusi prototipa naprave na različnih vozilih smo v okviru aktivnosti A6.1 in A6.2 ugotovili, da naprava omogoča merjenje, ki je po enostavnosti upravljanja in vrednosti izmerkov primerljivo z namensko kalibrirano napravo za merjenje pojemkov pri zaviranju. Kljub temu, da je razvita naprava namenjena predvsem upravljalcem cestnega omrežja, je uporabna tudi za vse tiste, ki se pri svojem delu srečujejo s potrebo po merjenju tornih lastnosti voznih ploskev (npr. učitelji vožnje, policisti, izvedenci za analize prometnih nezgod in podobno). Kot potrditev koncepta smo ob zaključku projekta izdelali še eno kopijo naprave in s tem pripravili osnovo za povezani sistem za zajemanje in analizo tornih lastnosti voznih ploskev.

Preizkus naprave v laboratoriju skupaj s kalibrirano merilno napravo

Zavorni preizkus z merilnim vozilom

Zavorni preizkus z vozilom cestne pregledne službe

Zavorni preizkus z motornim kolesom

Rezultat projekta je izdelan prototip naprave za merjenje pojemkov pri zaviranju. Strojna oprema vključuje senzoriko za merjenje pojemkov in geografske lokacije, podsistem za zajemanje in shranjevanje izmerkov, enostaven in prijazen uporabniški vmesnik ter programsko opremo za izvajanje meritev, ki omogoča ponovljive meritve s samodejnim proženjem in zaključkom. Komponente naprave so vgrajene v ohišje lastnega razvoja, ki vključuje tudi pomožne komponente za obratovanje v vozilu (napajalnik, baterijo in pritrdilno napravo). Prototip je tako možno namestiti na različna vozila in ga lahko upravlja ena sama oseba, ki je lahko hkrati tudi voznik vozila.

Prototip naprave

Vgrajene komponente v ohišju prototipa

Namestitev prototipa v osebno vozilo skupaj s kalibrirano merilno napravo

Namestitev prototipa na motorno kolo

Prototip je temeljito preizkušen na zavornih preizkusih z različnimi vozili in daje rezultate, ki se zelo dobro ujemajo z izmerki s kalibrirane merilne naprave za merjenje pojemkov pri zaviranju. Za potrditev koncepta možnosti izdelave večje količine razvitih naprav je izdelan dodaten prototip naprave skupaj s strežniško programsko opremo, ki omogoča samodejni prenos podatkov z naprav ob povezavi v brezžično omrežje. Prototip naprave za merjenje tornih lastnosti kot rezultat projekta predstavlja osnovo za povezani sistem nadzora razmer na cestnem omrežju, ki lahko bistveno poenostavi delo upravljalcem cest.

Primerjava izmerkov pri zavornem preizkusu