面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

作     者：董磊 宋文佳 陈曦 刘嘉琛 梁博尧 DONG Lei;SONG Wenjia;CHEN Xi;LIU Jiachen;LIANG Boyao

作者机构：中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 

出 版 物：《中国安全科学学报》 (China Safety Science Journal)

年 卷 期：2024年第34卷第7期

页      面：105-112页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：民用航空器适航审定技术重点实验室开放基金资助(SH2023101701) 中央高校基本科研业务费(3122022044) 中央高效基本科研业务费(3122022QD07) 

主　　题：预期功能安全(SOTIF) 电动垂直起降飞行器(eVTOL) 运行时保证(RTA) 城市空中交通(UAM) 智能避障系统 

摘      要：为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。