中国安全科学学报2024,Vol.34Issue(7) :105-112.DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0198

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

Runtime assurance method for eVTOL intelligent obstacle avoidance system toward safety of intended functionality

董磊 宋文佳 陈曦 刘嘉琛 梁博尧
中国安全科学学报2024,Vol.34Issue(7) :105-112.DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.07.0198

面向预期功能安全的eVTOL智能避障系统运行时保证方法

Runtime assurance method for eVTOL intelligent obstacle avoidance system toward safety of intended functionality

董磊 1宋文佳 2陈曦 1刘嘉琛 3梁博尧3
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作者信息

  • 1. 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
  • 2. 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 中欧航空工程师学院,天津 300300
  • 3. 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;中国民航大学安全科学与工程学院,天津 300300
  • 折叠

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.

Abstract

To ensure the SOTIF of eVTOL vehicles in UAM and reduce the verification difficulty of artificial intelligence algorithms,an obstacle avoidance model was proposed based on RTA method.Firstly,SAC(soft actor-critic)algorithm improved by the artificial potential field method was used as the complex function of the eVTOL intelligent obstacle avoidance system.Then,dynamic response planning(DRP)was used as a backup function of the intelligent avionics system to mitigate SOTIF hazards.Moreover,monitoring and decision-making modules were adopted to obtain environmental conditions and develop an RTA architecture.Finally,the simulated obstacle avoidance performance was compared between the two systems using complex function and RTA.The results showed that both methods can achieve obstacle avoidance,but the traditional obstacle avoidance system using complex functions may impose SOTIF risk.The RAT architecture design increased safe flight time from 78.4%to 98.15%,with the total route length only increasing by 0.95%,reducing risks in operational scenarios while ensuring efficiency.

关键词

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

Key words

safety of the intended functionality(SOTIF)/electric vertical take-off and landing(eVTOL)/runtime assurance(RTA)/urban air mobility(UAM)/intelligent obstacle avoidance system

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基金项目

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)

出版年

2024
中国安全科学学报
中国职业安全健康协会

中国安全科学学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.548
ISSN:1003-3033
参考文献量4
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