Применение радарных датчиков в автомобилях

В современных автомобилях устанавливают все больше сложных электронных систем. Если сегодня их цена, по данным Strategy Analytics, составляет в среднем 20% от стоимости машины, то в ближайшие несколько лет этот показатель поднимется до 30%-ного уровня. Примеры — системы адаптивного круиз-контроля, предотвращения столкновений, беспроводной связи и навигации. Статья включает обзор основных применений радарных датчиков в автомобиле и анализ типовых требований, предъявляемых к радарам.

Введение

Потребность в безопасности Безопасность на дороге играет все большую роль, так как поток машин во всех странах стремительно уплотняется. Сегодня аварии — одна из главных причин смертности и инвалидности людей в мире. Европейские автопроизводители, оборудуя машины, уже не ограничиваются ремнями и подушками безопасности. Адаптивный круиз-контроль, система контроля траектории движения (по дорожной разметке) и мониторинг состояния водителя — всем этим в ближайшем будущем станет обладать абсолютное большинство автомобилей.
Применения автомобильных радаров
Целесообразность использования автомобильных радаров для предупреждения столкновений признана в ведущих автомобильных державах (США, Германии), где такие устройства появились впервые.
Применение авторадаров имеет большое значение для предотвращения ДТП при следующих условиях:

• плотный туман;
• интенсивный дождь или снегопад;
• сильное задымление атмосферы;
• ослепление водителя солнечными лучами или фарами.

В этих случаях визуальное наблюдение об- становки затруднено, а при ливне, снежной метели или густом тумане практически ис- ключено. Радар совместно с системой круиз- контроля позволяет вычислять расстояние до впереди идущего автомобиля и поддержи- вать такую скорость, чтобы автомобиль на- ходился на безопасном расстоянии.
Автомобильный радарный датчик может быть эффективно использован и в следующих дорожных ситуациях:
• Предупреждение попутных столкновений при смене полосы движения, а также попутных наездов на мотоциклистов, вело- сипедистов и пешеходов.
• Обнаружение автомашин в так называе- мых «мертвых зонах», которые не удает- ся контролировать с помощью боковых зеркал. Типовая ближняя зона, контроли- руемая радаром, — 5–15 м вдоль автомо- биля.
• Предупреждение наездов на впереди идущую машину на улицах крупных городов при плотном потоке автомобилей и частых остановках из-за заторов или переключений светофоров. Радар позволяет системе управления зафиксировать факт торможения впереди идущего автомобиля за время, равное 0,1 с от начала торможения, то есть практически мгновенно, или зафиксировать сближение с препятствием на опасное расстояние. Типовая зона, контролируемая радаром, — 20–30 м по ходу движения автомобиля.
• Предупреждение о встречных автомобилях на загородных автодорогах, в первую очередь о скоростных автомобилях и мотоциклах, а также о транспорте, появляю- щемся из-за поворота дороги. Типовая зона, контролируемая радаром, — до 150 м по ходу движения автомобиля. Специалисты компании Mercedes-Benz считают, что большинство встречных столкновений можно предупредить путем оповещения водителя об опасности даже за 1 секунду до столкновения.
• Предупреждение об опасности наезда на пешеходов, автомобили, ограждения при движении задним ходом. Типовая контролируемая зона — от 0 до 10–15 м в заднем секторе. Эта задача особенно актуальна для большегрузных автомобилей и фургонов, так как задний сектор часто не просматривается водителем из-за конструкции машины.
• Использование радаров значительно уменьшает риск ДТП с участием нескольких авто мобилей («цепные» столкновения) на скоростных участках дорог.
• Особое значение имеет использование радарных датчиков на транспорте с опасными грузами и на автобусах. Установка радаров на автобусы и, как следствие, снижение вероятности возникновения ДТП имеют большое социальное значение, так как в авариях с автобусами может пострадать большое число людей.
• Новое применение радаров относится к системам автоматической парковки.

Радарный датчик — основная часть адаптивного круиз-контроля

Системы адаптивного круиз-контроля (АКК) являются системами переднего обзора. Система АКК поддерживает безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля, автоматически регулируя скорость. В целом, большинство систем АКК используют одни и те же устройства для контроля скорости. Основная их часть — это радарный датчик, определяющий расстояние между машиной и другими транспортными средствами, находящимися на дороге (рис. 1). Радарный датчик может быть соединен с тормозной системой, сцеплением, мотором, системой контроля устойчивости и трансмиссией. Так же, как и классические системы контроля скорости, система адаптивного круиз-контроля поддерживает скорость автомобиля на заранее установленном уровне до тех пор, пока путь свободен и ничто не препятствует движению. Модуль контроля использует информацию, получаемую от радарного датчика, датчиков скорости машины и рулевого управления. Если перед ма- шиной появился объект, система автоматически регулирует скорость для поддержания заранее установленного расстояния между машинами.

Радар может быть как самостоятельным устройством (Mercedes-Benz), так и интегрированной частью модуля системного контро- ля машины (BMW, Сadillac). Для обеспечения эффективной работы радар должен находиться в передней части машины, именно там, куда при фронтальном столкновении может быть нанесен самый мощный удар. Радар может быть установлен в переднем бампере (рис. 2) или под декоративной решеткой на радиаторе (рис. 3). Устранение неполадок Когда радар неисправен и требуется его замена, точная настройка и установка датчиков — залог для исправной работы всей системы. По утверждению специалистов компа- нии BMW, горизонтальное смещение на один градус приводит к снижению эффективности, а отклонение больше чем на один градус делает работу всей системы бесполезной. Для настройки радара необходимо специальное сканирующее оборудование той же компании. Для моделей радаров производства других фирм угол смещения, при котором система будет продолжать работать, может быть немного больше. В некоторых моделях включена также опция самонастройки устройства. В этом случае машина д олжна проехать по пустой дороге мимо стационарных объектов (столбов, дорожных знаков, деревьев и т. п.). Чем больше стационарных объектов находится на дороге, тем быстрее произойдет внутренняя настройка системы. При значительных повреждениях радара требуется ручная установка с применением специального лазерного оборудования. Позиционирование горизонтальных и вертикальных настроечных винтов на задней панели радара отлаживается в соответствии с показаниями лазерной диагностики.

Парковочные радары Парковочный радар — это прибор, который делает управление автомобилем более комфортным и безопасным. В условиях сложной парковки и при движении по узким про- ездам он облегчает совершение сложных маневров. Чаще всего бампер и кузов автомобиля получают небольшие повреждения в условиях плохого обзора или «слепой» парковки. Установка парковочного радара — более простой способ ухода от проблемы в сравнении с ремонтом бампера или кузова (своего или чужого автомобиля). Радарные приборы обеспечивают возможность формирования звуковых сигналов и световой индикации для контроля расстояния до препятствия. Некоторые модели показывают дистанцию циф- рами в метрах. Конструкция парковочных радаров позволяет устанавливать их как на задний, так и на передний бампер. По количеству используемых датчиков парковочные системы бывают следующих типов: • четырехдатчиковые (на задний бампер); • шестидатчиковые (два — вперед, четыре - назад); • восьмидатчиковые (четыре — вперед, четыре — назад). Принцип работы парковочного радара представлен на рис. 4. Системы бокового обзора и мониторинга мертвых зон Автомобильный радар для «слепых» зон позволяет избежать аварии при обгонах, перестроениях и движении задним х одом. Два радарных датчика устанавливают по бокам на заднем бампере автомобиля, они регистрируют, где расположены другие транспорт- ные средства, которые водитель не видит в зеркала заднего вида. При обнаружении таких машин подается тревожный сигнал. Систем отслеживания «слепых» зон нет на российском массовом рынке. В начале 2005 года компания Audi представила на автосалоне в Детройте систему Audi Side Assist, включающую в себя радарные датчики, контролирующую зону позади автомобиля и в непосредственной близости по бокам от него, созданную как дополнение к зеркалам заднего вида для предупреждения води- теля о присутствии или приближении другого автомобиля. Дальность действия датчи- ков — до 50 м, что позволяет охватывать «мертвые» зоны, не просматриваемые в зеркала заднего вида. Система Audi Side Assist включается и вы- ключается нажатием кнопки и функциони- рует на скорости свыше 60 км/ч. Предупреждающий сигнал, который подают специальные световые элементы в наруж- ных зеркалах заднего вида, формируется в два этапа: 1. Система информирует водителя о наличии автомобиля на соседней полосе (находящегося в «мертвой» зоне или приближаю- щегося), который при смене полосы движения может представлять собой опас- ность. В этом случае предупреждающая лампочка зеркала заднего вида с соответствующей стороны загорается и остается включенной до тех пор, пока другой автомобиль не удалится, и водитель получает предупреждение, как только посмотрит в зеркало. 2. Если водитель Audi включит сигнал пово- рота с намерением сменить полосу движе- ния, то при наличии на соседней полосе ав- томобиля немедленно начнется вторая ста- дия формирования сигнала предупрежде- ния: лампочка начнет интенсивно мигать. Система Audi Side Assist не влияет на управ- ляемость автомобиля и работу остальных его устройств. Технологии Все описанные системы могут быть про- изведены на основе различных технологий. Например, система обзора «слепых» зон мо- жет быть выполнена не только на основе та- ких простых методов, как зеркала, но и при использовании сложной технологии радара. Парковочная система может быть реализова- на на основе зеркал или же при помощи встро- енной в задний бампер камеры. Естественно, что использование разных технологий отража- ется на качестве и функциональных свойствах системы. В таблице 1 приведено сравнение тех- нологий при различных погодных условиях.


Как видно из таблицы 1, применение мик- роволной технологии дает значительно более универсальные и качественные результаты. Именно радар предотвращения столкнове- ний является всепогодным устройством. Тем не менее, для создания электронных систем безопасности должны быть приняты во вни- мание и другие технологии, уже успешно за- рекомендовавшие себя на рынке. Примеры применения Среди автопроизводителей, предлагаю- щих систему круиз-контроля и ее модифи- кации для легковых автомобилей, зареко- мендовали себя такие компании, как Audi (2004 год, А8), BMW (2003–2004 гг., 7-я серия и 2004 г., 5-я серия), General Motors (2003– 2004 гг., Сadillac XLR), Infiniti (2003–2004 гг., Q45 и FX), Jaguar (2003–2004 гг., XKR), Lexus (2001–2003 гг., LS430), Mercedes-Benz (2000– 2004 гг., S-класс и CL-класс).


Distronics Система АКК компании Mercedes-Benz называется Distronics. Если эта система установ- лена на машину, на приборную панель добав- ляется экран, отображающий в цифровом ви- де установленную скорость. Установленная дистанция показана стрелочкой на шкале вме- сте со схематичным изображением автомоби- ля (рис. 5). Когда на той же полосе движения появляется лидер (машина, идущая впереди), на экране высвечивается изображение второ- го автомобиля и расстояние до него на шкале (рис. 6). При помощи системы Distronics ав- томатически поддерживается заданное безо- пасное расстояние до идущей впереди маши- ны, что помогает водителю. Адаптивный круиз-контроль BMW Система адаптивного круиз-контроля ком- пании BMW называется АСС — Adaptive Cruise Control. При наличии этой системы водитель устанавливает не дистанцию, а вре- менной интервал между машинами. Есть че- тыре временных интервала: от 1,5 до 2,8 с. Чем быстрее машина двигается, тем больший временной интервал будет установлен. Радар, входящий в состав ACC, способен распознать автомобиль на удалении до 200 м. В случае, если препятствие будет стремитель- но приближаться, система ограничит подачу топлива в двигатель. Система Stop&Go является дальнейшим развитием ACC (Active Cruise Control), кото- рой комплектуются BMW 7-й и 5-й серии. Stop&Go работает на частоте 24 ГГц и обес- печивает слежение за препятствием прямо по курсу на расстоянии до 20 м. Она реагирует на сближение с препятствием и включается сразу, если возникает опасность столкнове- ния. При этом в динамике скорость тормо- жения не должна превышать 2 м/с. Дистан- ция, поддерживаемая до препятствия в пре- делах до 20 м, варьируется автоматически в зависимости от скорости. На малых скоро- стях она значительно меньше. Главным от- личием Stop&Go от уже используемых сис- тем станет возможность возобновления дви- жения за впереди идущим автомобилем. Это значительно облегчит движение в пробках. Eaton-Vorad Eaton-Vorad EVT-300 Collision Warning System — система предупреждения столкно- вений на грузовых автомобилях и автобусах, которая постоянно сканирует пространство радарами, стоящими спереди и сбоку. Когда в опасной близости от грузовика засекается объект (стоящие или медленно едущие авто- мобили), водитель получает визуальный и звуковой сигналы предупреждения. В не- которых моделях радар объединен с «умным» круиз-контролем SmartCruise, который по- могает автоматически поддерживать задан- ную скорость и безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля. Система безопасности тяжелых грузовых ав- томобилей, представленная концерном Freightliner, состоит из двух основных подсистем: 1. SmartCruise — поддерживает уровень скорости в соответствии с заранее уста- новленным интервалом между машиной и лидером (впереди идущим транспортом). Используя радар переднего обзора, систе- ма Smart Cruise автоматически подстраи- вается под более медленную скорость ли- дера. Если лидер увеличивает разрыв, сис- тема возобновляет движение на ранее установленном уровне скорости. Водитель контролирует ситуацию на дороге и, имея более высокий приоритет относительно системы, может ускоряться или тормозить по своему усмотрению. Система Smart Cruise незаменима для тех моментов, ког- да водитель отвлекается на настройку ра- диоприемника или сверяется с картой.


2. AlwaysAlert — радарная система (24 ГГц), передающая сигнал с датчиков переднего и бокового обзора в кабину автомобиля. Когда система выявляет на пути потенци- альную угрозу, маленький экран показы- вает комбинацию загорающихся лампочек, и система генерирует звук для предупреж- дения водителя как сигнал к началу пре- вентивных мер для предотвращения столк- новения (рис. 7). Система AlwaysAlert «видит» и отслеживает движение 20 транспортных средств, двигаю- щихся одновременно по той же или смежной полосе. Система сообщает об опасности на пу- ти, даже если дорога изгибается (рис. 8).


Сканирующие радарные датчики Для предотвращения аварийных ситуаций, таких как столкновение, когда одна машина «подрезала» другую, или столкновение на ра- диусных поворотах, радарные датчики долж- ны определять азимутальные координаты объектов. Для этого производители радар- ных датчиков используют многолучевую пе- реключаемую антенну или механически ска- нирующую антенну (табл. 2). Наиболее общим решением для всех ситу- аций является антенна с электронным скани- рованием, у которой поле или угол обзора (FOV) изменяется в зависимости от дорожной ситуации, дальности и типа неподвижного препятствия или подвижного объекта. Ана- лиз требований, предъявляемых к автомо- бильному радарному датчику с учетом при- менений, показывает, что оптимальные пара- метры должны быть следующими (табл. 3).


Требования, приведенные в таблице 3, мо- гут быть реализованы только с помощью эле- ктронной сканирующей антенны, с перемен- ным полем зрения от 10° до 60° (рис. 9). Направление автомобильных радаров про- должает развиваться [1], и через некоторое время новые разработки антенн с перемен- ным электронным сканированием достигнут промышленного уровня применимости для этих устройств.


Литература 1. Вендик О., Парнес М. Фазовращатели сканиру- ющих антенн для радаров обзора территорий // Беспроводные технологии. 2007. № 3.



lagligt att beställa viagra viagra på recept pris viagra recept cialis potenssilääke köpa kamagra online billigt viagra tabletter viagra spedito dall europa cialis genericos kvinnor och viagra kamagra online sverige