Systemy wsparcia kierowcy: System automatycznego hamowania cz. 1

Jednym z najważniejszych czynników wpływającym na postrzeganie danego pojazdu jest bezpieczeństwo. Wśród samochodów spotyka się często podział na bierne oraz czynne czyli tzw. aktywne. W tym artykule zajmiemy się głównie opisem jednego z elementów tego drugiego jako wstęp do systemów w pojazdach autonomicznych.

W telegraficznym skrócie bezpieczeństwo bierne odnosi się do elementów konstrukcji pojazdu zmniejszających skutki już dokonanego zderzenia. Mowa tutaj o np. kontrolowanej strefie zgniotu, łamanej kolumnie kierowniczej czy systemach poduszki powietrznej. Szczególnie te pierwsze systemy są powszechne w motoryzacji już od dziesiątek lat. Postęp w metalurgii pozwolił na tworzenie jeszcze sztywniejszych konstrukcji a przez to bezpiecznych, lata praktyki w dziedzinie kontroli stref zgniotu pozwoliły na stworzenie doskonałych pojazdów pod względem wytrzymałościowym. Systemy poduszek powietrznych są w Europie standardowym wyposażeniem wszystkich pojazdów.

Jednak w ostatnich czasach szybki rozwój elektroniki pozwolił na skupieniu się na rozbudowie systemów bezpieczeństwa czynnego. Przełom nastąpił w 1978 roku gdy Mercedes-Benz wprowadził na listę opcji klasy S system wsparcia kierowcy zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania. Nie był to pierwszy przykład samochodu z ABS jednak dopiero Mercedes go spopularyzował. ABS dał początek wielu innym systemom takim jak np. ASR, ESP czy BAS, które zaczęły powoli robić się popularne na przełomie wieków. To co łączy wszystkie te systemy jest fakt elektronicznego sterowania pompą hamulcową na podstawie danych pochodzących z zamontowanych czujników.

W skrócie, od czasu wynalezienia ABS człowiek był odpowiedzialny jedynie za wciśnięcie pedału a elektronika wyręczała go w tym by samochód zachował stateczność kierunkową ruchu podczas hamowania. Można zaryzykować stwierdzenie, że było to już półautonomiczne zachowanie pojazdu.

Skoro pojazd potrafi sam hamować ale nie potrafi jeszcze wykrywać kolizji to wypadałoby go rozszerzyć o kolejną funkcjonalność.

Wtedy w sukurs przychodzi system ostrzegania przed kolizją (z ang. Front Collision Warning System – FCW). Jego rozwinięciem jest System Automatycznego Hamowania (z ang. Autonomous Emergency Braking System – AEB). Rozwój technologii radarowej, kamerowej, laserowej oraz wzrost pamięci komputerów i ich mocy obliczeniowej pozwolił na stworzenie systemu, który wykrywa pojazd lub inną przeszkodę znajdującą się przed samochodem. Zasada działania tego systemu wsparcia kierowcy jest banalnie prosta jednak zależy od technologii wykorzystanej w danym pojeździe.

Technologia radarowa wykrywania pojazdów polega na wykorzystaniu fal radiowych do oceny odległości między pojazdami

Zazwyczaj taki czujnik radarowy montuje się w zderzaku lub osłonie chłodnicy samochodu. Określenie odległości od przeszkody polega na mierzeniu czasu pomiędzy wysłaniem sygnału a jego odebraniem. Nadajnik radarowy wysyła falę o znanej częstotliwości i długości, fala po przebyciu drogi odbija się od przeszkody i wraca do odbiornika radarowego. Elektronika na podstawie uzyskanych danych oblicza odległość między pojazdem a przeszkodą i na tej podstawie określa czy ma tylko ostrzec kierowcę czy już rozpocząć procedurę hamowania. Technologia radarowa ma wiele zalet, nie są jej straszne warunki pogodowe, może pracować bez światła. Ma też niestety kilka wad, fala radarowa jest łatwo pochłaniana i podatna na zakłócenia od infrastruktury drogowej. Czujniki radarowe słabo nadają się do wykrywania pieszych czy rowerzystów.

Technologia kamerowa pracuje na zasadzie analizy obrazu z kamery zamontowanej w pojeździe najczęściej w podstawie lusterka wstecznego. W ostatnich latach sztuczna inteligencja bardzo pomogła rozwinąć komputerowe rozpoznawanie obrazów. Komputer na podstawie wielu przekształceń graficznych oraz segmentacji klasyfikuje dane obiekty jako np. pieszych czy inne pojazdy. Technologia ma niestety kilka wad wiążących się z niedoskonałością systemów optycznych. Rozpoznawalność obiektów jest słaba w nocnej scenerii gdzie typowe kamery poprzez niską jasność obiektywów mogą nieprawidłowo wykrywać a przez to klasyfikować obiekty, Kamery są bardzo wrażliwe na zmienne warunki oświetleniowe (wyjazdy z tunelu, oślepianie słońcem). Niestety producenci często stosują tylko jedną kamerę o określonej optyce, która zachowuje się poprawnie w dużej liczbie przypadków jednak nie reagują podczas sytuacji krytycznych. Mimo tych wad system kamerowy w połączeniu z radarowym doskonale się ze sobą uzupełniają tworząc kompletny zestaw czujników bezpieczeństwa.

Technologia laserowa korzysta z zalet jednego i drugiego systemu

Ostatnią ze stosowanych technologii jest laser, a konkretnie LIDAR, który w związku ze swoją wysoką ceną jest bardzo rzadko spotykany w pojazdach dostępnych na rynku. Jego wykorzystanie opiera się głównie na pojazdach badawczych oraz w robotach mobilnych. Zasada działania jest podobna do radaru jednak zamiast fali radiowej wykorzystywana jest wiązka lasera, która jest bardziej skupiona niż radiowa. LIDAR działa na zasadzie skanera 3D i buduje przestrzenne mapy drogowe, które potem są analizowane przez komputer zamontowany w pojeździe. Na ich podstawie następuje klasyfikacja obiektów (podobnie jak w systemach kamerowych, tylko zamiast obrazu jest chmura punktów). Systemy LIDARowe nie są wrażliwe na zmienne warunki pogodowe oraz oświetleniowe, poprawnie wykrywają obiekty znajdujące się w pobliżu, są odporne na zakłócenia. Ich największą wadą jest obecnie cena która jest co najmniej kilkukrotnie wyższa niż systemów radarowo-kamerowych.

Jest to na razie wstęp do cyklu artykułów o zaawansowanych systemach wsparcia kierowcy montowanych w pojazdach. W kolejnej części opisane zostaną systemy wsparcia kierowcy AEB dostępne w najpopularniejszych pojazdach użytkowanych na naszym rynku.