Пока мы читаем новости про самоуправляемые автомобили, мало кто задумывается над тем, насколько незаметно развиваются системы безопасности современного авто. С каждым годом требования к безопасности повышаются: при тестировании по нормам Euro NCAP были введены боковые удары о столб, требуется обязательное наличие ESP, больше внимания уделено безопасности детей. Это меняет не только внешний облик автомобиля (минимизация резких углов и граней в передней части машины, появление пологих и округлых капотов), но и развитие систем «активной безопасности», призванных не допустить аварий вообще. Давайте узнаем как много «видит и знает» современный автомобиль о мире вокруг него.
Независимо от того, как каждый производитель называет эти системы, суть их заключается в слежении или за окружающим пространством (обнаружение возможных препятствий перед автомобилем) или за водителем (системы контролирующие усталость водителя, наличие пристегнутых ремней безопасности) или за состоянием дорожного покрытия (контроль за дорожной разметкой, погодными условиями).
Пример такой системы безопасности — это «City Safety» от Volvo, разработка которой началась еще в 2007 году. Этот автопроизводитель ставит перед собой весьма амбициозную цель — к 2020 году в автомобилях Volvo люди не должны погибать в ДТП. Наверняка реальность скорректирует эти планы, однако и существующие наработки уже способны порадовать как начинающих так и опытных водителей.
Для слежения за обстановкой на дороге в авто используется сенсор LIDAR (Light Detection And Ranging), установленный в верхней части лобового стекла у зеркала заднего вида. Лидар излучает электромагнитные волны на объект и получает обратный сигнал – эхо. Скорость впереди идущего автомобиля оценивается по изменению частоты отраженной волны, а расстояние до машины — по времени возвращения сигнала. Лидар использует инфракрасный лазерный луч. Принцип действия лидара аналогичен радару. Лазерные датчики дешевле радаров, но подвержены влиянию погодных условий, поэтому на автомобилях премиум-класса используются, в основном, радары. Датчик расстояния устанавливается на переднем бампере или решетке радитора автомобиля. Радиус действия датчика составляет порядка 150 метров. В современных авто используются датчики расстояния короткого и длинного диапазонов.
Система анализирует возможность столкновения и при опасности отдает команду задействовать тормоза и остановить машину. При скорости до 50 км/час система способна работать на дистанции в 50 метров, а при медленном движении (до 15 км/час) может полностью остановить автомобиль. Если скорость автомобиля выше, то она будет снижена максимально, для снижения возможных повреждений при ДТП. Любопытно что сам сенсор имеет целых три «объектива», одного для работы и корректного определения расстояния недостаточно. Вариантов систем обнаружений пешеходов много — это и Advanced Pedestrian Detection System компании TRW и EyeSight фирмы Subaru, BMW Night Vision, Honda Sensing, Ford Pre-Collision Assist, Toyota Night View, PRE-SAFE от Mercedes и множество других.
Кроме непосредственно системы автоматического торможения, такая система безопасности включает в себя также камеру с возможностью распознавания дорожных знаков, велосипедистов и пешеходов, системы мониторинга обстановки позади автомобиля и помощи при выезде задним ходом с плохим обзором. Дальше в данном направлении пошла компания BMW, представив интеллектуальную систему ночного видения для обнаружения пешеходов в опасной близости от проезжей части. Система Dynamic Light Spot с помощью датчиков сердцебиения определяет наличие живых существ на расстоянии до 100 м от машины. Способы срабатывания могут быть также различны — кроме оповещения или автоматического торможения может применяться также система усиления тормозов. Если препятствие оказалось реальным и водитель нажмет на тормоз, автомобиль будет готов затормозить сильнее.
Распознавание дорожных знаков обычно происходит по следующему алгоритму:
- распознавание формы дорожного знака (круглая форма);
- распознавание цвета знака (красный цвет на белом);
- распознавание надписи (величина скорости);
- распознавание информационной таблички (вид транспорта, время действия, зона действия );
- анализ фактической скорости автомобиля;
- сравнение скорости автомобиля с максимально допустимой скоростью;
- визуальное и звуковое предупреждение водителя при отклонении.
Изображение в виде знака ограничения скорости выводится на экран панели приборов и остается видимым, пока ограничение не закончится или будет изменено. В ряде конструкций системы распознавания дорожных знаков электронный блок взаимодействует с навигационной системой, а именно в своей работе использует данные о знаках ограничения скорости из навигационных карт. Даже если знак не будет определен видеокамерой, информация о нем будет выведена на панель приборов. Система способна распознавать ограничения скорости, действующие для определенного вида транспорта, а также знаки отмены ограничения скорости.
Отдельной интересной функцией в автомобилях различных производителей является система слежения за разметкой на дороге LDW (Lane Departure Warning). Данная система следит за разметкой на дороге и сигнализирует водителю, если автомобиль выезжает за пределы своей полосы без включенных сигналов поворота. Классическая реакция системы LDW на пересечение линии разметки – звуковой сигнал и моргание индикатора, для оповещения водителя. Система распознает прерывистую и сплошную разметку, работает днем и ночью. Конечно, когда дорога укрыта снегом, то камера не сможет увидеть разметку, а при полностью стертой разметке система ожидаемо не работает: вполне логично, что камере просто не за что зацепится. Камеры для такой системы размещены в «классическом» для видеорегистраторов месте — около зеркала заднего вида, чуть ниже зоны работы «дворников». Возможно подобные функции вскоре освоят и стремительно развивающиеся видеорегистраторы, уже освоившие функции детектора движения, навигатора и аудиогарнитуры. Более сложные системы используют систему торможения ESP (Electronic Stability Program), которая может тормозить каждое колесо в отдельности. В этом случае, если машина пересекает разметку с правой стороны, притормаживаются колёса слева, что смещает траекторию автомобиля в центр полосы.
При помощи внешних датчиков работают и системы автоматического переключения ближнего и дальнего света фар HBA (High Beam Assist). Кроме собственно переключения режима света, используя данные от сенсора LIDAR система может корректировать параметры освещения в зависимости от дорожных условий (изменять световое пятно). Многие автомобили оснащены камерами по периметру, обеспечивая функции кругового обзора, когда автомобиль можно наблюдать при виде сверху и вокруг него прорисовывается изображение со всех камер сразу. Для повышения безопасности используется система MOD (Moving Object Detection), которая призвана контролировать наличие движущихся объектов в области видимости камеры. Когда система активирована и кто-то проходит около автомобиля, подается звуковой сигнал и подсвечивается рамкой изображение с камеры, которая зафиксировала движение.
Научился автомобиль следить и за усталостью водителя. Контроль усталости водителя DAS (Driver Attention Support) включает в себя сбор ряда параметров, на основании которых делается вывод об уровне усталости водителя. Если система посчитает водителя уставшим – она подаст сигнал и посоветует выпить чашечку кофе (некоторые системы используют пиктограмму чашки с кофе для отображения «полосы усталости» водителя). Подобные системы обрабатывают несколько источников информации, на основании которых и делают свой вывод. Существуют решения, которые наблюдают за лицом и мимикой водителя с помощью салонной камеры. Они способны отслеживать направление взгляда водителя, насколько надолго он закрывает глаза, положение его головы. Ближе всех к решению задачи находится компания Ford, которая предлагает систему оценки нагрузки водителя, призванную уменьшить рассеянность и чрезмерное напряжение.
Усталость водителя оценивается путем обработки множества параметров:
- движения транспортного средства (скорость, продольное и поперечное ускорение, скорость рыскания);
- биометрических показателей (сердечный ритм, частота дыхания, температура кожи).
- действий водителя (угол поворота рулевого колеса, положение педалей акселератора и тормоза);
- дорожный условий (плотность движения, характер дорожного покрытия);
В работе системы оценки нагрузки водителя используются следующие биометрические датчики:
- инфракрасный датчик за рулевым колесом, контролирующий температуру лица.
- пьезоэлектрический датчик в ремне безопасности для мониторинга частоты дыхания;
- проводящие накладки на ободе рулевого колеса для измерения пульса;
- инфракрасные датчики на ободе рулевого колеса для измерения температуры ладоней;
Другая область использования биометрических датчиков связана с контролем физического состояния водителей. В компании Ford предлагают контролировать состояние возрастных водителей с помощью датчиков сердечного ритма, встроенных в сиденье. В основу положена технология электрокардиограммы, которая осуществляет мониторинг сердечных электрических импульсов и своевременно определяет нарушения, а также симптомы других заболеваний.
Toyota для контроля жизненно важных показателей использует датчики на ободе рулевого колеса: электроды для мониторинга сердечного ритма и оптические датчики для оценки проводимости ладоней. Система контроля состояния водителя связана с системой экстренного торможения, что позволяет остановить автомобиль в случае сердечного приступа, а также с навигационной системой, которая автоматически прокладывает маршрут до ближайшего лечебного заведения. Система позволяет определить наступление сердечного приступа уже на ранних стадиях.
Компания BMW работает над технологией предупреждения водителей, больных диабетом, о повышении уровня сахара в крови. Устройство для измерения уровня сахара в крови подключено к смартфону, который в свою очередь соединен через Bluetooth с мультимедийной системой автомобиля. На экран системы выводится информация, предупреждающая водителя об опасности потери сознания из-за повышенного уровня сахара в крови.
Уже в 2016 году Volvo обещает ввести в эксплуатацию систему связи между системами безопасности автомобилей на дороге. Это система «облачного» хранения данных, собранных автомобилями, откуда её изымают другие автомобили и коммунальные службы. Насколько такая информация может быть полезной легко оценить на примере приложения Яндекс.Пробки. Предустанавливая подобную систему на все автомобили и собирая гораздо больше данных, кроме месторасположения и скорости движения, можно предотвращать ДТП, оповещать коммунальные службы о сложных (обледеневших) участках дороги.
На сегодняшний день эти системы стали доступны в популярных и относительно доступных автомобилях: обычно подобные технологии встречаются поодиночке и в куда более дорогих авто. Практически незаметно автомобили научились следить как за внешней средой, так и за собственными пассажирами. В экстренных ситуациях они уже научились брать управление на себя, контролировать водителя — будущее ближе чем кажется на первый взгляд. Однако водителям автомобилей без этих функций еще рано всерьез беспокоится — при необходимости некоторые из этих систем они могут установить самостоятельно: например, вместо системы камер по периметру можно установить парктроник, для видеофиксации обстановки перед автомобилем и в салоне — видеорегистратор с двумя камерами, для оперативного контроля за биометрическими показателями — умные часы с пульсометром.
Подписывайтесь на наш блог на Geektimes чтобы не пропустить наши новые публикации!
Автор: Kpyto
