Автомобильная система предотвращения столкновений: предназначение и принцип работы
Внезапно появившийся на дороге пешеход или незамеченное препятствие, провоцирующее ДТП – ситуации, которых опасается любой водитель. Чтобы снизить риски, производители современных машин разработали систему автоматического предотвращения столкновений. Каждый автоконцерн реализует ее по-своему, но принцип у всех одинаков. Насколько эффективно и полезно данное нововведение, мы расскажем ниже.
Назначение системы
Система, в зависимости от ее уровня и стоимости машины, распознает неподвижные и динамичные объекты, а также дорожную разметку, и предупреждает водителя о том, что дистанция между автомобилем и препятствием стремительно сокращается. Как правило, для этих целей есть световые индикаторы, звуковые сигналы и текстовые уведомления на экране бортового компьютера.
Если водитель растерялся и не успел отреагировать, система включает функцию сброса скорости или автоматического торможения. Это очень полезно в непредвиденных ситуациях, например, когда другой автомобиль решил не уступать дорогу, хотя был обязан по правилам поступить именно так, или когда пешеход спонтанно счел, что успеет перебежать проезжую часть. Даже если столкновение все-таки случится, то, по крайней мере, минимизируются последствия аварии.
Пока что система совершенствуется и не является законодательно обязательным атрибутом автомобиля, но существенно облегчает жизнь водителю.
Как реализуется предотвращение столкновений
На благо системы работают три основные технологии: Data Fusion, Distance Alert и Pedestrian Detection System. Первая управляет элементами, обнаруживающими тревожную ситуацию, вторая — следит за статичными препятствиями и другими машинами, а третья – за людьми, которые могут появиться на дороге.
Чтобы распознать опасную ситуацию и выдать предупреждение, используются специальные радары и камеры. В более старых системах были исключительно радары, которые не всегда правильно оценивали происходящее и автоматически активировали тормоза, когда это было совсем не нужно. После жалоб водителей, не по своей воле замерших посреди оживленной магистрали и получивших справедливые нарекания других участников дорожного движения, разработчики принялись усовершенствовать систему и добавили камеры.
Теперь процесс предотвращения столкновений происходит так:
Последнее происходит не всегда: некоторые системы только сбрасывают скорость, вверяя остановку человеку. Это происходит в таких ситуациях, как:
Недостатки системы
Система предотвращения столкновений обладает не только достоинствами, но и рядом недостатков, с которыми продолжают бороться производители:
Несмотря на некоторые недочёты, полиция отмечает, что данная система сокращает аварийные ситуации на 20%. И это при том, что она есть далеко не в каждой машине.
Технологии, улучшающие работу системы
Работу системы могут улучшить дополнительные технологии, например, круиз-контроль АСС. Ею очень удобно пользоваться на оживленных городских улицах, где часто возникают заторы и приходится маневрировать. Радары измеряют расстояние от контролируемой машины до впереди стоящей и сообщают, что дистанцию пора увеличить.
Технология экстренного торможения Active City Stop – работает на лазерных детекторах, которые могут помочь обнаружить препятствие в непогоду. Однако она эффективно работает только в связке с вышеописанными технологиями: сама по себе снижает скорость не очень качественно, и тормозит при условии, что машина едет 15 км/ч (что, как вы понимаете, бывает достаточно редко).
Автомобильная система предотвращения столкновений
Работа над повышением безопасности использования автомобилей ведётся непрерывно. Некоторые системы уже в обязательном порядке устанавливаются в новые автомобили. Система предупреждения о столкновении пока ещё не признана обязательным элементом в выпускаемых машинах, но популярностью пользуется немалой.
Вникаем в суть системы
По названию уже становится понятной суть этой инновации — недопущение совершения наезда на объект, который находится впереди. Реализуется эта функция посредством принудительного торможения в тот момент, когда система считает ситуацию опасной, а столкновение неизбежным. Если к работе присоединяется ещё и адаптивный круиз-контроль, то автомобиль будет всегда находиться на безопасном расстоянии от впереди следующего участника движения.
Существующие варианты системы антистолкновения
Многие компании-производители автомобильной промышленности разработали свои варианты этой уникальной технологии, которая способна предотвратить аварию и спасти жизни людей. Но суть остаётся такой же: в автомобиле автоматически включаются тормоза в том случае, если водитель не реагирует на опасное сближение с объектом, который находится в движении или стоит с выключенным двигателем.
Ранее практиковалась другая система, которой было далеко до совершенства. Она предполагала использование только радара, а это не могло обеспечить высокой эффективности. Новая разработка основывается не только на радаре, но ещё предполагает использование камеры. Именно последний элемент фиксирует положение ближнего автомобиля. Радиус действия радара составляет 150 метров, а камеры — 55 метров. Это значит, что система следит за всеми объектами, которые попадают в радиус действия камеры. Информация, поступающая с этих двух элементов, обрабатывается и сравнивается по современной технологии Data Fusion, что также позволило повысить эффективность системы.
Много усилий приложили автопроизводители, чтобы их разработки начинали активные действия только в случае неизбежного столкновения. Этот фактор очень важен в условиях большого города, на дорогах которого наблюдается плотное передвижение транспорта. Низкий уровень ложных оповещений — это важное и довольно редкое преимущество технологии предотвращения столкновений.
Для пользователя удобной является возможность менять настройки и выбирать рабочий режим, адаптируя таким образом систему к условиям передвижения.
Схема работы
Раз уж мы начали рассматривать одну из систем безопасности, то стоит детально рассмотреть принцип её работы. Он состоит из нескольких этапов, которые приводятся в действие последовательно.
Можно привести несколько случаев, на которые система отреагирует снижением скорости:
На полную остановку машины надеяться приходится не всегда, но даже при некотором снижении скорости риск травматизма снижается в разы.
Дополнительные функции
Эффективность предотвращения столкновения можно повысить за счёт использования дополнительных систем.
Адаптивный круиз-контроль ACC
Система предупреждения о столкновении должна работать совместно с адаптивным круиз-контролем ACC. Эта разработка следит за соблюдением безопасной дистанции между вашим автомобилем и впереди стоящим. Такая функция очень удобна во время передвижения в пробках.
Непрерывно работает радар, который измеряет расстояние до каждого автомобиля. Система обрабатывает эту информацию и рассчитывает скорость, при которой критическое сближение будет невозможным. Добавляет удобства пользователю возможность выставления своих параметров, в пределах которых будет работать адаптивный круиз-контроль.
Система следит за скоростью передвижения соседнего автомобиля и быстро реагирует на её снижение. Таким образом, водитель может не держать себя в постоянном напряжении и доверить некоторую часть управления автоэлектронике.
Оповещение сокращения дистанции
Передвижение в плотном потоке машин облегчается благодаря системе, которая следит за сокращением дистанции и оповещает водителя в случае возникновения опасной ситуации. Эта функция называется Distance Alert, она может служить альтернативой для адаптивного круиз-контроля. Если последняя система неактивна, то контроль за дорогой выполняет Distance Alert.
Внимание водителя привлекается благодаря предупредительному сигналу, который располагается внизу на лобовом стекле — как раз в зоне видимости.
Технология обнаружения пешеходов
Все возможности, которые были описаны выше, имеют отношение только к автомобилям. Но ведь машина может сталкиваться не только с себе подобными, но и с пешеходами. Была разработана отдельная система, которая направлена на обнаружение людей, находящихся возле автомобиля. При выявлении близстоящего человека, автомобиль принудительно снижает скорость.
В результате работы этой технологии можно снизить силу удара или вовсе избежать столкновения с пешеходом. Исследования показали, что использование системы обнаружения пешеходов сокращает смертность в результате аварий, снижает вероятность получения тяжёлых травм и уменьшает количество наездов.
Возможности этой технологической разработки впечатляют. Она отлично работает в условиях большого города, отслеживает сразу нескольких пешеходов, которые могут передвигаться в различных направлениях, определяет людей с зонтами в условиях дождливой погоды.
Система поможет предотвратить столкновение с пешеходом
Недостатки
Специалистам ещё есть над чем работать. Технологии предотвращения столкновения работают неудовлетворительно при плохой погоде и в тёмное время суток. Также влияет на качество работы дорожная разметка, её количество и качество. Если камера недостаточно хорошо различает разделительные линии, то работа системы снижается. Равно как и во время густого тумана, недостаточного освещения, снегопада и при других неблагоприятных условиях.
Глупо полностью полагаться на электронику. В любом случае водитель несёт ответственность за жизни людей и сохранность имущества. Эти системы нужно воспринимать как страховку и помощь, а не перекладывать на них всю работу водителя.
Система предотвращения столкновений: Часть 1. Законодательство как ТЗ для разработчика
Приветствую Хаброюзеры. Меня зовут Евгений и в серии статей я хочу рассказать о процессе разработки и тестирования системы предотвращения столкновений промышленной техники и людей, работающих с ней бок о бок.
Но сначала небольшая история. Один северный город нашей необъятной. В городе есть большая шахта, которая по сути является для жителей города основным местом работы. Пятница, рабочий день уже перешел в послеобеденное время. Горнорабочие на горизонте 720 метров отпраздновали день рождение коллеги распитием алкоголя, пронесенного на территорию объекта тайно. И вот один захмелевший горняк пошел проветриться перед выходом на поверхность, но в процессе немного устал и задремал на рельсах подземной железной дороги для вывоза руды. Разбудил его электровоз, машинист которого в темноте не заметил неудачливого горняка, дремавшего у рельса. В результате наезда электровоза на шахтера, он лишился кисти руки. Страшная история, и много таких же историй из других уголков России каждый раз заставляют различных руководителей задуматься. А что можно сделать, чтобы таких историй было меньше или вообще больше никогда не было. Вот тут и начинает формироваться запрос на систему, которая будет решать задачи предотвращения наездов техники на людей.
Предыстория вопроса, побудившая нас заняться разработкой такой системы в 2016 году такова. Горная добыча полезных ископаемых является одной из самых опасных профессий в мире. А в нашей стране это одна из ключевых отраслей экономики после добычи нефти и газа. Добыча полезных ископаемых во всем мире ведется двумя способами: открытым (поверхностным) и подземным.
Мы, как разработчик систем позиционирования достаточно давно занимаемся позиционированием горнорабочих в шахтах и в настоящее время практически на всех шахтах вопрос позиционирования в той или иной степени решен. Но инциденты, связанные со столкновениями горной техники и наездами техники на персонал к сожалению, продолжают происходить. На западе данный вопрос начал решаться еще в 2006-2010 годах разработкой и внедрением систем предотвращения столкновений. В первую очередь там внедрялись такие системы на карьерах, так как там чаще происходили подобные инциденты. С марта 2019 года и в России стала обязательна установка систем предотвращения столкновений, но только не на карьерах, а в шахтах. И вот тут мы подходим собственно к ТЗ и запросу на подобные системы.
Все горнодобывающие предприятия в России обязаны соблюдать правила промышленной безопасности. Следит за соблюдением этих правил Ростехнадзор (Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору) и мы в первую очередь учитывали требования выдвигаемые данной службой при разработке системы. Но так как требования к системам предотвращения столкновений в нашей стране прописаны пока что достаточно общими словами, в составлении ТЗ для разработки, сценариев тестирования и критериев приемки мы опирались на международный документ, разработанный EMESRT (Earth Moving Equipment Safety Round Table). Это организация объединяющая горнодобывающие компании, государственные структуры, производителей оборудования для горной добычи, сервисные и инжиниринговые компании по всему миру.
Данная организация разработала классификацию систем управления и безопасности для горной добычи:
За основу разработки системы и программу последующих тестов и сценариев тестирования был взят документ Vehicle Interaction Systems, в котором прописаны основные сценарии и ситуации возникающие при работе техники и людей в горной добыче и возможные инциденты с ними.
При разработке системы для горной техники нужно исключить следующие опасные ситуации или свести вред от них к минимуму (минимизация последствий инцидента):
В них заложены требования, как к самой системе, так и к виду устройств, визуализации уведомлений и способам оповещений.
Согласитесь, гораздо больше требований к системам предотвращения столкновений, чем в российской редакции правил промышленной безопасности для горнодобывающих компаний (Приказ от 11 декабря 2013 г. №599 Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых»), где написан всего один пункт:
Пункт: 325 Транспортные машины, эксплуатируемые на шахтах по добыче полезных ископаемых, должны быть оборудованы системами предотвращения столкновений. Система предотвращения столкновений должна обеспечивать своевременное оповещение машиниста о наличии людей и транспортных средств в радиусе траектории движения машины.
Именно гораздо больший список изначальных требований к системе предотвращения столкновений описанный EMESRT и учет этих требований при разработке продукта позволит соответствовать всем существующим и новым требованиям, которые возможно будут добавлены в соответствующие документы и регламенты для Российских горнодобывающих предприятий в будущем.
Так мы подошли к ключевым сценариям работы техники и людей, при которых система предотвращения столкновений должна определять опасность и предупреждать о ней всех участников такой ситуации.
Список сценариев для горной добычи:
Всего 24 сценария, которые охватывают 99% всех типовых задач, решаемых при подземной добыче полезных ископаемых, где используется самоходная техника, транспорт и могут находиться люди.
Дальше я расскажу, как мы выбирали технологии для разработки продукта, через что пришлось пройти при его создании и что получилось на выходе, а также как тестировался каждый из сценариев, описанных выше.
Технологии и решения для создания системы предотвращения столкновений
Мы с 2016 года занимаемся разработкой подобных систем предотвращения столкновений, и Вы можете почитать об этом в стате на Хабре здесь.
За это время мы сменили технологию с устаревшей на тот момент технологии Nanoloc на более перспективную технологию UWB. Подробнее о технологии UWB мы писали на Хабре тут и тут.
В чем преимущество технологии UWB (СШП) для позиционирования объектов?
К 2018 году на основе технологии UWB была разработана и прошла несколько стадий развития система предотвращения столкновений.
Сейчас система состоит из следующих компонентов:
Тег (TAG) – микросхема с поддержкой технологии UWB, встроенная в фонарь шахтера или выполненное на её базе отдельное устройство.
Антенна (VBU) – устанавливается на обшивку транспортного средства. В ней находится также чип UWB, который и определяет расстояние до другого чипа UWB по ToF (Time of Flight).
Контрольный блок (VCU) – микрокомпьютер, обрабатывает полученные замеры от антенн и по математическому алгоритму определяет местоположение тега относительно транспортного средства и отправляет данные для визуализации на дисплей водителя.
Дисплей (VOD) – осуществляет визуальное представление информации о местоположении тегов относительно автомобиля.
В основе UWB технологии позиционирования лежит чип ирландской компании Decawave. Чипы имеют собственную антенну, благодаря которой могут измерять время прохождения сигнала между собой. Так как в VBU находится такой же чип UWB, как и в тегах, то они детектируют друг друга при наличии радиовидимости и тоже производят замеры между собой. Этот принцип позволяет определять время пролета сигнала, как между антеннами транспортных средств, так между антенной и тегом.
Отсюда мы получаем два направления контроля:
Принцип работы системы
В основе системы лежит принцип создания вокруг транспортного средства 3-х зон контроля опасных сближений. При этом зоны могут быть любой формы и учитывать, как особенности конструкции, так и параметры движения транспортного средства.
Предупреждает работников о наличии транспорта, техники и пр. на малом расстоянии.
Система сигнализирует о возможном опасном сближении и позволяет обратить внимание водителя и горнорабочего на факт сближения с другим объектом.
Антенны (VBU) излучают в пространство вокруг транспортного средства UWB сигнал в поиске других антенн (VBU) или персональных тегов (TAG) в зоне радиовидимости.
При обнаружении других антенн (VBU) или персонального тега (TAG) в зоне «Внимание» производится замер расстояния от антенны (VBU) до объекта.
Данные о замерах расстояния передаются в контрольный блок (VCU), где производится расчёт местоположения обнаруженных объектов на дальности, направлению и зоне.
Результат расчёта выводится на дисплей водителя (VOD).
Фиксирует опасное сближение и привлекает внимание работников, может замедлять технику и транспорт.
Система оповещает о возможной аварии и позволяет обратить внимание водителя и горнорабочего на факт сближения с другим объектом.
Водитель видит на дисплее (VOD), в какой зоне находится обнаруженный объект и при его приближении к транспортному средству объект будет перемещаться из зоны «Внимание» в зону «Опасность» на дисплее (VOD). При этом в кабине появится световое и звуковое оповещение (VOD) о входе объекта в зону «Опасность», как в кабине водителя, так и с наружной части транспортного средства будут включены проблесковые маяки и звуковое оповещение. При этом на персональном теге сотрудника (TAG) или в кабине другого транспортного средства, оснащенного продуктом «RealTrac Предотвращение столкновений» также включится звуковое и светографическое оповещение.
Генерирует сигнал тревоги при входе другого объекта, оснащенного системой в зону Авария.
При входе объекта из зоны «Опасность» в зону «Авария» включаются все способы оповещения водителя транспортного средства. На дисплее водителя (VOD) горит красный сигнал опасности и звучит постоянное звуковое оповещение. На персональном теге горнорабочего (TAG) также включается звуковое оповещение и вибрация, оповещающая о нахождении в зоне «Авария».
Вот так выглядят зоны контроля в конфигураторе системы предотвращения столкновений. Видны точки установки антенн на транспортном средстве и тег установленный на другое ТС. Шаг сетки 1 м.
Это принцип работы системы, описанный в теории. Как все это выглядит на практике я расскажу во второй части статьи через неделю.
Если у Вас есть вопросы пишите в комментариях.
Как работают системы предотвращения столкновений
Как работают системы предотвращения столкновений на низких скоростях и почему радары и камеры становятся уже обязательными для многих автопроизводителей? Разбираемся в сути вопроса.
Когда?
Концепт-кар Cadillac Cyclone XP-74, показанный в 1959-м, уже был оснащен передними радарами. Но исследования их реального применения в автомобиле начались только в семидесятых годах, а серийно систему автоматического торможения предложили в 2003 году на Honda Inspire.
Системы автоматического торможения (AEB, Automatic Emergency Braking) работают всегда. В их основе один или несколько фронтальных датчиков под лобовым стеклом или в переднем бампере. В первой фазе они предупреждают водителя с помощью звуковых и визуальных сигналов о необходимости замедлиться.
Зачем?
Самая распространенная авария – столкновение на низкой скорости. Их число растет из-за того, что водители часто отвлекаются. Системы AEB в 35% случаев полностью предотвращают, а еще в половине значительно снижают тяжесть последствий ДТП, в том числе с участием пешехода или велосипедиста.
Системы автоматического торможения определяют препятствия разных типов – это и автомобили, едущие впереди, и пешеходы, и велосипедисты. При этом главное назначение технологии в современном мире пока все-таки только предотвращение столкновения двух автомобилей
Сколько?
Система автоматического торможения предлагается как в базовом оснащении, так и в качестве отдельной опции или части пакета оснащения, повышающего безопасность.
Как работает?
Системы AEB используют не только стандартную тормозную систему, но и датчики, распознающие транспортные средства и пешеходов перед автомобилем. Электроника определяет относительную скорость и расстояние между машиной и препятствием. При риске столкновения Automatic Emergency Braking предупреждает водителя и задействует преднатяжители ремней безопасности, чтобы повысить их эффективность при неминуемом столкновении. Также она может дать команду подвести тормозные колодки ближе к дискам, чтобы сократить время реакции и тормозной путь. Если же водитель не реагирует, автомобиль выполняет торможение сам для предотвращения ДТП или снижения тяжести его последствий. Обычно в системе используют лидары (Light Detection and Ranging) и радары в сочетании с камерой и программным обеспечением, распознающим изображения. Однако есть AEB, использующие только стереоскопическую камеру, как Eyesight Hitachi у Subaru или Bosch у Land Rover Discovery Sport.
Способы распознавания препятствий в разных системах и у разных автопроизводителей могут сильно отличаться – это касается как «харда», датчиков разных типов, так и «софта» – программ, обрабатывающих данные радаров
Влияет на звезды
Наличие на автомобиле системы автономного экстренного торможения прямо влияет на то, какой рейтинг по безопасности ему будет присвоен. Ассоциация по проведению независимых краш-тестов Euro NCAP – самая престижная в мире – оценивает этот параметр еще с 2014 года. При этом в 2018 году правила были ужесточены. Автопроизводителям теперь недостаточно предложить функцию автоматического торможения как опцию или установить на машину систему, работающую недостаточно эффективно. Стремление сэкономить приведет к понижению оценки за безопасность. А на звезды Euro NCAP европейские покупатели смотрят очень внимательно, даже если не всегда понимают, что именно они означают.
Эксперты Euro NCAP, испытывая новые автомобили, оценивают работу системы автономного торможения «в связке» с функцией предупреждения о возможном фронтальном столкновении. Для этого проводятся тесты сразу по трем разным сценариям: сближение с неподвижным автомобилем на скорости 30–80 км/ч, сближение с автомобилем, движущимся впереди с меньшей скоростью, и движение за автомобилем, который внезапно начинает тормозить. Последний сценарий подразумевает скорость в 50 км/ч и два теста с плавным и резким торможением. Высокие оценки Euro NCAP получают те системы, которые смогли в таких условиях или полностью предотвратить столкновение, или обеспечить незначительность повреждений.
Підпишіться на наш Telegram-канал або читайте нас в Google News, щоб нічого не пропустити.