Понимание систем ADAS: ключевые технологии и функции систем ADAS

С постоянным развитием автомобильной промышленности интеллектуальные и автоматизированные технологии транспортных средств быстро становятся популярными. Среди них система помощи водителю с расширенными функциями (ADAS) становится неотъемлемой частью современных автомобилей. Технология ADAS направлена на снижение количества дорожных аварий и обеспечение водителям более комфортного вождения, улучшая безопасность и удобство. Будь то системы активной безопасности или функции помощи водителю, ADAS постоянно улучшает наш опыт вождения. Понимание систем ADAS имеет решающее значение для освоения будущих тенденций автомобильных технологий.

Что такое система adas?

ADAS, или система помощи водителю с расширенными функциями, представляет собой набор электронных технологий, используемых для помощи водителям в выполнении функций вождения и парковки. ADAS использует различные датчики, камеры, радары и LIDAR для обнаружения и интерпретации окружающей среды автомобиля, предоставляя информацию и выполняя автоматические операции для улучшения безопасности и комфорта вождения.

Основные компоненты систем ADAS

Основные компоненты системы ADAS — это ключевые элементы, которые поддерживают её функции и производительность. Эти компоненты работают вместе, чтобы в реальном времени воспринимать окружающую среду автомобиля и предоставлять водителю помощь при вождении. Ниже приведены основные компоненты системы ADAS:

1. Камеры

① Камера переднего вида: Установлена спереди автомобиля, в основном используется для обнаружения разметки дороги, дорожных знаков, пешеходов и других автомобилей впереди. Камеры переднего вида обычно используются для реализации таких функций, как система удержания в полосе и распознавание дорожных знаков.

② Камера кругового обзора: Мультикамерая система вокруг автомобиля, которая обеспечивает панорамный вид на 360 градусов, чтобы помочь водителю наблюдать за ситуацией вокруг автомобиля при движении на низкой скорости или парковке. Обычно используется в функциях автоматической парковки и мониторинга слепых зон.

③ Задняя камера: Установлена сзади автомобиля, обычно используется для обеспечения видимости при движении задним ходом и работает с системой помощи при парковке.

2. Радар

① Передний радар: Устанавливается спереди автомобиля, использует радиоволны для определения расстояния и скорости объектов впереди. Передний радар часто используется в системе адаптивного круиз-контроля и системах предупреждения о столкновении, чтобы помочь автомобилю поддерживать безопасное расстояние от переднего транспортного средства.

② Боковой радар: Устанавливается на боковой части автомобиля, используется для обнаружения объектов с обеих сторон автомобиля, обычно применяется для системы контроля слепых зон и помощи при смене полосы.

3. ЛИДАР

Сенсор LiDAR: Использует лазерные лучи для обнаружения окружающей среды и создания высокоточных 3D-изображений в виде облака точек. LiDAR в основном используется в продвинутых системах ADAS и автономного вождения для предоставления точной информации о расстоянии и распознавании объектов. По сравнению с традиционными радарами, LiDAR обладает более высокой точностью при определении формы и размера объектов.

4. Ультразвуковые датчики

Краткосрочное обнаружение: Эти датчики обычно используются для краткосрочного обнаружения объектов вокруг автомобиля, например, для обнаружения препятствий при парковке. Ультразвуковые датчики широко применяются в системах помощи при парковке и обнаружении препятствий на низких скоростях.

5. ЭБУ - Электронный блок управления

Центр обработки данных и принятия решений: ЭБУ является "мозгом" системы ADAS, отвечая за сбор данных от датчиков, камер, радаров и других устройств, а также за обработку и принятие решений с помощью передовых алгоритмов. После получения данных ЭБУ может быстро анализировать информацию и реагировать, например, выполнять автоматическое торможение или корректировку руля.

6. GPS и навигационные системы

Позиционирование и навигация: Модуль GPS используется для точного определения географического местоположения автомобиля и комбинируется с картографическими данными для выполнения таких функций, как планирование маршрута и навигационные подсказки. GPS и навигационные системы играют важную роль в автономном вождении и функциях следования маршруту.

7. Внутренний автомобильный сетевой интерфейс (CAN-шина, Ethernet)

Система связи: Автомобильная сеть — это важная коммуникационная платформа, которая соединяет различные компоненты системы ADAS. CAN-шина (Controller Area Network) и Ethernet передают данные и управляющие сигналы внутри системы, обеспечивая быструю координацию и синхронизацию между датчиками, ЭБУ и исполнительными механизмами.

8. Программное обеспечение и алгоритмы

① Алгоритм обработки изображений: используется для анализа изображений, полученных камерой, таких как обнаружение дорожных разметок, распознавание дорожных знаков и т. д.

② Обработка сигналов и слияние данных: объединение данных с различных датчиков для создания комплексного результата восприятия окружающей среды.

③ Алгоритм принятия решений и управления: принятие решений в реальном времени и управление поведением автомобиля, таким как рулевое управление, ускорение, торможение и т. д., на основе информации о восприятии и условий движения.

9. Дисплей и интерфейс человек-машина (HMI)

① Отображение информации: Показывает информацию о детекции системы ADAS, предупреждения, статус помощи при вождении и т. д. водителю, например, через панель приборов, проекционный экран (HUD) или центральный экран управления.

② Взаимодействие с пользователем: Через систему HMI водитель может взаимодействовать с функциями ADAS, такими как настройка скорости адаптивного круиз-контроля, включение или отключение определённых функций помощи при вождении и т. д.

Все эти ключевые компоненты формируют основу системы ADAS, поддерживая её различные функции помощи водителю и обеспечивая водителю безопасное, эффективное и комфортное вождение. Каждый компонент играет незаменимую роль в системе, обеспечивая её эффективную работу в различных условиях вождения.

Как работают системы ADAS

Принцип работы системы ADAS заключается в интеграции множества датчиков и технологий для достижения восприятия окружающей среды автомобиля, обработки данных, принятия решений и выполнения операций. Ниже приведен подробный принцип работы системы ADAS:

1. Восприятие

Сбор данных с датчиков: системы ADAS постоянно мониторят окружение автомобиля с помощью различных датчиков, таких как камеры, радары, LIDAR, ультразвуковые датчики и т. д. Эти датчики могут обнаруживать объекты, линии разметки, дорожные знаки, пешеходов и т. д. спереди, сбоку и сзади.

2. Обработка данных и слияние данных с датчиков

① Слияние данных с датчиков: Поскольку различные датчики имеют свои преимущества и ограничения, системы ADAS будут сливать данные с различных датчиков для обеспечения более точного и всестороннего восприятия окружающей среды. Например, радар хорошо измеряет расстояние, но имеет ограниченные возможности для различения формы объектов, в то время как камеры хорошо распознают объекты, но не так точны, как радары, в измерении расстояния. Слияние данных позволяет использовать данные с каждого датчика для компенсации их недостатков.

② Обработка изображений и компьютерное зрение: Система использует алгоритмы обработки изображений и технологии компьютерного зрения для анализа изображений, полученных с камеры, и выявления важной информации, такой как линии разметки, дорожные знаки, пешеходы и транспортные средства.

③ Распознавание и отслеживание целей: Система идентифицирует важные объекты (такие как автомобили впереди, пешеходы и т. д.) и отслеживает их пути движения, чтобы предсказать их поведение и соответствующим образом реагировать.

① Принятие решений в реальном времени: На основе данных слияния сенсоров и результатов распознавания объектов, система ADAS принимает решения в реальном времени с помощью сложных алгоритмов и технологий искусственного интеллекта. Эти решения могут включать регулировку скорости автомобиля, смену полосы движения, активацию экстренного торможения и т.д.

② Вывод управляющих сигналов: Как только система принимает решение, она отправляет управляющие сигналы в исполнительные системы автомобиля, такие как система рулевого управления, тормозная система, управление дроссельной заслонкой и т.д., через электронный блок управления (ECU) для выполнения соответствующих операций.

③ Выполнение функций помощи водителю: На основе решения системы активируются функции ADAS (такие как адаптивный круиз-контроль, автоматическое экстренное торможение, помощник удержания в полосе и т.д.), чтобы помочь водителю поддерживать безопасное вождение.

4. Обратная связь и взаимодействие человека с машиной (HMI)

Отображение информации и предупреждения: Системы ADAS будут предоставлять водителю важную информацию об окружающей среде, статус системы и предупреждения через интерфейс человек-машина (например, на приборной панели, проекционном дисплее, сенсорном экране и т.д.). Например, если система обнаружит потенциальный риск столкновения, она предупредит водителя с помощью звуковых, визуальных или тактильных сигналов.

5. Мониторинг и обучение системы

① Адаптивность и обучение: Некоторые продвинутые системы ADAS обладают возможностями обучения, которые позволяют оптимизировать их работу, постоянно отслеживая поведение водителя и изменения окружающей среды. Например, система может регулировать уровень предупреждения или условия активации помощи водителю в зависимости от привычек водителя.

② Диагностика неисправностей и механизмы безопасности: Система ADAS постоянно мониторит свое рабочее состояние и обнаруживает неисправности датчиков или исполнительных механизмов. При обнаружении аномалии система активирует резервный механизм или предупреждает водителя, чтобы обеспечить безопасность движения.

6. Интеграция системы и управление автомобилем

Интеграция с другими системами автомобиля: Системы ADAS обычно тесно интегрированы с другими системами управления автомобилем (такими как управление мощностью, управление тормозами, управление рулевым управлением и т. д.). Через автомобильную сеть (например, CAN-шину или Ethernet) системы ADAS могут быстро обмениваться информацией с другими подсистемами автомобиля для обеспечения общей координации.

В заключение, принцип работы системы ADAS представляет собой сложный процесс обработки многосенсорных данных и реального времени. Через восприятие окружающей среды, обработку и слияние данных, принятие решений в реальном времени и управление, система ADAS может предоставлять различные функции помощи водителю для повышения безопасности и комфорта вождения. Интерфейс человек-компьютер обеспечивает возможность водителю всегда быть в курсе состояния системы и вмешиваться, когда это необходимо.

Функциональная классификация систем ADAS

Функциональная классификация систем ADAS охватывает различные функции помощи в вождении и повышения безопасности, направленные на улучшение безопасности вождения, комфорта и удобства водителя. Вот основные функциональные классификации систем ADAS:

1. Функция помощи водителю

① Адаптивный круиз-контроль (ACC): Автоматически регулирует скорость автомобиля, чтобы поддерживать безопасное расстояние от впереди идущего автомобиля. Подходит для движения по автомагистралям, снижая усталость водителя после долгого времени в пути.

② Система помощи при удержании в полосе (LKA): Автоматически регулирует руль, чтобы помочь автомобилю оставаться в центре полосы и предотвратить его непреднамеренное отклонение от полосы.

③ Система предупреждения о выходе из полосы (LDW): Предупреждение выдается, когда автомобиль собирается покинуть полосу, напоминая водителю о необходимости исправить направление.

④ Система распознавания дорожных знаков (TSR): Идентификация дорожных знаков на дороге, таких как ограничение скорости, запретный въезд и другие, с напоминанием водителю о необходимости соблюдать правила.

⑤ Помощь при парковке: Помогает водителю автоматически припарковать автомобиль. Система обнаруживает парковочные места с помощью сенсоров и управляет рулевым управлением и скоростью для выполнения парковочных маневров.

① Автоматическое экстренное торможение (AEB): Когда обнаруживается угроза столкновения, система автоматически применяет тормоза, чтобы избежать или смягчить столкновение.

② Мониторинг слепых зон (BSM): Когда в слепой зоне автомобиля находится другое транспортное средство, система уведомляет водителя с помощью визуальных или звуковых сигналов, чтобы предотвратить боковое столкновение.

③ Предупреждение о фронтальном столкновении (FCW): Когда система обнаруживает, что впереди идущее транспортное средство находится слишком близко или существует потенциальный риск столкновения, она подает предупреждающий сигнал, чтобы напомнить водителю принять меры.

④ Предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA): При движении задним ходом система обнаруживает транспортные средства, движущиеся сбоку слева и справа, и выдает предупреждение для предотвращения столкновения.

⑤ Обнаружение усталости водителя: Система анализирует мимику лица или поведение при вождении, чтобы определить степень усталости водителя и напомнить ему о необходимости отдыха.

3. Функция интеллектуального управления

① Автоматическое управление дальним светом (AHBA): Автоматически регулирует дальний свет в соответствии с дорожными и транспортными условиями, предотвращая ослепление встречных водителей и обеспечивая оптимальное освещение.

② Ассистент смены полосы движения (LCA): Когда водитель намеревается сменить полосу, система проверяет, есть ли в слепой зоне или быстро приближаются другие транспортные средства, чтобы обеспечить безопасное перестроение.

③ Ассистент движения в пробках (TJA): В условиях низкоскоростных заторов система автоматически управляет ускорением, торможением и рулевыми операциями, чтобы снизить нагрузку на водителя.

4. Функция помощи при парковке

① Система кругового обзора 360 градусов: Обеспечивает вид с высоты птичьего полёта на окружающее пространство автомобиля, помогая водителю при парковке или движении задним ходом в ограниченном пространстве.

② Предупреждение о столкновении спереди и сзади: Когда перед или позади автомобиля появляется препятствие, система подаёт предупреждение, чтобы предотвратить столкновение при движении на низкой скорости или парковке.

5. Ассистент ночного вождения

① Система ночного видения: Использует инфракрасную камеру для обнаружения пешеходов, животных и транспортных средств на дороге в темное время суток или в условиях низкой видимости и предупреждает водителя на дисплее.

② Автоматический дальний свет (AHB): Автоматически переключается между дальним и ближним светом в зависимости от дорожных условий и фар встречных автомобилей, повышая безопасность ночного вождения.

6. Избегание препятствий и наведение на путь

① Ассистент избегания препятствий: При обнаружении препятствия впереди система предоставляет рекомендации по траектории, чтобы помочь водителю избежать столкновения.

② Ассистент удержания траектории: Система помогает автомобилю сохранять оптимальную траекторию движения в сложных дорожных условиях и снижает риск ошибочного управления.

Эти функциональные категории охватывают основные возможности систем ADAS, помогая водителям более безопасно и легко управлять автомобилем в различных дорожных условиях. С развитием технологий функции систем ADAS постоянно расширяются и совершенствуются.

Применения и случаи использования систем ADAS

По мере развития систем ADAS все больше автопроизводителей и технологических компаний начинают применять их в различных транспортных средствах для повышения безопасности вождения и улучшения пользовательского опыта. Ниже приведены области применения и некоторые реальные примеры использования систем ADAS:

1. Применение в легковых автомобилях

① Адаптивный круиз-контроль (ACC) и помощь в удержании полосы движения (LKA):

Случай: Типичным примером является система автопилота Tesla. Система может автоматически регулировать скорость на шоссе и удерживать автомобиль в центре полосы движения, что значительно снижает давление при дальних поездках.

② Автоматическое экстренное торможение (AEB)

Случай: Система AEB Volkswagen обнаруживает препятствия впереди и автоматически тормозит, когда столкновение вот-вот произойдет. Она широко используется во многих моделях и значительно снизила частоту столкновений сзади на низкой скорости.

③ Мониторинг слепых зон (BSM) и предупреждение о перекрестном движении сзади (RCTA)

Пример: Система безопасности Toyota объединяет функции BSM и RCTA для обеспечения дополнительной безопасности при смене полосы движения и движении задним ходом, снижая опасность образования слепых зон при вождении.

2. Применение в коммерческих транспортных средствах

① Ассистент движения в пробках (TJA) и система мониторинга усталости.

Пример: В серии грузовиков Daimler внедрены ассистент движения в пробках и система мониторинга усталости, которые помогают водителям грузового транспорта оставаться внимательными и обеспечивать безопасность в пробках или при длительных поездках.

② 360-градусная панорамная система обзора и автоматическая помощь при парковке.

Пример: Volvo Trucks оснащает свои тяжелые грузовики 360-градусной системой кругового обзора и автоматической помощью при парковке, что облегчает и делает более безопасным управление крупногабаритными транспортными средствами на узких городских улицах и в грузовых зонах.

3. Применение в общественном транспорте

① Автоматическое экстренное торможение и обнаружение пешеходов

Пример: В проекте беспилотных автобусов Сингапура используются передовые системы ADAS, включая функции автоматического экстренного торможения и обнаружения пешеходов, чтобы обеспечить предотвращение столкновений с пешеходами и другими транспортными средствами при движении в городских условиях.

4. Применение передовых функций вождения

① Полуавтоматическое вождение и парковка:

Случай: Система управления пробками Audi A8 — первая серийная автомобильная система, достигшая уровня автономного вождения 3. В условиях медленного движения система может полностью взять на себя управление автомобилем и обеспечить полностью автоматическую парковку при парковке.

② Интеллектуальный дальний свет и система ночного видения:

Пример: Интеллектуальный лазерный дальний свет и система ночного видения BMW обеспечивают превосходную видимость при движении в ночное время, автоматически регулируя угол и яркость дальнего света, чтобы избежать ослепления встречных автомобилей, а также заранее выявляя потенциальные опасности на дороге с помощью инфракрасных камер.

5. Применение в городской и дорожной инфраструктуре

① Интеллектуальное управление дорожным движением

Пример: Во многих европейских городах технология ADAS была интегрирована в системы интеллектуального управления дорожным движением. Посредством связи с дорожной инфраструктурой автомобили могут заранее получать информацию о состоянии светофоров, ограничениях скорости и перекрытиях дорог, что позволяет оптимизировать маршруты движения и снижать количество дорожно-транспортных происшествий.

6. Применение в особых условиях

① Помощь при вождении в плохих погодных условиях

Пример: Ford добавил в модели F-150 функции ADAS, разработанные для особых дорожных условий, таких как снег, грязь и пустыня. Они улучшают безопасность вождения и стабильность автомобиля за счет регулировки динамики движения и мониторинга дорожных условий в реальном времени.

② Помощь при движении по бездорожью.

Пример: система Terrain Response от Land Rover может автоматически регулировать подвеску, рулевое управление и систему контроля тяги автомобиля в соответствии с особенностями рельефа местности, обеспечивая наилучшие ощущения от вождения по бездорожью.