Системы помощи при парковке автомобилей

Системы помощи при парковке автомобилей

Во многих современных конструкциях авто­мобилей, имеющих клинообразную форму и, как следствие, низкий коэффициент аэро­динамического сопротивления, значительно ограничена обзорность сзади, из-за чего затруднено или даже невозможно распозна­вание препятствий позади автомобиля. Вот о том, какими бывают системы помощи при парковке автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

 

Вспомогательное средство парковки с ультразвуковыми датчиками

 

Эф­фективную помощь водителю при установке автомобиля на стоянку оказывают вспомо­гательные средства в виде ультразвуковых датчиков. С их помощью контролируется зона приблизительно от 20 до 250 см позади или, при необходимости, впереди автомобиля. Система обнаруживает препятствия, и рас­стояние от них до автомобиля обозначается визуальными или звуковыми сигналами. Многие производители автомобилей предла­гают вспомогательные средства для парковки в качестве дополнительной опции. В некото­рых автомобилях такие средства устанавли­ваются в стандартной комплектации. Для оборудования уже сошедших с конвейера ав­томобилей предлагаются системы, адаптируе­мые для различных моделей автомобилей. Эти системы должны иметь возможность работать на как можно более разнообразных моделях. Угол установки и расстояние между датчиками определяются для каждой конкретной модели автомобиля. Эти параметры принимаются во внимание в алгоритмах обработки данных.

Система парковки

 

Сканирование парковочной системы с круговым обзоромСредства помощи при парковке состоят из следующих основных компонентов:

  1. ЭБУ,
  2. Элемент предупреждения водителя.
  3. Ультразвуковые датчики.

Система парковки различаются числом датчиков и их излучательной способностью.

Как правило, если система предупреждения установлена только в задней части автомо­биля, она имеет четыре ультразвуковых дат­чика в заднем бампере. Некоторые автомобили большого размера, например, внедорожники, оборудуются шестью датчиками. Система предупреждения в передней части автомобиля оборудуется четырьмя или шестью дополни­тельными ультразвуковыми датчиками в пе­реднем бампере (рис.1″Сканирование парковочной системы с круговым обзором»). Датчики надежно кре­пятся на бампере в определенных положениях с помощью специальных кронштейнов (рис.2 «Принципы установки ультрозвукового датчика в бампере»).

Эта система приводится в действие авто­матически при включении задней передачи. Система предупреждения в передней части автомобиля автоматически приводится в дей­ствие, если скорость автомобиля падает ниже порога приблизительно в 15 км/ч. Во время работы функция самопроверки обеспечивает постоянное слежение за исправностью ра­боты всех компонентов.

Ультразвуковой датчик

Сам датчик состоит, в основном, из пластмас­сового корпуса с гнездами для подключения и алюминиевой мембраны, к внутренней стороне которой подсоединен пьезокера­мический резонатор в форме тонкого диска (см. раздел «Ультразвуковой датчик» в главе «Датчики»). Этот резонатор может работать, как передатчик (динамик) или как приемник (микрофон). Электронные схемы для вклю­чения датчика и обработки сигнала располо­жены на печатной плате внутри корпуса.

Принципы установки ультрозвукового датчика в бампере Блок-схема ультрозвукового датчика

Они электрически соединены с ЭБУ с по­мощью трех выводов, два из которых, пи­тающие. Третий, служащий в качестве двунаправленной сигнальной линии, используется для активизации функции передачи сигналов и принятия возвращенного сигнала в ЭБУ. Когда датчик получает от блока управления цифровой импульс на передачу сигнала, электронная цепь подает на алюминиевую мембрану импульсы возбуждения с квадрат­ной формой волны на резонансной частоте, вызывая вибрацию мембраны, которая ис­пускает ультразвуковые волны с частотой приблизительно 48 кГц (рис.3 «Блок-схема ультрозвукового датчика»). Диафрагма, которая со временем приходит в состояние покоя, снова начинает вибрировать под действием звуковых волн, отраженных от препятствия. Эти вибрации преобразуются пьезоэлектрической пластиной в аналоговый электрический сигнал, который затем усили­вается и преобразуется в цифровой.



Измерение дальности

При определении дальности при помощи ультразвука (рис.4 «Принцип измерения дальности ультрозвуком (эхо-локация)) датчики излучают уль­тразвуковые импульсы и измеряют время, за которое импульсы, отраженные от объектов, возвращаются обратно. Расстояние l между датчиком и ближайшим объектом вычисля­ется из соотношения времени tе возврата первого отраженного импульса и скорости звука с по следующей формуле:

 

l = 0,5 tе c

где:

tе— время возврата ультразвукового сигнала;

с — скорость звука в воздухе (с ≈ 340 м/с).

Геометрическое расстояние а между пре­пятствием и передней частью автомобиля определяется методом триангуляции на основе полученных данных (расстояний b и с) от двух ультразвуковых датчиков, установ­ленных на расстоянии d друг от друга (рис.5 «Определение расстояния до припятствия при помощи ультрозвука»).

Принцип измерения дальности ультрозвуком (эхо-локация) Определение расстояния до припятствия при помощи ультрозвука

Растояние а рассчитывается по следующей формуле:

 

a = c2— (d2 + c2 — b2)2/4d2

Схема излучения антенны ультрозвукового датчикаЧтобы система могла исследовать как можно более широкую зону, ее детекторные харак­теристики должны отвечать определенным требованиям. Горизонтальная часть характе­ристики должна иметь более широкий угол охвата. С другой стороны, по вертикали требу­ется достичь компромиссной характеристики. Чтобы избежать помех из-за отражений от поверхности дороги, угол обзора не должен быть слишком широким, однако, существую­щие препятствия должны обнаруживаться надежно. На рис.6 «Схема излучения антенны ультрозвукового датчика» показаны характеристики излучения по горизонтали и вертикали.

Современные датчики позволяют изменять угол обнаружения препятствия в опреде­ленных пределах, что позволяет добиться оптимальной настройки в соответствии с геометрией бампера и корпуса автомобиля. Компактная конструкция этих датчиков яв­ляется благоприятным фактором, в особен­ности, учитывая требования к улучшенной безопасности пешеходов в конструкции бамперов.

Электронный блок управления (ЭБУ)

ЭБУ содержит стабилизатор напряжения для датчиков, интегрированный микропроцессор и все промежуточные схемы, необходимые для адаптирования различных входных и выходных сигналов. Программное обеспе­чение предполагает выполнение следующих функций:

  • активация датчиков и прием отраженных сигналов;
  • измерение времени получения отражен­ного сигнала и расчет расстояния до пре­пятствия;
  • активация системы предупреждения;
  • оценка входных сигналов от систем авто­мобиля (например, сигнал о включении задней передачи);
  • контролирование работы компонентов си­стемы, включая накопление отказов;
  • обеспечение функций диагностики.

Предупреждающие элементы

Предупреждающие элементы, сигнализиру­ющие о критическом расстоянии до препят­ствия, обычно включают сочетание звукового и оптического сигналов. В настоящее время используются как светодиодные (LED), так и жидкокристаллические (LCD) оптические сигналы.

Если в комбинации приборов или на цен­тральной консоли установлен монитор, соб­ственный автомобиль на нем может быть показан вместе с препятствием, например, в проекции сверху. Это обычно улучшает вос­приятие ситуации водителем.



Помощник при парковке

 

Помощник при парковке основан на ультра­звуковых датчиках и построен на принципе последовательных операций. На каждой ста­дии выполняется самостоятельная операция. Систему можно расширить, установив допол­нительные датчики по бортам автомобиля.

Измерение свободного пространства для парковки

 

Измерение свободного пространства для парковкиПосле включения системы ультразвуковой датчик, установленный сбоку автомобиля, из­меряет длину и глубину свободного места для парковки, когда автомобиль проезжает мимо него (рис.7 «Измерение свободного пространства для парковки»). Длина измеряется путем оценки сигналов от счетчика оборотов колеса. Затем помощник при парковке сообщает водителю, достаточна ли длина свободного места для парковки. Если в пределах свободного места имеются препятствия, водитель получает со­ответствующий сигнал. Однако, выполнение этой функции возможно только, если даль­ность действия датчиков составляет не ме­нее, чем приблизительно 4,5 м.

Устройство помощи при парковке, обеспечи­вающее водителя информацией

После измерения длины свободного места для парковки геометрия окружающей обста­новки может быть использована для выбора оптимальной траектории для парковки. При парковке система может давать водителю ре­комендации относительно того, как правильней поворачивать рулевое колесо, чтобы, как можно лучше завести автомобиль в место парковки. Во время парковки траектория постоянно пере­считывается и отображается на дисплее. Для этого устройство помощи при парковке должно постоянно получать сигналы от датчика угла по­ворота рулевого колеса (ESP).

Устройство помощи при парковке с функцией рулевого управления (автоматическая паркоска)

Следующая ступень развития систем пар­ковки — система с функцией электрического рулевого управления. Чтобы создать такую систему, она должна иметь функцию элек­тропривода рулевого управления.

После измерения свободного пространства для парковки и включения задней передачи, водитель убирает руки с рулевого колеса и действует только при помощи педалей аксе­лератора и тормоза. Устройство помощи при парковке принимает на себя управление рулем самостоятельно. Такая функция уже предла­гается в некоторых стандартных автомобилях среднего размера в верхнем сегменте рынка.

Дальнейшие возможности развития парктроиников

Ультразвуковые датчики с увеличенной дально­стью (приблизительно до 4,5 м) позволяют обна­руживать объекты в «слепых зонах» автомобиля. Это означает, что датчики имеют много функций. Выявляются опасные ситуации, вызванные при­сутствием других автомобилей и их движением, и водитель получает предупредительные со­общения. Система не подает предупреждений относительно автомобилей, припаркованных на обочине, или приближающихся по дороге.

В следующей статье я расскажу об автомобильной акустике.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *