Системы повышения безопасности дорожного движения

Системы повышения безопасности дорожного движения

Большим недостатком автомобилизации являются дорожно-транспортные происшествия (ДТП). На автомобильных дорогах, улицах городов и других населенных пунктов нашей страны в год погибает до 30 тыс. человек. Для повышения безопасности дорожного движения необходимо одновременное совершенствование и развитие конструкций автомобилей. Вот о том, какие бывают системы повышения безопасности дорожного движения, мы и поговорим в этой статье.

Ситуации, связанные с безопасностью дорожного движения

 

Системы повышения безопасности наце­лены на то, чтобы помочь водителю оценить дорожную ситуацию, выявить источники опасности и совершить соответствующие маневры. Задача состоит в том, чтобы, пред­почтительно, полностью исключить дорож­ные происшествия или, как минимум, свести их последствия к минимуму.

При возникновении ситуации, опасной с точки зрения безопасности дорожного движе­ния, зачастую всего за доли секунды решается, произойдет ли авария. Согласно исследованию [1], приблизительно 60% столкновений с зад­ней частью автомобиля и приблизительно 30 % столкновений с передней частью автомобиля можно было бы избежать, если бы водитель отреагировал на опасность на полсекунды раньше. Каждой второй аварии на пересече­ниях дорог можно было бы избежать при усло­вии более быстрой реакции водителя.

В конце 1980-х годов, когда была пред­ставлена концепция высокоэффективной и частично автоматизированной системы управ­ления дорожным движением в рамках проекта ЕС «Прометей», электронных компонентов системы еще не было. Благодаря вновь соз­данным высокочувствительным датчикам и мощным микрокомпьютером еще на один шаг приблизились к созданию «интеллекту­ального» автомобиля. Датчики принимают информацию об окружающей обстановке, а системы повышения безопасности выраба­тывают предупреждения на основе данных о выявленных объектах или непосредственно со­вершают требуемые маневры. Все это проис­ходит в течение тех решающих долей секунды, которых недостаточно для реакции даже са­мого внимательного и опытного водителя.



Причины аварий и возможные контрмеры

 

Анализ причин аварий на дорогах Германии вне зон застройки [2] показывает, что более трети общего количества аварий произошло потому, что водитель менял полосу движения или не смог остаться на прежней полосе дви­жения (рис.1 «Причины аварий на дорогах Германии вне зон застройки»). Системы повышения безопас­ности, способные обозревать «слепую зону» и подавать предупреждения об опасностях, связанных с изменением полосы движения, являются средством уменьшения количества аварий, вызванных указанными причинами.

Причины аварий на дорогах Германии вне зон застройкиПриблизительно еще треть аварий составляют столкновения с задней и передней частью авто­мобиля. Системы предупреждения столкнове­ний могут представлять собой первый уровень защиты против таких столкновений. Вторым уровнем защиты могут быть системы ухода от столкновений, которые активно вмешиваются в управление динамикой автомобиля. Первый шаг в этом направлении уже сделан с разработкой адаптивного круиз-контроля (АСС).

Аварии, в которых участвуют пешеходы, и аварии на пересечениях дорог отличаются высоким уровнем сложности. Анализ таких сложных дорожных ситуаций по плечу только сетевым системам с возможностями интер­претации сценариев. Исследователи сейчас заняты разработкой таких систем.

Многофункциональные системы повышения безопасности делятся на следующие две ка­тегории:

  • системы безопасности, нацеленные на предотвращение аварий;
  • системы создания комфортных условий для водителя, имеющие в качестве пер­спективной цели обеспечение частичной автоматизации управления автомобилем.

Можно также выделить следующие различия между системами:

  • активные системы, вмешивающиеся в управление динамикой автомобиля;
  • пассивные системы, т.е. такие, которые предоставляют информацию, но не вмеши­ваются в управление динамикой автомобиля.

Функции удобства и функции безопасности

 

На рис. 2 показаны различные системы по­вышения безопасности. Системы пассивной безопасности (рис. 2, нижний левый угол) обеспечивают функции для уменьшения по­следствий аварии, такие, как подготовка к столкновению и меры защиты пешехода.

Системы помощи водителю, не вмеши­вающиеся в управление автомобилем (нижний правый угол) создают предпосылки для облег­чения работы водителя. Такие системы подают водителю предупреждения или рекомендации относительно маневра. Средства облегчения парковки включают разнообразные функ­ции, от простой подачи сигнала о расстоянии до помехи до частично автоматизированного движения автомобиля на свободное место для парковки, при котором водителю требуется только управлять автомобилем по продольной оси (помощник руления при парковке).

Системы повышения безопасности основанные на датчиках кругового обзора

Выявление потенциально опасных объектов в «слепой зоне» осуществляется датчиками ближнего действия (например, ультразвуко­выми или радарными датчиками). Видео датчики могут быть успешно использованы для улучшения обзора для водителя в ночное время. Система предупреждения о смене полосы дви­жения использует видеокамеру для мысленного продолжения полосы движения перед автомо­билем и предупреждения водителя об уходе с полосы движения при том, что сигнал об изме­нении движения не был подан. Предупреждение может быть подано в виде звукового сигнала через динамики, или механически в форме из­менения усилия на рулевом колесе.

Адаптивный круиз-контроль (АСС)

Адаптивный круиз-контроль (АСС) — одна из систем управления автомобилем (верхний правый угол иллюстрации). Более продвинутая версия этой системы снимает с водителя часть задач по управлению в сложной обстановке движения в медленном потоке и большим количеством автомобилей в потоке — сперва, задействуя тормоза до полной остановки, а затем ведя автомобиль вперед на малой ско­рости (АСС, функция Stop & Go). В качестве дальнейшего развития этой системы предполагается организовать взаимодействие между различными датчиками, чтобы обеспечить возможность линейного контроля автомобиля даже для езды по городу и на больших скоро­стях. Это будет сделано на основе интеграции данных от радаров и видеосистем.

Путем интеграции систем линейного кон­троля с системами бокового обзора (системами отслеживания положения на полосе тоже основанными на видео технологиях) теорети­чески возможно создать автономную систему управления. Системы отслеживания положения на полосе — это дальнейшее развитие систем предупреждения о смене полосы движения.

Активные системы безопасности дорож­ного движения (верхний левый угол иллю­страции) охватывают все функции, имеющие целью предотвратить аварии. Повышенные требования, предъявляемые к таким си­стемам в отношении функциональности и надежности, распространяются от простой функции остановки автомобиля до того, как он столкнется с препятствием во время парковки, до функции компьютеризиро­ванного управления маневром для ухода от столкновений. Функции средней сложности обеспечиваются выдачей предупреждений и прогнозов от систем безопасности дорож­ного движения. В этот ряд включены такие функции, как предупредительное задейство­вание тормозов при обнаружении опасности, посредством кратких циклов торможения (кинестетическое предупреждение води­телю), вплоть до экстренного торможения.

Электронные датчики кругового обзора

 

Применение электронных систем кругового обзора позволяет обеспечить ряд функций облегчения труда водителя — как предупре­дительных, так и активного вмешательства в управление. На рис.3 «Дальность действия датчиков системы кругового обзора», показана дальность обнаружения для различных датчиков систем кругового обзора, используемых в настоящее время.

Дальность действия датчиков системы кругового обзора

Очень малая дальность обзора

Система помощи при парковке ParkPilot действует на очень небольшом расстоянии по­средством ультразвука. Используемые в настоящее время датчики имеют дальность приблизительно 2,5м. Версии датчиков с дальностью свыше также используются в более продвинутых системах помощи при парковке и для перемещения автомобиля на свободное место для парковки.

Во время маневров для парковки система ParkPilot, основанная на ультразвуке, может использоваться в сочетании с видео датчиками, установленными в задней части автомобиля.

Большая дальность обзора

Большая дальность обеспечивается приме­нением радаров большой дальности (LRR) в системах повышения безопасности движе­ния. В данное время используются датчики с рабочей частотой 76,5 ГГц и дальностью примерно 200м.

Малая дальность обзора

Ультразвуковые датчики с увеличенной даль­ностью могут использоваться в качестве «вир­туального щита безопасности» вокруг автомо­биля, с определенными ограничениями (до 20м). Этот щит может выполнять ряд функций. Во-первых, сигналы от помех, находящихся в пределах этой дальности, предупреждают водителя о потенциально опасных ситуациях; во-вторых, эта система служит источником данных для систем безопасности и создания комфорта и удобства работы для водителя. Эти датчики могут также обеспечивать обзор даже в «слепых зонах». Для обеспечения большей дальности могут использоваться датчики радаров ближнего действия (SRR) с рабочей частотой 24 ГГц.

Средняя дальность

Начиная с 2005 года, в Германии серийно выпу­скаются автомобили, оборудованные системами улучшения обзора в ночное время. В будущем такие системы будут играть ключевую роль среди систем повышения безопасности, по­скольку они не только выполняют ряд функций для облегчения управления автомобилем, но и специально предназначены для анализа визу­альной информации (классификация объектов).

При выполнении функции улучшения ви­димости в ночное время, пространство перед автомобилем подсвечивается инфракрасным лучом. На дисплее показано изображение от ка­меры, которая работает также в инфракрасном диапазоне. Поле зрения для водителя увеличи­вается до 150м и более, причем инфракрасный луч не слепит других водителей и может бы­стрее идентифицировать помехи и опасности в темноте.

Дневная и ночная камера фронтального обзора помогает обеспечивать ряд функций, например, определение полосы движения и дорожных знаков. Система определения полосы движения помогает определять гра­ницы и направление полосы движения. Если есть опасность ухода автомобиля с полосы, система подает предупреждение водителю. При дальнейшем развитии этой системы можно обеспечить функцию автоматизиро­ванной помощи водителю для удержания ав­томобиля на полосе движения, когда система возвращает автомобиль на полосу, повернув рулевое колесо. В сочетании с системой круиз-контроля может быть сформирована идеальная система облегчения управления автомобилем в условиях плотного медлен­ного потока.

Еще одна функция, для которой приго­дятся данные от видео сенсоров — распозна­вание дорожных знаков. Эта система может распознавать и анализировать дорожные знаки (например, ограничение скорости или запрет обгона). Затем на комбинации прибо­ров отображается последний из распознан­ных дорожных знаков. При превышении ско­рости подается предупреждение водителю.

Камера фронтального обзора также по­могает датчикам системы круиз-контроля, не только измеряя расстояния до объектов, но и помогая затем в их идентификации. Со­четание видеосистемы с радаром дальнего действия дает синергетический эффект — и дальность обнаружения, и надежность иден­тификации объектов существенно улучша­ются для системы круиз-контроля.

Камера заднего обзора обеспечивает важные преимущества, если программы обработки изображения идентифицируют обнаруженные объекты и подают сигналы водителю в случае необходимости. Такая не­обходимость может возникнуть, например, если смена полосы движения может быть опасной, т.к. быстро приближается другой автомобиль по соседней полосе.

В настоящее время в системах повышения безопасности, обеспечивающих информиро­вание водителя, используются видео техноло­гии. Современные видео датчики пока еще да­леки от возможностей человеческого глаза в отношении разрешающей способности, чув­ствительности и световосприятия. Однако, развитие методов обработки изображений расширяет возможности этих датчиков.



Синтез информации от датчиков

 

Для того чтобы обеспечить гибкость функций помощи водителю и одновременно получить возможность идентификации нескольких объектов одновременно, в будущем предпо­лагается совместно обрабатывать сигналы от многих датчиков. Эта процедура именуется «синтезом информации от датчиков». Она по­зволяет системам повышения безопасности формировать цельную реалистичную картину дорожной обстановки. Таким образом, инфор­мация о дорожной обстановке оказывается более надежной, чем, если бы она формирова­лась на основе данных от отдельных датчиков.

В будущем системы повышения безопас­ности будут постепенно включать в себя функции все новых и новых датчиков и устройств, и будут получать новые связи с другими системами автомобиля.

В следующей статье я расскажу о механических колебаниях и вибрациях.

Список литературы:

[1] К. Enke: Possibilities for Improving Safety within the Driver Vehicle Environment Loop; 7th International Technical Conference on Experimental Safety Vehicle, Paris (1979).

[2] Unfallstatistiken Deutschland 2008, Statistisches Bundesamt.

Добавить комментарий

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