Интеллектуальные автомобильные ассистенты и датчики.
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
датчики 7
Интеллектуальные
автомобильные
ассистенты и датчики.
Функций — больше,
«железа» — меньше
В статье рассказывается об актуальных технологиях, которые делают ав-
томобили любого ценового класса «умнее», а именно об автоматически
активируемых «ассистентах», или системах помощи водителю, которые
обеспечивают более высокую безопасность, надежность, комфорт, то-
пливную эффективность, экономичность, меньшую эмиссию — и с мень-
шим участием в этом водителя. Требования к датчикам, обеспечивающим
надежные и достоверные данные о статусе/работе автомобиля для ин-
теллектуальных систем/подсистем следующего поколения, непрерывно
повышаются — вместе с увеличением числа датчиков и ассистентов на их
основе. При этом реализация новых интеллектуальных функций означает
не только новые сенсорные применения, это логически подводит к опти-
Светлана Сысоева мизации сенсорной архитектуры, системному повышению уровня интел-
Dr.Gold@Sysoeva.com лектуальности и интеграции сенсорных технологий в автомобиле.
Введение жит в создании сетевой архитектуры, в кото- Поэтому цель оптимизации сенсорной ар-
рой сигналы поступают от сенсорных узлов хитектуры сегодня может быть переформули-
В современных автомобильных электрон- к различным доменам в уже обработанном рована как создание целостной измеритель-
ных системах работают специализирован- (подготовленном встроенной схемой датчи- ной архитектуры, обеспечивающей инфор-
ные и оптимизированные для конкретного ка) виде. Практически любой современный мацию с высокой точностью и надежностью
применения датчики, определяющие в ре- датчик — это, в сущности, не сенсор, а ми- посредством аппаратно-программного узла,
альном времени текущий статус или дина- кроконтроллер, дополненный сенсорными получающего первичные или обработанные
мику автомобиля и его систем/подсистем. функциями, без которых его функциониро- сенсорные сигналы и передающего различ-
Согласно уровню развития современной сен- вание бессмысленно. По мере повышения ным доменам обработанные сенсорные сиг-
сорной технологии интеллектуальные датчи- требований к автомобилям и электронным налы в том виде, в каком это необходимо для
ки в свою очередь являются подсистемами системам и сопутствующего развития сен- реализации автомобильных функций.
по отношению к системам, в которых/для сорных технологий для обработки (коррек- Слияние и согласование сигналов позво-
которых они выполняют свои измерения. ции) основных показаний привлекаются до- ляет не только решать измерительную зада-
И некоторые из них сами представляют со- полнительные датчики. чу, но и повышать точность детектирования,
бой сложные мультисенсорные блоки, объ- Мультисенсорные модули вместо одно- «уверенность» интеллектуальной системы
единяющие несколько датчиков, характери- го сенсорного устройства — это следующее в правильности активируемых ею действий,
зующиеся несколькими входными и выход- актуальное направление в развитии автомо- точности их выполнения. Некоторые сиг-
ными интерфейсами. бильных технологий. Первыми примерами налы можно использовать для вычисления
Это означает, что при введении новых комбидатчиков стали сенсорные кластеры переменных различными способами или
функций и технологий на уровне всего ав- для ESC, навигационных систем. Сейчас мно- посредством виртуальных датчиков. Это
томобиля датчики также могут вводиться гие производители комбидатчиков инерции позволяет повышать взаимозаменяемость
избыточно, и оптимизация сенсорной ар- реализовали программное слияние данных сигналов и надежность измерений при утере
хитектуры — одна из центральных задач, об ускорении с данными об угловой скоро- одного из сигналов.
решаемых ведущими поставщиками авто- сти, магнитометрами, что находит примене- Следующий шаг состоит в привлечении
электроники. Датчики, провода, электрони- ние в навигации и системах ESC. для обработки/слияния сенсорных сигналов
ка, специфицированные как ASIC/ASSP, — Этот принцип можно использовать для извне автомобиля. Примеры включают сиг-
это более высокая системная цена и допол- создания других сенсорных узлов, для это- налы от GPS или наземных датчиков, других
нительная нагрузка на автомобильные ис- го необходимы только соответствующие автомобилей, служб. Имеется в виду так на-
точники энергии, механические структуры, аппаратно-программные компоненты в виде зываемая коммуникация Car-2‑X (GM V2X),
вычислительные блоки (микроконтроллеры, сенсорного узла или размещаемые в блоке объединяющая Car-2‑V (GM V2V) — ком-
ПО) и т. п. Ключ к решению этой задачи ле- управления. муникацию автомобилей между собой
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru
8 датчики
б
а
в
Рис. 1. ESC от Continental: а) функции и компоненты;
б, в) корректировка курса посредством индивидуального торможения колес в ситуациях недостаточной (б) или чрезмерной (в) чувствительности к рулю на поворотах
и Car 2‑I (GM V2I) — коммуникацию автомобилей с инфраструкту- контроль, системы предупреждения аварии с автоматическим руле-
рой. Назначение сигналов CAR-2‑X в автомобиле состоит главным вым управлением и вмешательством торможения и многие другие.
образом в обеспечении большей безопасности, но также допускает К ним также относится антиблокировочная система (АБС), система
бóльшую эффективность управления в плане потребления топлива курсовой устойчивости (ESC/ESP) и все так называемые автомобиль-
и стоимостной эффективности. ные ассистенты, или системы помощи водителю.
Еще более точно цель оптимизации сенсорной архитектуры В последние годы возникла концепция систем помощи водителю
можно определить как разработку матрицы соответствия датчиков (Driver assistance systems) и увеличилось число электронных асси-
(внутренних и внешних) автомобильным функциям, позволяющей стентов, поддерживающих водителей в конкретных ситуациях (на-
определять, какие (не только по назначению, но и по требованиям пример, в удержании машины на полосе, при парковке) посредством
к ним) сенсорные сигналы требуются для измерений, и подключать информационного предупреждения и/или вмешательства (при необ-
их в масштабируемые программные модули, реализующие эти функ- ходимости) в управление.
ции. Это допускает не только исключение избыточных датчиков, Системы помощи водителю включают ESC, адаптивный круиз-
но и возможность организовывать их таким образом, чтобы добав- контроль, мониторинг «слепых» зон, обнаружение дорожных знаков
ление новых автомобильных функций происходило быстро и приво- и т. д. Общим между ними является не только функциональность ас-
дило к более низкой цене. систентов (помощников, не заменяющих полностью, а помогающих
Обзор, представленный вниманию читателей, показывает, какие водителю), но и использование в качестве входных данных от набора
новые интеллектуальные функции реализуют ведущие автопроизво- одних и тех же датчиков.
дители и поставщики систем автомобильной электроники на данном Документы Евросоюза, которые вступили в силу с 1 ноября
этапе развития технологий и какие они предпринимают шаги для 2011 года, требуют, чтобы система динамической стабилизации ESC
оптимизации сенсорной архитектуры. (Electronic Stability Control) или ESP (Electronic Stability Program) была
инсталлирована во всех новых моделях автомобилей и легких ком-
Пассивные и активные системы безопасности — мерческих транспортных средствах, выпущенных вслед за указанной
объединение мультиосевых и комбинированных датой (1 ноября 2011 года). В дальнейшем ESC/ESP станет обязатель-
датчиков ной во всех новых транспортных средствах ЕС с 1 ноября 2014 года.
По данным Bosch, ESP может предотвратить до 80% аварий, воз-
Продвинутые системы безопасности (Advanced Safety Systems) никающих в результате юза (скольжения). По итогам 2010 года свыше
и помощи водителю (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) яв- 63% автомобилей, произведенных в Европе, уже оборудованы этой си-
ляются ключевой сферой, для которой мультиосевые инерциальные стемой. В Северной Америке этот показатель составляет порядка 90%.
датчики предоставляют новые возможности дизайна. Федеральный стандарт автомобильной безопасности США FMVSS
Вначале представленная пассивными системами (пристяжными № 126 требует наличия установленной системы ESC в пассажирских ав-
ремнями сидений и подушками безопасности), современная авто- томобилях, грузовиках, автобусах весом менее 4536 кг. Все новые автомо-
мобильная безопасность теперь в значительной степени построена били для продажи в США должны быть оборудованы ESC c 2012 года.
на основе интеллектуальных систем избегания и предотвращения Бразилия, Япония и Южная Корея также анонсировали введение
аварий, которые дополняют системы смягчения и защиты в слу- ESC с 2012 года. Общемировой показатель инсталляции на данный мо-
чае неизбежности аварии. мент превышает 30%, и ожидается его приближение к 50% в 2014 году.
Активные системы безопасности играют главную роль в сниже- Системы ESC прикладывают автоматическое торможение индиви-
нии фатальных исходов трафика и включают адаптивный круиз- дуально к каждому колесу, регулируют крутящий момент двигателя,
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012
датчики 9
(контроля сцепления). Затем применение
двухосевых датчиков позволило использо-
вать данную систему в качестве базисной для
других системных надстроек, использую-
щих сигнал продольного ускорения, — по-
мощи при старте на холме (Hill Start Assist)
или электронной парковки тормозов (Electric
Parking Brake, EPB). Сигнал продольного
ускорения от двухосевого датчика ускорения
можно также использовать для сбережения
топлива в автомобилях с автоматической
трансмиссией, при выполнении автомати-
ческого переключения на топливосберегаю-
щую N-передачу.
В последние годы дебютировали первые
интегральные МЭМС-комбикорпуса для ESC,
объединяющие акселерометр и гироскоп
с ASIC. В портфолио Bosch, например, был
представлен комбисенсор SMI540 (рис. 2а),
объединяющий датчик бокового ускорения
и датчик угловой скорости курса в корпусе
а б SOIC16x, два из трех сенсорных сигналов ко-
торого обеспечивают информацию для ESP.
Комбидатчики SD787/788 SensorDynamics
Рис. 2. Примеры интегральных комбидатчиков для ESC и других автомобильных систем:
а) комбисенсор SMI540 Bosch для ESC; б) комбидатчики SD787/788 SensorDynamics: (рис. 2б), разработанные для автомобильных
одноосевой гироскоп + трехосевой акселерометр для ESC и систем детектирования крена применений типа ESC, rollover detection, объ-
единяют в одном корпусе одноосевой гиро-
скоп и трехосевой акселерометр. С 2011 года
скорость дроссельного двигателя, и это помо- жение вокруг вертикальной оси, и боковые SensorDynamics — часть Maxim Integrated
гает водителю удерживать управление в кри- акселерометры, измеряющие ускорение в на- Products, что является проявлением обще-
тических ситуациях: при поворотах, заносах, правлении поперечной оси. мировой тенденции. Крупные полупрово-
боковых опрокидываниях (rollover), а также Инерциальные датчики (yaw rate gyro дниковые фирмы стремятся приобретать
при чрезмерной или недостаточной чувстви- и боковой акселерометр) интегрируются меньшие инновационные МЭМС-компании,
тельности к рулю на поворотах (over-steering в сенсорный кластер (показанный на рис. 1а), так как подобное приобретение позволяет
и under-steering) (рис. 1). NHTSA оценивает, представляющий собой два МЭМС-датчика обеим сторонам повысить объемы произ-
что введение ESC позволит снизить аварий- в одном макрокорпусе. Мультиосевые дат- водства инерциальных МЭМС и расширить
ность среди одиночных пассажирских авто- чики на основе технологии МЭМС, полу- свое присутствие в интересующих сегментах
мобилей на 34%, SUV — на 59%, значительно чившей значительное развитие в последнее рынка.
снизятся и аварии типа rollover. По оценкам время и вследствие этого — снижение цены, Не случайно, что еще один ведущий про-
NHTSA, ESC может сохранить ежегодно по- предоставили новые возможности для дизай- изводитель автомобильных комбидатчи-
рядка 5300–9600 жизней и предотвратить на всех автомобильных систем, где применя- ков — компания VTI Technologies — приоб-
156 000–238 000 травм в результате любых ются МЭМС, включая ESC. Вместо одноосе- ретена в октябре 2011 года компанией Murata
типов аварий, если все легковые автомобили вого датчика бокового ускорения в ESC стали Manufacturing. SCC1300, например, комби-
на дорогах будут оборудованы ESC. широко использовать недорогие двухосевые нирует X-осевой гироскоп и трехосевой ак-
С февраля 2009 года ESC включена в про- акселерометры, позволяющие измерять селерометр.
грамму тестирования автомобильной без- в плане боковое и продольное ускорения. Интеграция — ключ к повышению уров-
опасности Euro NCAP (European New Car Данные от датчиков нужны для того, что- ня характеристик и снижения цены МЭМС-
Assessment Programme), показывающей бы сравнивать действия водителя с факти- датчиков, большему распространению дат-
рейтинги автомобилей по результатам си- ческим статусом автомобиля. ESP использу- чиков в автомобиле, стимул к возникнове-
муляции аварийных ситуаций. С 2010 года ет интеллектуальные датчики для проверки нию новых применений. Мультисенсорные
новые модели автомобилей могут получить приблизительно 25 раз в секунду (Bosch) или модули, интегрированные с процессорами,
высочайшую оценку — пять звезд, только каждые 7 мс (Continental) для согласования ПО, поставляют выходные данные с требуе-
если они оборудованы ESC как стандартной входных данных от рулевого колеса с фак- мым содержанием и в заданном формате.
системой. тическим курсом. Если система обнаружива- Известны следующие типы комбидатчи-
Система динамической стабилизации ESC ет нестабильность ситуации, то она срабаты- ков, разрабатываемые для автомобильных
автоматически корректирует курс, поэто- вает в пределах мс, вмешивается в управле- систем:
му другое ее название — система курсовой ние и снижает крутящий момент двигателя. • ESC комбисенсоры: в одном корпусе объ-
устойчивости. ПО основано на датчиках ско- Дополнительно прикладывается торможение единены кристаллы одноосевого МЭМС-
рости колеса, которые индицируют скорость индивидуально к колесам. гироскопа, одно- или двухосевого МЭМС-
каждого колеса и автомобиля, угла поворота ESC/ESP также объединяет функции анти- акселерометра и одна или две ASIC.
руля (они помогают рассчитывать желаемое блокировочной системы (ABS) и контроля • ESC/Rollover комбидатчики: в одном кор-
водителем положение автомобиля), и инер- сцепления (TCS). ESC от Continental, напри- пусе объединены кристаллы гироскопа
циальных датчиках, выполняющих мони- мер, является суммой следующих функций (гироскопов, чувствительных в направ-
торинг статуса автомобиля и его реакции (рис. 1а): ABS, EBD, TCS, AYC. лении двух или трех осей), акселерометра
на команды. Датчики инерции включают ги- В свое время ESC вначале стала надстрой- (двух- или трехосевых акселерометров)
роскопы yaw rate, измеряющие угловое дви- кой по отношению к системам ABS и TCS и один или два ASIC-кристалла.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru
10 датчики
а
б
а
б
в
Рис. 4. Перспективные технологии детектирования фронтальных
и боковых ударов посредством датчиков ускорения:
Рис. 3. Концепция сателлитов — датчиков систем пассивной безопасности от Continental: а) удаленные мультиосевые датчики ускорения (RAS) от TRW;
а) децентрализованное расположение датчиков ускорения и давления в автомобиле; б) SMA560 Bosch — интегральные двухосевые датчики 5‑го поколения
б) gSAT — фронтальный датчик ускорения; в) pSAT — датчик давления в боковых дверях для систем подушек безопасности
• ESC/Airbag комбидатчики: в одном корпусе и ремни безопасности и передают эти данные ством одного устройства 5‑го поколения.
объединяются кристаллы МЭМС-датчиков к главному ECU, управляющему переключе- Датчик занимает на 40% меньше места, чем
угловой скорости (одно-, двух- и трехосе- нием подушек. Каждый современный автомо- устройства предшествующего поколения.
вой гироскоп), кристаллы МЭМС-акселе- биль оборудуется числом сателлитов до 10. Возможна независимая индивидуальная
рометров (low-g акселерометр, чувстви- Концепция децентрализованных датчиков установка измерительных диапазонов для
тельный в направлении от одной оси от Continental с датчиками ускорения gSAT двух осей (±35g, ±48g, ±70g, ±96g).
до трех- и двухосевой high-g акселерометр) и давления в боковых дверях pSAT показана ADXL278 компании Analog Devices —
и один или несколько кристаллов ASIC. Эти на рис. 3. двухосевой акселерометр с обработанны-
устройства известны также под названием Стандартные акселерометры измеряют ми выходами напряжения, выполненный
Automotive IMU или General sensor cluster. ускорения в одном, обычно фронтальном на- в виде одной монолитной ИС в LCC-корпусе
Первые два типа датчиков разработаны правлении (продольное ускорение в X-оси). (552 мм). Это один из первых двухосе-
для осуществления функциональности ESC В последние годы получили распространение вых датчиков ускорения, и разрабатывался
и ESC/Rollover, но допускают и другие функ- методы детектирования боковых ударов по- он также для систем фронтальных и боко-
циональные надстройки. Третий тип датчи- средством боковых акселерометров (боково- вых подушек. Диапазоны детектирования
ков существует только на уровне концепции, го ускорения в Y-оси), альтернативой кото- по осям X/Y включают ±35g/±35g, ±50g/±50g
воплощение которой ожидается в ближай- рым являются датчики давления в боковых и ±70g/±35g.
шие годы. дверях. Совсем недавно, в ноябре 2011 года, было
TRW, Continental, Bosch, VTI, SensorDyna- Одновременное использование мульти- объявлено о новом семействе акселероме-
mics, BMW, Freescale, Invensense и STMicro- осевых датчиков ускорения с дополнитель- тров Freescale Xtrinsic MMA65xxKW для ин-
electronics — все эти компании внесли зна- ными одноосевыми датчиками в одном теллектуального детектирования фронталь-
чительный вклад в теорию и практику, а так- корпусе или полностью мультиосевых ак- ных и боковых аварий.
же перспективу комбинирования в одном селерометров может значительно улучшить MMA65xxKW в QFN-корпусе работают
корпусе МЭМС-технологий инерциальных сенсорные характеристики аварийных си- в диапазоне до 120g, семейство объединяет
датчиков различного назначения. И сейчас стем и исключить необходимость примене- одно- или двухосевые датчики. В роли safing
не только для ESC, но и для анализа данных ния индивидуального датчика давления или sensors MMA65xxKW локализуются в ECU
об аварии и дизайна подушек безопасности ускорения в дверных полостях. подушек безопасности автомобиля — если
вместо стандартных одноосевых датчиков Компания TRW недавно представила, на- система оснащена датчиками-сателлитами.
могут использоваться мультиосевые и муль- пример, удаленные мультиосевые датчики Согласно рекомендациям производителя,
тисенсорные решения. ускорения (Remote Acceleration Sensors, RAS) инерциальные датчики-сателлиты (Freescale
Современные автомобили включа- (рис. 4а), предназначенные для детектирова- MMA5xxxKW) размещаются по периметру
ют несколько подушек безопасности, а для ния ударов более чем в одном направлении автомобиля и помогают при оптимальном
них необходимо, чтобы различные датчики- одновременно, что повышает качественные развертывании подушек безопасности.
сателлиты были развернуты по периметру показатели определения аварий в сравнении Датчики обнаружения крена — еще одно
автомобиля для сбора и интеграции сиг- с традиционными методами детектирования. потенциально важное применение мульти-
налов и определения необходимости пере- Еще раньше, в конце 2010 года, Bosch вы- осевых датчиков в пассажирских автомоби-
ключения срабатывания фронтальных, бо- пустила интегральный двухосевой датчик лях. При анализе данных о вертикальном
ковых подушек или дополнительных систем ускорения SMA560 в корпусе SOIC8 для по- ускорении (по Z-оси), получаемых посред-
(Supplemental Restraint System, SRS). душек безопасности (рис. 4б). Две сенсор- ством и в комбинации с данными датчиков
Датчики-сателлиты измеряют давле- ные оси SMA560 допускают детектирование боковых ударов (по Y-оси), можно предска-
ние, ускорение, детектируют пассажиров и фронтальных, и боковых ударов посред- зывать события крена (rollover) без гироско-
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012
датчики 11
па. Для осуществления этой функции TRW ный круиз-контроль (АКК), функциональ-
разрабатывает двухосевые и мультиосевые ность Stop and Go, обнаружение в пределах
сенсорные технологии, которые будут до- «мертвых зон» и др.
ступны для автомобилей модельного ряда Традиционно отдельно взятая сенсорная
2012 года. технология и система помощи водителю фи-
Мультиосевые сенсорные решения повы- зически привязаны друг к другу. Например,
шают функциональность системы, в кото- для АКК используются радары, работающие
рой они работают, а также снижают и цену, в дальнем диапазоне расстояния (до 250 м)
и фут-принт. Сенсорное слияние допуска- и частотном диапазоне порядка 77 ГГц.
ет новую функциональность, и эволюция Радары диапазона 24 ГГц обычно использу-
мультиосевых модулей протекает в направ- ются для детектирования объектов в зоне,
лении комплексного сенсорного решения, близкой к автомобилю (детектирование
включающего вместо обычной ASIC микро- «мертвых» зон, предупреждение о столкно-
контроллерный блок на основе MCU и ПО. вении). Для мониторинга маркировки полос
По данным Yole Development, в 2011 году с целью удержания на полосе или обнаруже-
рынок инерциальных датчиков для потре- ния дорожных знаков, а также защиты пеше-
бительской и автомобильной электроники ходов обычно применяются видеокамеры.
достиг $2,6 млрд. В 2016 году порядка 40% Имеются применения, для которых могут
от потребительского рынка в $2,7 млрд быть использованы и те, и другие техноло-
и около 12% от автомобильного рынка инер- гии (обнаружение препятствий, предупре-
циальных датчиков в $1,1 млрд составят ждение о столкновении). В последние годы
комбидатчики. Ключевые автомобильные обозначилась тенденция использовать все
применения включают ESC, rollover, подуш- сенсорные технологии, доступные для дан-
ки безопасности, системы навигации, TPMS, ного применения, — с тем, чтобы допустить
активную подвеску и др. множественные функции безопасности и на-
Рис. 5. Гибридная система TPMS TRW —
Стандартное оборудование всех новых мо- пример объединения данных датчиков давления шин, дежное детектирование в диапазоне 360° во-
делей автомобилей ESC/ESP приводит к уве- ESC/ABS круг автомобиля.
личенному использованию систем помощи Например, A8 L и ряд других моделей Audi
водителю, основанных на датчиках ESC, характеризуется не только широким диапа-
и интеллектуальной сетевой связи между ESC ратной электронной части, которая прежде зоном технических инноваций, но и функ-
и датчиками. Один из примеров этого — ги- требовалась для локализации датчиков. ционалом «предвидения» (буквально —
бридная система TPMS, разработанная TRW. Ресивер гибридной системы устанавли- «предчувствования») аварии — Audi pre
вается в пассажирском отсеке и идентифи- sense. В зависимости от ситуации вождения
Новые гибридные системы — цирует состояние шин, комбинируя данные включаются/выключаются превентивные/за-
использование данных от датчиков TPMS и автомобильных колес- щитные меры.
от других систем и датчиков ных датчиков скорости ABS/ESC. Автомобили Audi A8 L оборудуются фрон-
Компания TRW готовит TPMS для произ- тальными и задними радарными датчиками
Например, новая гибридная система TPMS водства в 2013 году. TRW TPMS — это при- и фронтальной высокоразрешающей видео-
от TRW подключает данные ABS/ESC. мер гибридной системы, к числу которых камерой, расположенной поблизости от зер-
Компания TRW Automotive Holdings можно отнести любые другие, использую- кала интерьера и захватывающей изображе-
(TRW) недавно представила следующее по- щие в качестве входных данные, полученные ния со скоростью 25 кадров/с. Блок контроля
коление систем контроля давления в шинах от различных систем и/или различными ме- EPS (электрического рулевого управления)
(TPMS) в виде гибридной системы на основе тодами детектирования. Слияние сенсорных также поставляет входные данные для систе-
комбинации сенсорных технологий для обе- данных может выполняться в пределах ги- мы Audi pre sense, которая использует весь
спечения функциональности auto-location бридного системного электронного управ- набор для создания реалистичной картины
(автоматической локализации) (рис. 5). ляющего блока или сенсорного/мультисен- автомобильного окружения и активации мер
Как и система прямого контроля TPMS сорного модуля/кластера/блока. Вне зави- безопасности.
(dTPMS), гибридная система основана на ба- симости от варианта, общим результатом Развертывание систем ADAS стартует с си-
зовых датчиках контроля давления в ши- являются системы более высокого уровня стем, представленных в автомобилях класса
нах посредством прямого метода контроля, интеграции, аппаратная часть которых зна- люкс, и «спускается» к высокообъемным сег-
а именно измеряющих давление и температу- чительно сокращена, одновременно выпол- ментам, примерами которых являются тех-
ру. Гибридная технология основана на тех же няющие функции множественных систем нологии автомобилей Ford Focus и Mercedes-
четырех колесных датчиках, осуществляю- безопасности. Следующим примером, под- Benz B-класса. Согласно новому отчету ABI
щих прямой мониторинг индивидуальных тверждающим это, являются радары и каме- Research, введение технологий продвину-
уровней давления в каждой шине. ры, а также ассистенты на их основе. тых систем помощи водителю сформирует
Но, кроме того, система подключает к 2020 году соответствующий рыночный сег-
и данные от автомобильных систем ABS Ассистенты мент объемом в $460 млрд. Консалтинговая
или ESC — для обеспечения функции auto- на основе радаров и камер. фирма поясняет, что анализ посредством
location и предупреждения водителя о том, Выше интеграция — камер становится более мощным, радарные
какая шина или шины могут иметь низкое выше безопасность технологии дешевеют, но лидары и ультра-
давление. звуковые датчики также сохраняют свое
Функция auto-location является преиму- Радары и камеры и продвинутые систе- присутствие. В настоящее время вывод тех-
щественным признаком гибридной системы мы безопасности (Advanced driver assistance нологий на рынок осуществляется автопро-
от TRW по сравнению со стандартной, вве- systems, ADAS) на их основе — следующие изводителями, но ожидается также влияние
дение дополнительной функции исключа- ключевые технологии для снижения числа соответствующих правительственных поста-
ет необходимость в дополнительной аппа- аварий на дорогах, объединяющие адаптив- новлений.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru
12 датчики
а
а
б
Рис. 6. Новый Ford Focus — пример недорогого автомобиля, оснащенного набором систем помощи водителю:
а) внешний вид автомобиля модельного ряда текущего года; б) электронно-сканирующий радар ESR Delphi для АКК,
предупреждения о переднем столкновении, примененный в новой модели Ford Focus
б
Девиз Continental, выражаемый слоганом допускают радары переднего обзора ESR,
“Safety for everyone”, или «Безопасность для объединяет АКК, предупреждение о перед- Рис. 7. Автомобильные радарные ИС серии RASIC
от Infineon в радарной системе
каждого», проиллюстрирован всеобъемлю- нем столкновении, торможение и предупре- следующего поколения LRR3 Bosch:
щим набором систем помощи водителю, ко- ждение об интервале движения впереди (рас- а) SiGe радарные кристаллы RASIC в LRR3;
торые появились в новом автомобиле Ford стояния и времени) (Headway Alert). б) блок-диаграмма радарных кристаллов
Focus и относятся к недорогой ценовой ка- В мультирежимном электронно-скани-
тегории (рис. 6а). В этом автомобиле при- рующем радаре ESR Delphi Automotive ис-
менены камеры для помощи в удержании пользуются продукты TriQuint. ния, чем это было возможно с более дорогой
на полосе, интеллектуального контроля фар, Современные радарные технологии пред- технологией GaAs.
обнаружения дорожных знаков (Lane Keep ставлены GaAs- и SiGe-технологиями. В раз- Радарные ИС серии RASIC (Radar System
Assist, Intelligent Headlamp Control and Traffic работке системы для Delphi применен ди- IC) обеспечивают функции трансиверов,
Sign Recognition), оптический ИК-датчик зайн GaAs-устройств от TriQuint. Разработки осцилляторов (VCO), диэлектрических резо-
для помощи в чрезвычайном торможении TriQuint включают флип-чип технологию нансных осцилляторов (Dielectric Resonator
(Emergency Brake Assist), которые разработа- CuFlip, которая замещает проводные устрой- Oscillators, DRO) и другие для всех типов ав-
ны Continental. ства. CuFlip повышает надежность и проч- томобильных и промышленных радарных
На модели Ford Focus в Европе сейчас уста- ность, упрощает сборки. применений в диапазоне 76–77 ГГц. Решения
навливают мультирежимный электронно- Как заявлено, решения TriQuint на основе от Infineon поставляются как некорпусиро-
сканирующий радар ESR (Electronically Scan- GaAs на 77 ГГц обеспечивают: ванные кристаллы bare-die. Создавая RASIC,
ning Radar) от Delphi Automotive (рис. 6б). • высокие рабочие характеристики; специалисты Infineon искали путь для про-
Это свидетельствует о том, что цена радаров • надежность; изводства радарных решений в высоких
Delphi снижена настолько, что стало воз- • масштабируемый/гибкий системный под- объемах. За счет этого процесс Infineon
можным применение радарной технологии ход; SiGe выигрывает в сравнении с технология-
в недорогих автомобилях. • стоимостную эффективность. ми GaAs. Технология выигрывает и за счет
Помимо общих преимуществ электронно- Все же, по мнению ряда консалтинговых устойчивости в рабочем температурном диа-
го сканирования по сравнению с механиче- фирм, в 2009–2011 гг. технология GaAs вы- пазоне от –40 до +125 °C и полной автомо-
ским, Delphi ESR характеризуется широкой теснялась технологиями, обеспечивающими бильной квалификации согласно AEC-Q100.
областью обзора и в среднем, и в дальнем еще более высокий уровень интеграции и бо- Дополнительно обеспечивается признак са-
диапазонах и обеспечивает два измеритель- лее низкую цену производства. мотестирования и диагностические опции
ных режима одновременно. В среднем диапа- Компания Infineon, которая в 2002 году для выходных данных и температуры.
зоне ESR идентифицирует автомобили и пе- продала свой GaAs-бизнес TriQuint, произ- ИС, построенная на основе процес-
шеходов, а в дальнем обеспечивает точное водит радарные кристаллы на основе техно- са Infineon SiGe 200 ГГц, предлагает функ-
детектирование диапазона и данных скоро- логии SiGe. SiGe допускает более высокий циональность высокого уровня интеграции
сти с дискриминацией до 64 целей на пути уровень интеграции, меньшие и более эф- по более низким ценам и лучшую надежность
автомобиля. Функциональность, которую фективные в стоимостном выражении реше- в частотном диапазоне от 76 до 81 ГГц. Этот
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012
датчики 13
контроль, предупреждение о столкновении,
переднем движении (headway alert), смягче-
ние и поддержку торможения.
Радары на 76–81 ГГц можно использовать
также для предотвращения боковых и задних
аварий.
Для противодействия боковым и задним
авариям система от Delphi заднего и боково-
го детектирования (Rear and Side Detection
System, RSDS) будет предупреждать во-
дителей о приближающихся автомобилях
(рис. 9). Система использует радар на 77 ГГц.
а
RSDS запланированы для производства уже
в 2012 году.
Другие производители разрабатывают
аналогичные решения, допускающие ор-
ганизацию многих «ассистентов» водителя,
осуществления широкого набора функций
мониторинга в диапазоне 360° на основе ком-
бинирования входных данных от немногочис-
ленных и недорогих независимо работающих
или интегрированных датчиков/модулей.
Одним из примеров является новая радар-
ная концепция от TRW, которая представ-
ляет собой семейство короткодиапазонных
масштабируемых радаров, допускающих
детектирование в диапазоне 360° вокруг ав-
б томобиля и множественные функции безо-
пасности и комфорта: помощь при смене по-
Рис. 8. Радарное решение от Freescale на 76–81 ГГц: а) применение радарной технологии; б) блок-диаграмма лосы, обнаружение «слепых» зон, предупре-
ждение о поперечном трафике, определение
боковых ударов и низкоскоростное предупре-
диапазон подходит для многих радарных Сенсорная продукция представляет собой: ждение о столкновениях (рис. 10). Радарные
применений безопасности. Автомобильные • полностью интегрированное решение датчики могут быть также интегрированы
применения включают: трансмиттера SiGe; с системами автомобильного торможения
• адаптивный круиз-контроль; • мультиканальный SiGe RF ресивер с высо- (для осуществления чрезвычайного тормо-
• системы смягчения аварий; кой изоляцией между каналами и низкими жения) и системами электрического рулевого
• системы предупреждения об авариях; шумами; управления (для помощи в пробках).
• помощь при смене полосы; • полностью интегрированный RF транси- Интеллектуальные и когнитивные (позна-
• резервный радар BackUp. вер SiGe. вательные) системы безопасности от TRW
Кристалл Infineon RASIC (Radar System Радары от Freescale функционируют делают последние инновации в области безо-
IC) используется в новых радарных си- в FMCW-модели и с применением FSK-мо- пасности доступными для всех сегментов ав-
стемах третьего поколения Bosch LRR3 дуляции и позволяют получить эффектив- томобилей. Концепция TRW Cognitive Safety
(рис. 7). LRR3 разработан для ACC в диа- ное в стоимостном выражении решение. Systems объединяет пассивные и активные
пазоне до 250 м и осуществляет радарные Высокоскоростная волна FMCW скомбини- технологии с электроникой и сенсорными
функции безопасности, такие как предупре- рована с алгоритмом 2D-FFT, что допуска- функциями и разработана для создания ин-
ждающие системы торможения, признаки ет независимые измерения диапазона и ско- теллектуальных систем безопасности пеше-
предупреждения аварий и автоматического рости (range rate). Обеспечивается обнаруже- ходов, водителей и пассажиров. Девиз ком-
чрезвычайного торможения. ние кластерных стационарных объектов. пании выражен слоганом “The safety everyone
Чипсет от Freescale из материала SiGe пред- Продукты Freescale для радарных си- deserves”, что означает «Каждый заслуживает
ставляет собой следующее радарное решение стем включают: 32‑битные МК Qorivva, безопасности». Компания TRW разрабатывает
диапазона 77 ГГц, обеспечивающее функ- 16‑битный МК (S12X), специализирован- модульные системы, доступные для различ-
циональность мониторинга окружения во- ные схемы (аналоговые и ИС со смешива- ных моделей автомобилей на любых рынках.
круг автомобиля в дальнем и среднем диа- нием сигнала), датчики и сопутствующую В соответствии с этим новая радарная кон-
пазоне (рис. 8). продукцию (комплекты разработчика, ПО, цепция TRW разрабатывается как масшта-
Радарная система Freescale основана на муль- библиотеку дизайнов, AUTOSAR). С помо- бируемое решение на основе ограниченного
тиканальных ресиверах и трансмиттерах, до- щью 32‑битного микроконтроллера с одним набора датчиков для применений или групп
пускающих высокий уровень интеграции. или двумя ядрами Qorivva MCU со встроен- применений. Это решение подходит для ав-
Системное решение с продуктами Freescale ной памятью флэш и RAM радарная система топроизводителей, планирующих на старте
для радарных систем показано на рис. 8б. В си- может обнаруживать и отслеживать объек- только базовые функции, но с последующим
стеме предупреждения об аварии контроли- ты, инициируя предупреждение водителю апгрейдом, или для создания модульных си-
руемый MCU трансмиттер на 77 ГГц излучает о неминуемом столкновении и вмешатель- стем безопасности и комфорта, которые мо-
сигналы, отраженные от объекта, идущего ство торможения со стороны системы ESC. гут быть предложены покупателям посред-
впереди, сбоку, сзади, эти сигналы захватыва- Системы безопасности, для которых ре- ством множественных моделей автомобилей
ются посредством множественных ресиверов, комендована SiGe радарная технология и уровней. Например, базовая система может
интегрированных в автомобиле. Freescale, включают адаптивный круиз- объединять один датчик переднего обзора
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru
14 датчики
камеры) для расширения набора применений, то есть от привязки
технологии к применению переходить к комплексному интегрирова-
нию технологий и применений.
Один «глаз» — хорошо,
а два «глаза» — лучше
Последние разработки Delphi позволяют объединить множество си-
стем безопасности посредством одного интегрального модуля со сли-
янием данных и тем самым снизить системную цену. Новейший про-
дукт от Delphi с сенсорным слиянием под названием RACam (рис. 11)
представляет собой интегрированную систему на основе радара и ка-
меры. Модуль RACam разработан для применения в широком спек-
тре систем активной безопасности: полноскоростном АКК, адаптив-
ном контроле фар, обнаружении дорожных знаков, предупреждении
о переднем столкновении, защиты пешеходов и автономном тормо-
жении, которое автоматически замедляет автомобиль до остановки
в ситуациях, когда водитель не реагирует на опасность. Эта система
была продемонстрирована в 2011 году на IAA, ожидается, что автомо-
били, оборудованные ею, появятся на дорогах в 2014 году.
Ядром RACam является электронно-сканирующий радар Delphi
ESR среднего и дальнего диапазона. RACam интегрирует функции
радарного детектирования, видеообнаружения с вычислительным
блоком в одном компактном модуле, предназначенном для монтажа
на ветровом стекле или зеркале заднего вида (рис. 11б), что допуска-
ют размеры RACam в пределах 1236838 мм. Раздельные радарные
системы традиционно монтируются за решеткой радиатора, но это
зона аварий, после которой может понадобиться ремонт радара.
Вот полный список «ассистентов», которые могут быть созданы
на основе одного только модуля RACam:
• Полноскоростной АКК.
Рис. 9. Радарная система заднего и бокового детектирования
• Предупреждение об уходе с полосы/удержание на полосе.
(Rear and Side Detection System, RSDS) Delphi на 77 ГГц • Предупреждение об интервале движения впереди (расстояния
и времени) (Headway Alert).
• Предупреждение о переднем столкновении.
• Смягчение аварии.
• Полностью автономное торможение.
• Защита пешеходов.
а
Рис. 10. Иллюстрация 360‑градусного диапазона детектирования
посредством радарных датчиков от TRW
для низкоскоростного предупреждения о столкновении, а система
среднего уровня может дополнительно включать пару радаров задне-
го обзора для мониторинга «мертвых» зон и помощи при смене по-
лосы. Система премиум-класса может быть дополнительно оснащена
датчиками для помощи при пробках, детектирования боковых уда-
ров или использоваться для автоматической парковки.
TRW ожидает, что радарная технология будет готова для произ- б
водства в 2015 году.
Более высокий уровень интеграции и снижение цены способству- Рис. 11. Интегрированная система на основе радара и камеры Delphi RACam:
ют масштабированию радарной технологии, а также позволяют ин- а) внешний вид модуля; б) инсталляция в зеркале заднего вида
тегрировать ее с другими сенсорными технологиями (имеются в виду
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012
датчики 15
сти, возможно обнаружение направления,
в котором перемещается каждый пиксель
идентифицированного объекта вдоль каж-
дой оси 3D-пространства. Это дает вместо
3D 6‑мерное (6D) пространство идентифи-
кации и позволяет более уверенно предска-
зывать возможную аварию, инициировать
чрезвычайное торможение до 1g (если во-
дитель не среагировал на предупреждения
системы) и подготавливать защитные меры.
Стереокамера функционирует в полном диа-
пазоне скоростей. Возможности камеры по-
зволяют также обнаруживать маршрут для
маневров с целью избегания аварии. Если
маневры невозможны, за доли мс будет ини-
циировано чрезвычайное торможение, сни-
жающее вероятность или серьезность травм.
а Стереокамера может служить основой и дру-
гих систем активной безопасности.
Стереокамеры разрабатывались для за-
щиты пешеходов, но они могут предостав-
лять входные данные для предупреждения
о смене полосы, при обнаружении дорожных
знаков, а также для интеллектуального кон-
троля фар.
б В будущем создатели планируют «нау-
чить» стереокамеру определять детей, вело-
сипедистов, инвалидов в колясках.
Рис. 12. Стереокамера — интегрированный сенсорный блок на основе двух монокамер от Continental:
Портфолио технологий активной безопас-
а) работа камеры; б) конструкция: две интегрированные монокамеры, разнесенные на 20 см ности от Delphi Automotive также позволя-
ет комплексно защищать людей на дорогах,
включая пассажиров, мотоциклистов и пе-
• Обнаружение объектов. Камера состоит из двух CMOS-монокамер, шеходов.
• Контроль фар. разнесенных приблизительно на 20 см и раз- С увеличением числа гибридных и элек-
• Обнаружение дорожных знаков. мещаемых за пределами ветрового стекла трических автомобилей с их практически
Прямым назначением большинства систем (рис. 12б). Поскольку стереокамера имеет бесшумной работой, особенно на низких
помощи водителю является обеспечение безо- два «глаза», она способна определять разли- скоростях, риск аварий для пешеходов и мо-
пасности водителя и пассажиров. Но не толь- чие в изображениях в пределах одного кадра, тоциклистов растет. Кроме мер безопасности
ко пассажиры могут пострадать в результате а также стационарные и движущиеся пре- со стороны водителя, некоторые меры для
автомобильной аварии. В фокусе автопроиз- пятствия (груз, людей, животных). Камера повышения безопасности могут быть пред-
водителей, поставщиков Tire 1, — комплекс- позволяет использовать входные данные для приняты и со стороны пешеходов. Например,
ная защита пассажиров, пешеходов и других определения размера препятствия и рассто- Delphi разработала решение по звуковому
людей на дорогах (мотоциклистов, велосипе- яния до него, что не может быть получено сопровождению, которое способно воспро-
дистов) посредством современных сенсорных со столь же высокой надежностью посред- изводить мелодии, идентифицирующие
технологий и систем на их основе. ством монокамеры. транспортное средство, при этом оно легче,
Система обнаружения пешеходов перед- Стереокамера может измерять расстояние потребляет меньше мощности и отличается
него обзора от TRW осуществляет слияние до объекта и его высоту относительно дорож- существенно более низкой ценой, чем анало-
сенсорных данных от масштабируемой видео- ной поверхности. Это возможно посредством гичные продукты.
камеры с данными радара на 24 ГГц. Если пе- оценки разницы в перспективе между левым
шеход обнаружен перед автомобилем посред- и правым оптическими путями, аналогично Два «глаза» — хорошо,
ством камеры, и это подтверждено радаром, пространственному человеческому зрению, с третьим «глазом» (ИК) —
то применяются соответствующие алгоритмы дающему смещение параллакса между дву- еще лучше. Дальнейшие
расчета вероятности аварии. При высокой ве- мя изображениями. На средних расстояни- надстройки применений
роятности аварии издается сигнал предупре- ях в 20–30 м, например, стереокамера может
ждения водителя, автоматически генерируется определять диапазон до объекта с точностью Функции обнаружения пешеходов необхо-
тормозной маневр для замедления автомоби- порядка 20–30 см. Отличие камеры, которое димы не только в дневное время, они особен-
ля и снижения серьезности удара. дает преимущества по сравнению с другими но актуальны при езде по безлюдным ноч-
Инженеры Continental для защиты пеше- технологиями, — это возможность обнару- ным дорогам.
ходов разработали стереокамеру — интегри- живать близкие объекты, имеющие плохой Автомобильные производители и по-
рованный сенсорный блок на основе двух контраст с фоном. Две камеры усиливают ставщики Tier 1 совместно разрабатывают
монокамер, предназначенный стать частью способность обнаружения объектов в усло- различные решения. Два ключевых и в неко-
системы безопасности ContiGuard и инте- виях плохой видимости. торой степени конкурирующих между со-
гральным элементом системы переднего тор- Помимо пространственного (3D) опреде- бой решения представляют собой системы
можения (рис. 12). ления положения любого детектируемого ночного видения и адаптивного освещения.
Две камеры обеспечивают полный ана- объекта, стереокамера поставляет другие Адаптивное освещение и ночное видение
лиз изображения посредством одного блока. данные для систем безопасности. В частно- обеспечивают уникальные преимущества
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru
16 датчики
для безопасного вождения в ночное время и поэтому могут не только
конкурировать между собой, но и работать вместе.
Адаптивное освещение включается, например, по сигналам от дат-
чиков поворота (угловой скорости), которые участвуют в обеспече-
нии углового освещения таким образом, что водитель может видеть
дальше, чем с обычными фарами, освещающими только прямой
участок пути впереди.
Адаптивное освещение — это также пример гибридной системы,
подключающей данные от датчиков других систем — ESC, подвески Рис. 13. «Ассистент» ночного видения Audi с подсветкой пешеходов
и других.
Например, продвинутые системы переднего освещения (Visteon
Advanced Front Lighting Systems) направляют фары так, что паттерн ночного видения может переключаться из состояния on и off посред-
луча оптимизирован для различных условий вождения — направле- ством кнопки на поворотном световом переключателе. Можно кон-
ния, скорости и других характеристик. Компания Visteon разработала фигурировать освещение пешеходов, предупреждающий звуковой
интеллектуальное ПО, которое использует в качестве входных данные сигнал и контрастность изображения посредством CAR-меню.
от датчиков рулевого колеса, скорости и датчиков axle sensors (датчи- Аналогичная функция подсветки пешеходов реализована в си-
ки угла поворота в системе подвески на ведущей оси или на двух осях стемах ночного видения BMW Night Vision и других производите-
для выравнивания продольного наклона). лей. BMW Night Vision, инновационная технология, входящая в со-
Можно ожидать, что, по мере того как комбидатчики на основе ак- став BMW ConnectedDrive, анализирует обстановку на расстоянии
селерометров и гироскопов для ESC будут становиться более доступ- до 300 м впереди автомобиля посредством ИК-камеры, обнаружи-
ными, они могут обеспечить альтернативный метод измерения про- вает пешеходов и велосипедистов и показывает их на дисплее. Если
дольного наклона вместе с одновременным измерением угла поворота. процессорная система вычисляет опасность столкновения, водитель
Комбидатчики могут участвовать в том, чтобы осуществлять адаптив- получает предупреждение на дисплее управления или на лобовом
ный контроль переднего освещения посредством вариаций распреде- стекле в виде символа, соответствующего расположению человека
ления света на поворотах и в изменяющихся дорожных условиях. за пределами автомобиля.
Яркое освещение, которое не слепит других водителей, достигнуто Примером активной системы традиционно является Bosch
за счет применения газоразрядных ламп с высокой интенсивностью Night Vision Plus. В последней версии этой системы, серийное произ-
(High-Intensity Discharge, HID), ксеноновых ламп и автоматического пе- водство которой начато в 2009 году, также есть подсветка пешеходов
реключения между дальним и ближним светом. Значительные перспек- на дисплее. Дальность обнаружения системы на основе ИК-фар —
тивы связаны с применением светодиодных источников освещения. порядка 150 м.
Компания Visteon, например, предлагает статические и динамиче- Автоматическое обнаружение пешеходов и предупреждения осо-
ские системы на основе галогеновых источников, HID/Xenon и свето- бенно значимы для повышения безопасности на безлюдных ночных
диодных источников. дорогах, но посредством той же самой камеры можно обнаруживать
Преимущества светодиодных фар складываются из гибкости кор- людей на дорогах не только ночью, но и днем.
пусирования, снижения глубины (до 55% в сравнении с галогено- Автомобильные CMOS-камеры от OmniVision, например, облада-
выми или HID/Xenon решениями), контроля луча для снижения ют интегрированной способностью NIR-детектирования и могут ра-
яркости/ослепления, потребления мощности и экологичности (при ботать в двух режимах, что позволяет им функционировать и в усло-
производстве светодиодов не применяется ртуть). виях дневного освещения, и ночью.
Новые светодиодные источники с белым светом высокой яркости В течение дня датчик поставляет стандартное цветовое изображе-
можно применять для фронтального освещения: для фар дальнего ние. Если уровень освещения падает ниже определенного уровня,
и ближнего света, дневных ходовых огней, противотуманных фар датчик автоматически переключается в режим черно-белого ночного
и статических систем переднего освещения. видения. Один из примеров — датчик OVT10620, характеризующий-
Адаптивное освещение в настоящее время характеризуется высо- ся динамическим диапазоном до 110 дБ.
кими объемами производства, а технология ночного видения — вы- Двухрежимная работа актуальна в системах обнаружения пешехо-
соким ростом. дов, объектов, знаков, заднего вида, backup-камер, противоугонных
ABI Research предполагает, что инсталляция систем ночного ви- системах.
дения в мире будет расти от 103 000 единиц ($373 млн в денежном Компания OVT представила последние автомобильные датчики
выражении) в 2010 году до 1,7 млн (примерно $5 млрд в денежном в корпусе на уровне пластины (AutoVision chip-scale package, aCSP)
эквиваленте) в 2016 году. с размерами порядка 6,677,120,71 мм — до 50% меньше, чем кон-
Наиболее заметным фактором распространения технологий ноч- курирующие CMOS-устройства.
ного видения является снижение цены микроболометров. Более того, методы ИК-детектирования подходят для мониторинга
В 2013 году ожидается значительное снижение цены автомобиль- людей не только вне автомобиля, но и в кабине.
ных камер. Благодаря выпуску новых моделей автомобилей с систе- Например, Lexus сейчас располагает первой в мире системой мони-
мами теплового ночного зрения автомобильные применения микро- торинга водителя с камерой (рис. 14). Система использует инфракрас-
болометров в 2010 году увеличились на 40%. Эксперты Yole ожидают, ную NIR-камеру, закрепленную в верхней части рулевой колонки.
что продажи тепловых автомобильных камер превысят 500 000 еди- Камера наблюдает точное положение и угол поворота головы води-
ниц в 2016 году. теля во время движения. NIR-камера в значительной степени нечув-
И пассивные, и активные системы ночного видения находят при- ствительна к окружающим условиям видимого освещения. Если
менение. Доступность этих систем все еще ограничена брендами система предупреждения аварии детектирует препятствие и в то же
класса люкс, но расширилась. самое время система устанавливает, что водитель отвернулся в сторо-
Audi night vision assistant отличается освещением обнаруженных ну, автоматически активируются предупреждения. Издается сигнал,
пешеходов (рис. 13). Система сканирует область перед автомобилем а затем осуществляется торможение.
посредством тепловой камеры и высвечивает пешеходов на расстоя- Мониторинг водителя посредством камеры — интегральный эле-
ниях 15–90 м. Если система определяет, что есть риск столкновения мент системы предупреждения аварии автомобиля LS. В системе дан-
автомобиля и обнаруженного пешехода, то цвет освещения стано- ные камеры комбинируются с другими данными от датчиков, скани-
вится красным и издается предупреждающий сигнал. «Ассистент» рующих область перед автомобилем.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012датчики 17
а
Рис. 14. Система мониторинга водителя Lexus LS
Nissan и Volvo Cars используют для детектирования водительско-
го невнимания набор датчиков от систем помощи водителю типа
LDW/ACC. Система Volvo Driver Alert Control использует камеру, ло-
кализованную между ветровым стеклом и зеркалом заднего вида ин-
терьера, весь набор данных от других датчиков, вычисляет риск недо-
статочного внимания со стороны водителя, индицирует его в виде
графа и при необходимости издает предупреждающие сигналы.
В рассмотренных случаях система мониторинга водителя может
рассматриваться как еще одна гибридная функциональная надстройка
или ассистент без избыточности применения сенсорных технологий.
Все это — различные примеры решений по обеспечению ком-
плексной безопасности, широкого спектра ассистентов/функций
с минимальным набором аппаратных узлов.
Связь с внешним миром посредством автомобиля —
с BMW ConnectedDrive б
BMW ConnectedDrive — системное решение следующего, еще более в
высокого уровня интеграции в системной иерархии автомобильных
технологий. BMW ConnectedDrive — пример полностью интегрирован-
ной системы связи водителя с автомобилем и внешним миром, которая
объединяет полный диапазон систем помощи водителю и мобильных
сервисов и сочетает в себе разные элементы: помощь водителю, онлайн-
приложения, решения для интеграции мобильных устройств.
Системы помощи водителю включают:
• предупреждения об уходе с полосы (LDW);
• предупреждения при перестроении (LCW);
Рис. 15. Некоторые интегральные компоненты BMW ConnectedDrive:
• предупреждения о столкновении; а) проекционный HUD-дисплей;
• круиз-контроль; б) функция чрезвычайного вызова BMW Assist; в) BMW Online
• индикацию ограничения скорости;
• «ассистент» парковки.
Визуальная помощь водителю включает: План BMW Assist Safety Plan, начиная с 2007 года и для более позд-
• проекционный дисплей (рис. 15); них моделей, вместе с набором телесервисов (TeleServices) является
• систему ночного видения BMW Night Vision; частью пакета Ultimate Service, пользование которым может быть
• систему бокового обзора; бесплатным в течение первых четырех лет. Система также способна
• управление дальним светом; оказать помощь в обнаружении угнанного автомобиля (Stolen Vehicle
• систему кругового обзора; Recovery), помощь в удаленной разблокировке двери (Door Unlock)
• камеру заднего вида. и включает возможность вызовов без рук с использованием техноло-
Bluetooth-офис, Интернет, развлечения, телематические сервисы гии Bluetooth с распознаванием речи.
BMW Assist, BMW Online и BMW TeleServices, использующие нави- TeleService осуществляет мониторинг рабочего статуса автомобиля
гационную систему и встроенный телефон автомобиля, повышают и автоматически уведомляет, когда автомобиль нуждается в услугах.
безопасность и мобильность и также являются элементами BMW Можно также затребовать услугу посредством выбора опции меню
ConnectedDrive. Service Request — на дисплее радио или iDrive (интеллектуальная си-
BMW Assist — пакет телематических услуг, использующий тех- стема BMW с функциями навигации, коммуникации и развлечений).
нологию GPS-локации местоположения автомобиля. При нажатии Советник BMW позвонит для согласования времени обслуживания
кнопки или в экстренных случаях система обнаруживает местона- в сервисном центре, где будут готовы нужные запчасти.
хождение автомобиля и вводит водителя в вербальный контакт с со- В том случае, если необходимо определить кратчайший маршрут
ветником. При отсутствии ответа от водителя к месту аварии направ- от точки А к точке Б, можно нажать кнопку SOS или выбрать опцию
ляется спасательная служба. меню Concierge и прослушать полезные советы специалиста. На мо-
BMW предлагает план Assist Safety Plan как всеобъемлющую плат- делях 2007 года и более поздних адреса назначения и номера теле-
форму защиты, включающую чрезвычайные вызовы (SOS Emergency фонов могут быть переданы навигационной системе для получения
Request). руководства по маршруту или в Bluetooth телефон.
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012 www.kite.ru18 датчики
BMW Online осуществляет привязку к Интернету и позволяет
получать данные о погоде, новостях и информацию посредством Приглашение
Google, планировать маршрут, отправлять e-mail и т. п. к сотрудничеству
Стоит заметить, что BMW ConnectedDrive обновляется: добавля- Датчики магнитного поля —
ются новые функции и возможности, обеспечивающие всеобъемлю- перспективная сенсорная техно‑
щую поддержку водителя. логия так называемых датчиков
Этот пример показывает, что безопасность и комфорт могут быть движения — еще более обшир‑
обеспечены не только посредством датчиков и систем, размещенных ной группы устройств, которые
в пределах автомобиля. Очевидно, что интегрирование телематиче- представлены технологиями
ских услуг повышает безопасность, что эквивалентно подключению микросистем и МЭМС и востре‑
виртуальных ассистентов и интеллектуальных датчиков. Например, бованы сегодня во многих сег‑
ментах рынков автомобильной,
голосовая навигация позволяет предупреждать заранее о поворотах,
промышленной, потребительской
во время маневров руки остаются на рулевом колесе, а глаза не от-
и медицинской электроники.
влекаются на согласование маршрута с картой. Оптимизация марш- Возможное число конфигу‑
рута помогает водителям осуществлять навигацию, избегать про- раций и применений датчиков
бок, снижать время работы на холостом ходу, задержки, лучше кон- огромно, но для каждой задачи всегда может быть предложено оптималь‑
тролировать скоростной режим, сохранять топливо (порядка 5%). ное решение, точно соответствующее клиентским требованиям.
Беспроводная коммуникация, возможность вызовов без рук — все Для поиска или разработки такого решения автор предлагает исполь‑
это средства повышения безопасности и уровня интеллектуальности зовать его более чем 10‑летний опыт целенаправленной работы в данной
автомобиля, интегрированные в единую систему. Более того, техно- сфере, а также медиапакет из свыше 100 публикаций и патентов.
логия GPS позволяет и получать, и передавать любую актуальную Автор приглашает к сотрудничеству организации любого профиля и лю‑
сенсорную информацию. дей, заинтересованных в применении различных инновационных техноло‑
гий для разработки макро- и микросистем на их основе и/или проведении
Технологии Car2Car, V2X — соответствующих исследований — аналитических, численных, эксперимен‑
тальных, лабораторных — с той же конечной целью: получения практиче‑
новые сенсорные возможности автомобилей
ских результатов с последующим внедрением их в производство.
www.sysoeva.com
Существует возможность подключать сенсорную информацию
и от других транспортных средств, и от инфраструктуры. Компания
General Motors впервые продемонстрировала V2V — так сокращенно Ключевые применения технологии V2V:
обозначаются технологии коммуникаций автомобилей между со- • предупреждение о риске переднего столкновения;
бой — еще в 2005 году. Были реализованы возможности предупре- • предварительное обнаружение и смягчение аварии;
ждений водителей и автоматическое торможение. Интерфейс комму- • чрезвычайное торможение;
никации автомобиля с дорожной инфраструктурой получил назва- • предупреждения о смене полосы, об остановившемся впереди ав-
ние V2I (vehicle-to-infrastructure), а аббревиатураV2X GM объединяет томобиле и т. п.
компоненты V2V и V2I (рис. 16). Но V2V допускает массу расширений, и это одна из ключевых тех-
Коммуникация возможна посредством GPS и так называемой нологий будущего.
специальной короткодиапазонной беспроводной коммуникации
(Dedicated Short Range Communications, DSRC) на 5,9 ГГц. Заключение
“Here I am” — «Я здесь», — сообщает входящее в поток транспорт-
ное средство в качестве приветствия уже присутствующим, что экви- Согласно данным Ассоциации потребительской электроники (Con-
валентно подключению виртуального датчика (датчиков) к системам sumer Electronics Association), общие продажи автомобильных техноло-
безопасности других автомобилей на дороге. По данным NHTSA, гий достигнут $9,3 млрд в 2011 году, что на 12% выше, чем в 2009 году.
технология V2V может снизить аварийность на 70%, а V2I — на 15% Благодаря более широкому применению автомобильных техно-
для тяжелых грузовиков и на 26–27% для других автомобилей. логий «ассистентов», или систем помощи водителю, современные
Комбинированное использование V2V/V2I снижает аварийность бо- автомобили становятся все более интеллектуальными, безопасными
лее чем на 80%. и комфортными.
Более того, автомобили более не являются одним только средством
передвижения — они становятся расширением офиса и дома. Как
было показано в статье, это утверждение справедливо для всех сег-
ментов автомобилей и всех категорий людей на дорогах.
В 2011 года в штате Невада даже вышел закон об авторизации ав-
тономных автомобилей, появление которых на дорогах становится
легализованным с марта 2012 года. Интересно заметить, что как ав-
тономные закон определяет автомобили, оснащенные интеллекту-
альными системами, датчиками и GPS и способные перемещаться
без активного вмешательства оператора. Обзор, представленный
в статье, показывает, что современные автомобильные технологии
приближают новые автомобили к этому описанию.
Многие производители уже «научили» автомобили самостоятель-
но стартовать, определять положение относительно других автомо-
билей, парковаться (например, Volkswagen).
Ключ к повышению уровня автомобильной интеллектуаль-
ности лежит в повышении уровня интеллектуальности систем
и узлов, интеграции функций и технологий, оптимизации сенсор-
Рис. 16. V2V- и V2X-коммуникация GM ной архитектуры, над чем непрерывно работают производители
и автомобилей, и электроники. n
КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • № 1 '2012Вы также можете почитать
