Как в современном автомобиле работают датчики, радары, лидары и камеры

12:22, 3 ноября, воскресенье

Различные датчики, которые "видят" вокруг автомобиля, объединяются в одну систему безопасности. Как они работают и как "видят", что происходит вокруг них?

Такие функции помощи водителю, как адаптивный круиз-контроль, автоматическое экстренное торможение, центрирование полосы движения и мониторинг слепых зон, которые являются составляющими систем вождения без рук, требуют, чтобы автомобиль мог "видеть" окружение. Это искусственное видение достигается с помощью различных типов датчиков, реализация которых разная у разных автопроизводителей.

Сегодня мы с помощью Car&Driver объясняем, как радары, камеры и лидарные датчики с помощью технологий или магии объединяются в системы безопасности и обеспечивают полный обзор вокруг автомобиля, как работает каждая категория датчиков и для чего она используется.

Кстати когда беспилотные авто появятся в Украине

Радар

Датчик радиообнаружения и определения дальности, более известное как радар, использует электромагнитные волны для определения местонахождения объектов и их скорости. Радарный датчик является одновременно передатчиком и приемником. Время, которое требуется волне, чтобы удариться в объект и вернуться, определяет расстояние между этими объектами. Тогда как изменение частоты волны во время ее путешествия используется для определения скорости объекта.

В отличие от ротационных радиолокационных передатчиков/приемников, которые используются, например, в управлении воздушным движением, автомобильные радары стационарные. Обычно они находятся на переднем бампере автомобиля для адаптивных систем круиз-контроля или автоматического экстренного торможения, а также за задней четвертью панели – для мониторинга слепых зон для обнаружения других транспортных средств. Радар даже можно настроить для обнаружения на коротком или дальнем расстоянии.

Эволюция автомобильных радаров с 1995 года. Фото Bosch

Ультразвуковой датчик

Технология звуковой навигации и определения дальности, которая также называется ультразвуком или ультразвуковыми датчиками, используется в датчиках парковки на протяжении десятилетий. Датчики сонара появляются на автомобилях в виде маленьких кругов в бамперах или крыльях. Это другое устройство-передатчик/приемник; он излучает звуковые волны, которые отскакивают, когда они ударяются о что-то, а время полета волн позволяет определить расстояние до объекта. Пассивный эхолот, системы, пингующие в фильмах о подводных лодках, просто слушают, тогда как автомобильные программы активно посылают импульсы.

Сила сонара заключается в обнаружении на коротком расстоянии. Сам по себе отдельный датчик эхолота может только сказать вам, есть ли что-то в его поле зрения и насколько далеко оно находится; ничего не скажет о форме объекта или его скорости.

Ультразвуковые датчики помогают запарковаться. Фото Mercedes-Benz

Разместив несколько из них вдоль передней или задней части транспортного средства, вы сможете получить больше деталей о том, во что машина въезжает. Боковые датчики могут выявлять открытые места для автоматизированных систем парковки.

Также интересно Bosch вывел на рынок ультразвуковые датчики 6 поколения

Недавно ультразвуковые датчики начали использовать в салонах автомобилей. Системы управления жестами - странные функции, которые позволяют регулировать громкость информационно-развлекательной системы, например, вращая пальцем в воздухе - используют ультразвук для определения ввода. Однако мы бы не классифицировали это как функцию помощи водителю.

Камеры

Видеоканалы используются для всех типов функций помощи водителю, включая автоматическое экстренное торможение, помощь в удержании полосы движения и адаптивный круиз-контроль. Одна камера обеспечивает двумерное изображение, которое компьютер может использовать для обнаружения полос движения и дорожных знаков, а также пешеходов и велосипедистов. Камеры можно настроить, чтобы видеть вблизи или вдали.

Система камер TrailWatch от Honda Passport TrailSport 2026 года. Фото Honda

Расположение нескольких камер обеспечивает восприятие глубины, как это делает пара человеческих глаз. Система Subaru под метким названием EyeSight использует пару камер в таком расположении как недорогую альтернативу радару.


Камера EyeSight в Subaru. Фото Subaru

Камеры также используются внутри автомобиля для наблюдения за водителем. Эти системы обычно работают в паре с инфракрасными излучателями, поэтому камеры могут "видеть" ночью, чтобы определить, обращает ли водитель внимание на дорогу. Подобная установка с инфракрасной камерой, направленной наружу, также может обеспечить ночное видение снаружи автомобиля, чтобы помочь видеть людей и животных в темноте. Между тем прямой солнечный свет может вызвать проблемы с датчиками зрения.

О камерах следует помнить одну вещь: они часто размещаются за лобовым или задним стеклом транспортного средства, поэтому любая замена этого стекла может стать проблемой. Будьте уверены, что тот, кто заменяет стекло, также может выполнить необходимую калибровку.

Также интересно как работают бортовые камеры Формулы 1

Лидар

Двоюродный брат радара и сонара, излучающий свет, является одним из новых дополнений к арсеналу автомобильных датчиков. Лидар посылает импульсы света, часто используя светобезопасный лазер, который отображает окружение в форме облака точек. Время, необходимое для возврата импульса, вместе со скоростью света обеспечивает нам показатель расстояния. Тогда как изменение расстояния от одного сканирования до следующего может использоваться для определения скорости объекта. Результатом является своего рода топографическая карта того, что находится вокруг автомобиля.


Лидар Waymo на Jaguar I-Pace. Фото Waymo

Дорогие вращающиеся лидары можно найти вверху и вокруг автономных транспортных средств уровня 4, таких как Cruise и Waymo. Более доступные статические датчики, которые имеют меньший угол обзора, начали появляться на некоторых серийных автомобилях, включая Audi, Zeekr, Lexus и Mercedes.

Кроме того, что лидарные датчики используются на транспортном средстве, они помогают создавать HD-карты, которые используются автоматизированными системами уровня 2 и 3, чтобы точнее определять местонахождение относительно фиксированных ориентиров. Такие карты сообщают им, где находятся полосы движения и другие атрибуты. Полагаясь на эти картографированные данные, вы экономите высокую стоимость встроенного датчика лидар в автомобиль.

Сочетание датчиков

У каждого из описанных датчиков есть свои сильные и слабые стороны. Поэтому концепция сочетания датчиков заключается в том, что несколько их типов работают вместе, чтобы преодолеть свои отдельные недостатки. Объединение датчиков также обеспечивает определенную избыточность - если один датчик чего-то не видит или не работает, это сделает другой.

Поскольку автопроизводители продолжают разрабатывать сложные автоматизированные системы с большей функциональностью, объединение датчиков становится все более распространенным. Заметным исключением является Tesla, которая перешла на решение только с камерами для своих функций автопилота и полного автономного управления. Зато другие автопроизводители будут продолжать добавлять новые и различные типы датчиков по мере прогресса.