Як в сучасному авто працюють датчики, радари, лідари та камери

Такі функції допомоги водієві, як адаптивний круїз-контроль, автоматичне екстрене гальмування, центрування смуги руху та моніторинг сліпих зон, які є складовими систем водіння без рук, вимагають, щоб автомобіль міг «бачити» оточення. Це штучне бачення досягається за допомогою різноманітних типів датчиків, реалізація яких різна в різних автовиробників.

Сьогодні ми за допомогою Car&Driver пояснюємо, як радари, камери та лідарні датчики за допомогою технологій чи магії поєднуються в системи безпеки та забезпечують повний огляд навколо автомобіля, як працює кожна категорія датчиків і для чого вона використовується.

До речі коли безпілотні авто з'являться в Україні

Радар

Датчик радіовиявлення та визначення дальності, більш відоме як радар, використовує електромагнітні хвилі для визначення місцеперебування об’єктів та їх швидкості. Радарний датчик є одночасно передавачем і приймачем. Час, який потрібен хвилі, щоб вдаритись в об’єкт і повернутися назад, визначає відстань між цими об’єктами. Тоді як зміна частоти хвилі під час її подорожі використовується для визначення швидкості об’єкта.

На відміну від ротаційних радіолокаційних передавачів/приймачів, які використовуються, наприклад, в управлінні повітряним рухом, автомобільні радари стаціонарні. Зазвичай вони знаходяться на передньому бампері автомобіля для адаптивних систем круїз-контролю або автоматичного екстреного гальмування, а також за задньою чвертю панелі – для моніторингу сліпих зон для виявлення інших транспортних засобів. Радар навіть можна налаштувати для виявлення на короткій або дальній відстані.

Еволюція автомобільних радарів з 1995 року. Фото Bosch

Ультразвуковий датчик

Технологія звукової навігації та визначення дальності, яка також називається ультразвуком або ультразвуковими датчиками, використовується в датчиках паркування протягом десятиліть. Датчики сонара з’являються на автомобілях у вигляді маленьких кіл у бамперах або крилах. Це інший пристрій-передавач/приймач; він випромінює звукові хвилі, які відскакують, коли вони вдаряються об щось, а час польоту хвиль дає змогу визначити відстань до об’єкта. Пасивний ехолот, системи, що пінгують у фільмах про підводні човни, просто слухають, тоді як автомобільні програми активно надсилають імпульси.

Сила сонара полягає у виявленні на короткій відстані. Сам по собі окремий датчик ехолота може лише сказати вам, чи є щось у його полі зору та наскільки далеко воно знаходиться; нічого не скаже про форму об’єкта чи його швидкість.

Ультразвукові датчики допомогають запаркуватись. Фото Mercedes-Benz

Розмістивши кілька з них уздовж передньої чи задньої частини транспортного засобу, ви зможете отримати більше деталей про те, у що машина в'їжджає. Бічні датчики можуть виявляти відкриті місця для автоматизованих систем паркування.

Також цікаво Bosch вивів на ринок ультразвукові датчики 6 покоління

Нещодавно ультразвукові датчики почали використовувати у салонах автомобілів. Системи керування жестами — дивні функції, які дозволяють регулювати гучність інформаційно-розважальної системи, наприклад, обертаючи пальцем у повітрі — використовують ультразвук для визначення введення. Однак ми б не класифікували це як функцію допомоги водієві.

Камери

Відеоканали використовуються для всіх типів функцій допомоги водієві, включаючи автоматичне екстрене гальмування, допомогу в утриманні смуги руху та адаптивний круїз-контроль. Одна камера забезпечує двовимірне зображення, яке комп’ютер може використовувати для виявлення смуг руху та дорожніх знаків, а також пішоходів і велосипедистів. Камери можна налаштувати, щоб бачити поблизу або далеко.

Система камер TrailWatch від Honda Passport TrailSport 2026 року. Фото Honda

Розташування кількох камер забезпечує сприйняття глибини, як це робить пара людських очей. Система Subaru під влучною назвою EyeSight використовує пару камер у такому розташуванні як недорогу альтернативу радару.

Камера EyeSight в Subaru. Фото Subaru

Камери також використовуються всередині автомобіля для спостереження за водієм. Ці системи зазвичай працюють у парі з інфрачервоними випромінювачами, тому камери можуть «бачити» вночі, щоб визначити, чи звертає водій увагу на дорогу. Подібна установка з інфрачервоною камерою, спрямованою назовні, також може забезпечити нічне бачення ззовні автомобіля, щоб допомогти бачити людей і тварин у темряві. Тим часом пряме сонячне світло може спричинити проблеми з датчиками зору.

Про камери слід пам’ятати одну річ: вони часто розміщуються за лобовим або заднім склом транспортного засобу, тому будь-яка заміна цього скла може стати проблемою. Будьте впевнені, що той, хто замінює скло, також може виконати необхідне калібрування.

Також цікаво як працюють бортові камери Формули 1

Лідар

Двоюрідний брат радара та сонара, що випромінює світло, є одним із нових доповнень до арсеналу автомобільних датчиків. Лідар посилає імпульси світла, часто використовуючи світлобезпечний лазер, який відображає оточення у формі хмари точок. Час, необхідний для повернення імпульсу, разом зі швидкістю світла забезпечує нам показник відстані. Тоді як зміна відстані від одного сканування до наступного може використовуватися для визначення швидкості об’єкта. Результатом є свого роду топографічна карта того, що знаходиться навколо автомобіля.

Лідар Waymo на Jaguar I-Pace. Фото Waymo

Дорогі обертові лідари можна знайти вгорі та навколо автономних транспортних засобів рівня 4, таких як Cruise і Waymo. Більш доступні статичні датчики, які мають менший кут огляду, почали з’являтися на деяких серійних автомобілях, включаючи Audi, Zeekr, Lexus і Mercedes.

Крім того, що лідарні датчики використовуються на транспортному засобі, вони допомагають створювати HD-карти, які використовуються автоматизованими системами рівня 2 і 3, щоб точніше визначати місцезнаходження відносно фіксованих орієнтирів. Такі карти повідомляють їм, де знаходяться смуги руху та інші атрибути. Покладаючись на ці картографовані дані, ви заощаджуєте високу вартість вбудованого датчика лідар в автомобіль.

Поєднання датчиків

У кожного з описаних датчиків є свої сильні та слабкі сторони. Тому концепція поєднання датчиків полягає в тому, що кілька їх типів працюють разом, щоб подолати свої окремі недоліки. Об’єднання датчиків також забезпечує певну надлишковість — якщо один датчик чогось не бачить або не працює, це зробить інший.

Оскільки автовиробники продовжують розробляти складні автоматизовані системи з більшою функціональністю, об’єднання датчиків стає все більш поширеним. Помітним винятком є ​​Tesla, яка перейшла на рішення лише з камерами для своїх функцій автопілота та повного автономного керування. Натомість інші автовиробники продовжуватимуть додавати нові та різні типи датчиків у міру прогресу.