IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Вступление

Со времён изобретения первого автомобиля, его функциональное использование сильно изменилось, как и требования предъявляемые к нему. Появились вспомогательные системы автомобиля, которые позволяют водителю выполнять часть действий в автоматическом режиме без его участия, электронные программы стабилизации или, как ее обычно называют, система стабилизации движения (ESP) срабатывает в опасных ситуациях, когда возможна или уже произошла потеря управляемости автомобилем, системы активной и пассивную безопасность транспортных средств.

Путем притормаживания отдельных колес система стабилизирует движение. Она вступает в работу, когда, например, из-за большой скорости при прохождении правого поворота передние колеса сносит с заданной траектории в направлении действия сил инерции, т.е. по радиусу большему, чем радиус поворота. ESP в этом случае притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу поворота, придавая автомобилю большую поворачиваемость и направляя его в поворот. Одновременно с притормаживанием колес ESP снижает обороты двигателя. Если при прохождении поворота происходит занос задней части автомобиля, ESP активизирует тормоз левого переднего колеса, идущего по наружному радиусу поворота. Таким образом, появляется момент противовращения, исключающий боковой занос. Когда скользят все четыре колеса, ESP самостоятельно решает, тормозные механизмы каких колес должны вступить в работу. Время реакции ESP – 20 миллисекунд. Работает система на любых скоростях и в любых режимах движения.

1.Система автоматической парковки

(другое наименование - интеллектуальная системапомощи при парковке, обиходное название – парковочный автопилот) относится к активным парковочным системам, т.к. обеспечивает парковку автомобиля в автоматическом или автоматизированном (автоматически выполняются отдельные функции) режиме.

Эволюция парковочных систем: от парктроников до систем автоматической парковки.

Процесс парковки и маневрирования в ограниченном пространстве сложен и для новичка, и для опытного водителя. Основная проблема паркования — невозможность с водительского места увидеть крайние точки автомобиля, и оценить, насколько далеко находятся препятствия. Наиболее остро эта проблема встала лет двадцать назад, когда машин становилось все больше, а мест для парковки — все меньше.

Первое практическое решение проблемы было представлено в 1995 году — тогда компания Mercedes-Benz представила систему под названием Parktronic. Это была система из нескольких ультразвуковых датчиков и индикатора – бипера. Работала такая система крайне просто: датчики измеряли расстояние до препятствий, а бипер изменением частоты звукового сигнала предупреждал, когда следует остановиться.

Данная система показала себя с самой лучшей стороны, хотя ей недоставало хорошей и удобной сигнализации о приближении к препятствию. Поэтому совсем скоро появились парктроники с визуальной светодиодной индикацией. Сначала эта индикация состояла из трех светодиодов, цвет которых говорил о примерном расстоянии до препятствия: зеленый — можно двигаться, желтый или оранжевый — опасность близко, красный — нужно остановиться.

Как показала практика, парктроники с ультразвуковыми датчиками и визуальной индикацией просты, удобны и надежны, поэтому и сегодня они имеют самое широкое применение. Хотя за последние годы они были усовершенствованны, стали более чувствительными и удобными. Что касается индикации, то и она стала более информативной — даже в простых парктрониках индикаторы показывают расстояние до препятствий справа и слева от автомобиля, во многих парктрониках на дисплее отображается все, что происходит по периметру автомобиля, и т.д.

Однако парктроник даже с самой совершенной индикацией не всегда способен полностью заменить глаза водителя. Например, при парковке грузовика, автобуса или крупногабаритного автомобиля просто необходимо видеть, что происходит сзади, поэтому в таких случаях парковка и маневрирование часто происходит с помощью ассистента.

Решение этой проблемы также было предложено в 1990-х годах, им стал парктроник с камерой заднего вида. Попытки создать подобную систему предлагались очень давно (с 1950-х годов), однако только недавно технологии позволили создать малогабаритную камеру, легкий монитор и электронику, которая без проблем поместилась бы в легковом автомобиле. Интересно, что первые парктроники с камерой заднего вида начали применяться именно на грузовиках и автобусах, и лишь с началом нового тысячелетия они плавно перекочевали на легковые автомобили.

Первые парктроники этого типа оснащались одной камерой, расположенной в задней части автомобиля — такие системы очень популярны и сейчас, так как они просты, надежны и дают достаточно информации водителю. В 2000 году появилась система с выдвижной поворотной камерой, которая позволяла осматривать пространство вокруг автомобиля. А с 2007 года выпускаются системы кругового обзора (первая была создана компанией Nissan), в которых используется 4 широкоугольных камеры, охватывающие все пространство по периметру машины.

Но все это — пассивные системы парковки, они лишь помогают видеть и «чувствовать» пространство вокруг, но самую сложную работу — маневрирование — они оставляют водителю. Сейчас эта проблема решается системами автоматической парковки, которые всю работу — от поиска свободного пространства (Рис.1), до постановки и выезда машины с парковочного места — выполняет без помощи водителя.

Рис.1 Поиск места парковки

Первые системы автоматической парковки были созданы в середине 2000-х годов сразу несколькими автомобильными компаниями, и с тех пор они стремительно развиваются, становятся все более интеллектуальными. Если первые системы могли лишь въехать в достаточно просторный карман, то сегодня они могут припарковать машину практически в любом месте, независимо от того, как стоят другие автомобили.

На сегодняшний день системы автоматической парковки еще не получили того распространения, что имеют обычные парктроники, хотя причина понятна — такого рода системы довольно дорогие, поэтому в качестве опций или штатных систем входят только в автомобили ценовой категории выше средней.

Использование подобной опции актуально и для опытных, и для начинающих водителей – никому не хочется повредить кузов автомобиля, как своего, так и чужого.

Системой автоматической парковки сегодня оснащаются многие известные марки авто. Широко распространено и второе наименование опции – парковочный пилот (парк-пилот).

Система предназначена для обеспечения безопасности парковки в автоматическом либо автоматизированном режимах работы.

Парковка в автоматическом режиме происходит посредством регулировок угла поворота руля и скорости движения машины.

В автоматизированном режиме работы при активации парк-пилота действовать будут лишь отдельные его функции.

Большинство известных производителей автомобилей сегодня устанавливают на образцы своей продукции оригинальные парктроники. Наиболее популярны системы, обеспечивающие безопасность при параллельной парковке. Чуть реже встречаются помощники для перпендикулярных маневров автомобиля.

Включение системы осуществляется принудительно при необходимости осуществить парковку. Для этого на панели приборов (рулевом колесе) имеется специальный выключатель.

Конструкция системы автоматической парковки включает ультразвуковые датчики, выключатель, электронный блок управления, а также исполнительные устройства систем автомобиля.

Электронные помощники, созданные для облегчения жизни автолюбителя, все множатся и множатся и в количественном, и в качественном отношении. Электроника при массовом производстве – вещь недорогая, поэтому автомобиль все больше и больше обрастает подобными системами. В бюджетных версиях они призваны несколько нивелировать посредственную управляемость вследствие дешевизны общей конструкции, в дорогих машинах их предназначение – помочь справиться водителю с возможностями, которые дарит прогрессивное устройство шасси и избыточно мощный двигатель. Самая совершенная система на сегодняшний день это, безусловно, ESP – Еlektronischen Stabilities Program. Именно так, по-немецки, поскольку впервые данное устройство было разработано фирмой Bosch. В принципе, суть не меняется, и это уже хорошо. Хотя, надо заметить, не всегда подобные системы работают без нареканий, особенно у молодых автопроизводителей. Поэтому цель моей работы сводится к тому, чтобы разобраться, что же такое ESP и как она помогает или мешает водителю в аварийных ситуациях.

Согласно статистике, порядка 80–85% всех дорожно-транспортных происшествий приходятся на долю автомобилей. Именно поэтому автопроизводители, при разработке конструкции авто, уделяют максимум внимания его безопасности – ведь от безопасности отдельно взятого автомобиля напрямую зависит и общая безопасность движения на дорогах. Необходимо предусматривать весь спектр потенциально опасных ситуаций, в которые теоретически может попасть автомобиль, а зависят они от множества различных факторов.

Различают активную и пассивную безопасность транспортных средств

Современные системы безопасности предусматривают как активную, так и пассивную безопасность автомобиля и включают в себя целый ряд устройств: подушки безопасности автомобиля, антиблокировочную систему колес (АБС), противобуксовочные и противозаносные системы и многие другие средства. Надежность конструкции автомобиля поможет водителю не попасть в беду и обезопасить свою жизнь и жизнь пассажиров в непростых условиях современных дорог.

1. Устройство системы автоматической парковки:

В своей структуре каждый парк-пилот имеет ультразвуковые датчики, выключатели, модуль электронного управления, прибор оптической индикации.

Что касается элементов ультразвукового слежения, то они здесь применяются аналогичного исполнения с теми, что задействованы в парктрониках. Всего их 12 штук, устанавливаются они по следующей схеме: 4 датчика впереди корпуса, 4 сзади и по два размещаются на бока кузова.

Включается парковочная система водителем непосредственно перед выполнением маневра. Активируется она нажатием либо выключателя на панели управления, либо кнопки, размещенной на руле.

Следующий компонент системы – блок управления, он принимает сигналы от ультразвуковых датчиков и с учетом полученных сведений дает команды на исполнительные модули других вспомогательных систем машины. Среди таковых: трансмиссия (автоматического исполнения), система курсовой устойчивости, электроусилитель рулевого управления, система управления мотором.

Все сведения, необходимые водителю в моменты маневрирования, отображаются в режиме реального времени на мониторе.

1. Принцип работы, передача данных, обработка сигналов.

Когда модуль системы помощи при парковке активирует систему, чтобы указать, что система работает, светодиод выключателя включается и исходит одиночный звуковой сигнал от передних и задних динамиков. Модуль системы помощи при парковке обрабатывает сигналы, полученные от датчиков, чтобы определить, имеется ли какой-либо предмет в пределах радиуса действия датчиков. В комбинированном режиме датчики выдают серию ультразвуковых импульсов и после этого переходят в режим приема отраженного от препятствия звука в пределах радиуса действия. Принятые отраженные сигналы усиливаются и в самом датчике преобразуются из аналоговой формы в цифровую. Цифровой сигнал проходит к модулю системы помощи при парковке и сравнивается с запрограммированными данными, находящимися в EEPROM модуля. Модуль управления получает эти данные от датчика по линии передачи сигнала и вычисляет расстояние до препятствия по промежутку времени между облучением препятствия и приемом отраженного сигнала. Продолжительность импульса определяется модулем, который с помощью датчика контролирует частоту выходного импульса.

В режиме приемника датчик принимает импульсы, излучаемые соседними датчиками. Модуль управления использует эту информацию для точного определения положения и расстояния до препятствия. Если никакие препятствия не обнаружены, дополнительные сигналы предупреждения отсутствуют. Если обнаружено препятствие, из соответствующих передних или задних динамиков исходят повторные звуковые сигналы. Интервал подачи сигналов уменьшается по мере уменьшения расстояния между препятствием и автомобилем. На расстоянии приблизительно 250 мм звуковой сигнал становится непрерывным.

Если после первичного обнаружения препятствия расстояние между ним и автомобилем не уменьшается, характер звучания предупреждающего сигнала остается неизменным, если препятствие обнаружено центральным датчиком, или сигнал прекращает звучание через 3 секунды, если препятствие обнаруживается угловым датчиком. Звуковые сигналы прекращаются, если автомобиль выводится из положения передачи заднего хода. Модуль продолжает контролировать расстояние и возобновляет подачу предупреждающих сигналов, если обнаруживается уменьшение расстояния. Работа системы отменяется, когда нажимается выключатель системы помощи при парковке нажат или выключается зажигание. Работа системы также отменяется, если автомобиль перемещается больше чем на 50 м или скорость движения автомобиля вперед превышает 30 км/ч. Система может обнаружить подсоединение прицепа к автомобилю с помощью сообщения по среднескоростной шине CAN от модуля прицепа. Когда модуль системы помощи при парковке обнаруживает подсоединение прицепа к автомобилю, задние датчики отключаются, чтобы предотвратить постоянную выдачу предупреждений вследствие близости прицепа. Модуль системы помощи при парковке также содержит программное обеспечение, которое компенсирует влияние мороза, обледенения или дождя на датчики. Компенсация обледенения происходит, если значение наружной температуры, полученное в сообщении по среднескоростной шине CAN от щитка приборов, меньше 6°C

Рис. 2 Блоки управления и компоненты

Примечание: А – постоянное проводное соединение; N – Среднескоростная шина CAN; P – Оптоволоконная шина MOST

1 – Аккумулятор; 2 – Электрораспределительная коробка; 3 – Вспомогательная электрораспределительная коробка; 4 – Центральная электрораспределительная коробка (CJB) ; 5 – Модуль управления коробкой передач (TCM) ; 6 – Модуль антиблокировочной системы (ABS); 7 – Модуль прицепа; 8 – Интегрированный модуль управления (ICM) ; 9 – Усилитель мощности; 10 – Передние динамики аудиосистемы; 11 – Задние динамики аудиосистемы; 12 – Задний датчик системы помощи при парковке; 13 – Модуль системы помощи при парковке; 14 – Выключатель системы помощи при парковке; 15 – Передний датчик системы помощи при парковке.

1. Парковка транспортного средства:

Парковка может осуществляться двумя способами – непосредственно водителем с помощью предлагаемых системой инструкций или автоматически без участия водителя-

бортовой компьютер при помощи пилота посылает команды нескольким системам, которые, совместно взаимодействуя, и поставят машину на стоянку. Для этого в конструкции имеется электромотор, подключенный к опции электрического усилителя рулевого управления. Кроме него в автоматическом режиме парковки участвуют: насос обратной подачи и клапаны тормозных механизмов системы, отвечающей за нормальную курсовую устойчивость; электродвигатель дроссельной заслонки системы управления силовым агрегатом машины и электромагнитные клапаны автоматической трансмиссии.

При желании водитель может отключить опцию автоматической парковки и выполнить все маневры самостоятельно. Кроме того, в современных авто система может работать и без присутствия водителя в кабине, запуск ее в таком случае осуществляется посредством нажатия кнопки, расположенной на брелоке, либо непосредственно на ключе.

Визуальные и тестовые инструкции водителю выводятся на информационный дисплей. Они касаются рекомендаций по повороту рулевого колеса на определенный угол и направлению движения. Такой способ автоматизированной парковки используется в системе Advanced Park Assist.

Автоматическая парковка производится путем упорядоченного воздействия на исполнительные механизмы систем автомобиля:

• электродвигатель электрического усилителя рулевого управления;

• насос обратной подачи и клапаны тормозных механизмов системы курсовой устойчивости;

• электродвигатель дроссельной заслонки системы управления двигателем;

• электромагнитные клапаны автоматической коробки передач.

С целью безопасности движения работу системы всегда можно перевести из автоматического режима в ручной режим. В последних конструкциях системы автоматическая парковка может производиться при нахождении водителя как в автомобиле, так и за его пределами – с ключа.

Рис. 3 Парковка транспортного средства

1. Поиск подходящего места на парковке.

Производится с помощью ультразвуковых датчиков (Рис. 5). Например, в конструкции системы Park Assist для этой цели предусмотрено четыре боковых ультразвуковых датчика - по два с каждой стороны автомобиля. При движении автомобиля вдоль ряда припаркованных машин с определенной скоростью (до 40 км/ч при параллельной парковке и до 20 км/ч при поперечной парковке) датчики фиксируют расстояние между ними, а в системе Park Assist Vision – и их положение относительно транспортного средства (параллельно или перпендикулярно).

Рис. 4 Поиск подходящего места парковки

Сигналы датчиков обрабатываются электронным блоком управления. Если расстояние для парковки достаточное, система подает сигнал водителю - выводит на информационный дисплей автомобиля соответствующую информацию. В системе Park Assist за достаточное для парковки расстояние принимается расстояние, превышающее длину автомобиля на 0,8 м, в системе Advanced Park Assist – на 1 м.

1. Конструкция.

Конструкция системы автоматической парковки (Рис. 2) включает ультразвуковые датчики, выключатель, электронный блок управления, а также исполнительные устройства систем автомобиля.

Рис. 5 Конструкция системы автоматической парковки

1 – Модуль системы помощи при парковке; 2 – Передний и задний динамик; 3 – Передний датчик системы помощи при парковке; 4 - Выключатель системы помощи при парковке; 5 – Интегрированный модуль управления (ICM); 6 – Усилитель мощности; 7 – Задний датчик системы помощи при парковке.

В интеллектуальной системе помощи при парковке используются ультразвуковые датчики, аналогичные пассивной парковочной системе (Рис. 3), но имеющие большую дальность действия (до 4,5 м). Количество датчиков в зависимости от разновидности системы различается. Например в системе Park Assist последнего поколения.

Включение системы осуществляется принудительно при необходимости осуществить парковку. Для этого на панели приборов (рулевом колесе) имеется специальный выключатель.

Электронный блок управления принимает сигналы от ультразвуковых датчиков и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства, в качестве которых выступают другие системы автомобиля: курсовой устойчивости, управления двигателем, электроусилитель рулевого управления, автоматическая коробка передач. Взаимодействие с указанными системами осуществляется через соответствующие электронные блоки управления.

Необходимая для автоматической парковки информация выводится на информационный дисплей и используется водителем в процессе парковки.

1. Разновидности систем автоматической парковки:

Park Assist – полуавтоматическая система автоматической парковки для автомобилей марки Volkswagen, устанавливается на Golf, Tiguan, Touran и Passat. Парковка осуществляется только параллельно дороге.

Park Assist Vision – автоматическая система парковки, является усовершенствованной версией Park Assist. Отличается тем, что имеет полностью автоматический паркинг и парковка может осуществляться под углом к улице.

Remote Park Assist System – аналог других систем автоматической парковки, ставится на автомобили марки BMW.

8. Особенности и недостатки системы:

- Низкая скорость выполнения маневров. Система выполняет все действия и маневры медленно, на минимальной скорости, поэтому автоматическая парковка может занять больше времени, чем ручная;- Ошибки системы при определении препятствий. Довольно часто автоматика не распознает бордюры, сугробы, столбики и другие препятствия, что приводит к неприятным последствиям;- Некорректная работа системы из-за погодных условий и факторов окружающей среды. Причиной ошибок могут служить загрязненные датчики, сильный снегопад или дождь, о чем всегда нужно помнить.

Источники:

1. http://systemsauto.ru/active/active_park.html

2. http://vkjournal.ru/doc/104687

3. http://www.autoopt.ru/articles/products/4528605/

4. http://auto.mail.ru/article/26175-novye_mercedes_a_v_i_s/

5. http://www.lrman.ru/freelander/2/electrics/parking/principles_of_parking_assistant

Код для цитирования: Скопировать