CC BY
17Мультисенсорные узлы и сети —
в основе следующего поколения интеллектуальных транспортных средств и систем
Светлана СыСОЕВА
Dr._Gold@sysoeva.com
Новые автомобили становятся все более интеллектуальными, а значит — более безопасными, эффективными, экологичными, комфортными, а с недавнего времени — еще и более автономными.
Автомобильные датчики, число которых в типичном новом автомобиле измеряется десятками единиц, являются синонимом автомобильной интеллектуальности. Спектр актуальных технологических решений автомобильных датчиков непрерывно пополняется новыми продуктами и функциями. При этом новые датчики становятся не только все более «умными», точными и надежными, но и еще более «подключенными», что демонстрирует их объединение в мультисенсорные узлы и сети различного масштаба — на уровне одного автомобиля, нескольких транспортных средств (ТС) или интеллектуальных транспортных систем (ИТС).
Введение
Автомобильная промышленность по отношению к глобальному рынку сенсорных технологий долгое время была базовой и ведущей. Автомобильные электронные и электрические системы обеспечивают топливную эффективность, безопасность и комфорт. Ключевую роль в этом играют датчики, различные типы которых объединяют датчики давления, ускорения, магнитного поля, температуры, влажности, массового расхода, изображений и ряд других, в том числе и внешние (телематика). Классические примеры датчиков в автомобиле включают акселерометры подушек безопасности, датчики давления во впускном патрубке и давления шин (TPMS), датчики скорости автомобиля, положения дроссельной заслонки и многие другие, список которых непрерывно пополняется — ввиду рыночного спроса и во многом благодаря законодательным мерам. Например, законодательные требования в отношении ESC с 2006-2007 гг. повысили распространенность датчиков магнитного поля (угла рулевого колеса, датчиков скорости колес) и инерциальных МЭМС-кластеров в автомобильном сегменте рынка в Канаде, Евросоюзе, Австралии, Южной Корее и Японии. ESC и TPMS, а ранее системы боковых подушек безопасности усилили распространенность автомобильных МЭМС датчиков давления.
Автомобильный сенсорный рынок растет и количественно, и качественно [1]. Общий
автомобильный сенсорный рынок, как ожидает Markets and Markets, в 2022 году достигнет объема продаж в $33,59 млрд и 8930 млн единиц. В 2012 году объем этого рынка составил $15,94 млрд и 2965,37 млн единиц. В 2013 году рынок приблизился к $17,15 млрд и 3302,19 млн единиц.
Спрос на безопасные автомобили стимулирует автопроизводителей к дальнейшим сенсорным инновациям. Системы помощи водителю, гибридные и электрические автомобили создают еще одну большую рыночную нишу для автомобильных датчиков, число которых в типичном новом автомобиле 2013 года — свыше 30, а в некоторых моделях — более 100.
В современных автомобилях используются различные датчики для обеспечения критических данных, чтобы избежать аварий или улучшить защиту водителей, пассажиров и пешеходов. Традиционные датчики подушек безопасности теперь могут быть дополнены новыми устройствами, включая радары, камеры, датчики давления и угловой скорости. Требования для датчиков непрерывно повышаются, и многие проблемы все еще нуждаются в своем решении, а следовательно, необходимо разрабатывать датчики, системы, сети следующего поколения, которые могут снижать или исключать аварии в будущем.
Управление датчиками и развертывание сенсорных сетей в современных автомобилях осуществляется с использованием МК, в том числе интегрированных в сенсорные узлы, а также интегрирующими датчики
в системы и сети. Примеры системного и сетевого объединения автомобильных датчиков включают: интеллектуальные ВЧ TPMS, система динамической стабилизации ESC, сателлитные акселерометры и датчики давления, системы детектирования пассажиров, системы видеообнаружения, полный набор систем помощи водителю как добавленных функций на основе датчиков и ряд других. Объединение датчиков с МК в следующем поколении сенсорных сетей сопровождается функциональностью не только проводного, но и беспроводного подключения, поддерживается функциональностью слияния сенсорных данных, а теперь и алгоритмами контекстной осведомленности — и все это предназначено для обеспечения способности интеллектуальных автомобилей принимать решения динамично и эффективно.
Эти интеллектуальные датчики размещены в автомобиле и формируют распределенные сенсорные узлы, собирающие важную информацию (давление шин, скорость колес, местоположение и стабильность ТС) и выполняющие процессы использования и управления сенсорными данными. Цель управления верхнего уровня состоит в повышении безопасности, стабильности и контроля автомобиля, сейчас управляемого водителем, а в ближайшем будущем — полностью самоуправляемого.
В последнее время много усовершенствований было отмечено в области технологий систем помощи водителю, что соответствует повышению общего уровня автомобильной
интеллектуальности и является новым шагом к автономному вождению. Полностью интеллектуальное или автономное вождение, когда автомобиль принимает решения в части управления сам, — уже перспектива ближайшего будущего. Важнейшие игроки в этом сегменте — компании Mercedes и BMW — обозначают сроки выпуска первых автономных автомобилей как 2020 и 2025 год соответственно.
Стремясь опередить своего основного конкурента, компания Mersedes-Benz объявила о намерении начать выпуск автономных автомобилей уже в 2020 году. В 2013 году новый Mercedes S-класса (S500 Intelligent Drive), благодаря избыточному числу датчиков (рис. 1), смог проехать автономно свыше 100 км по дороге из Мангейма в Пфорцхайм в Германии. Это маршрут первого в истории автомобильного путешествия 1888 года Берты Бенц — жены Карла Бенца. Путь проходил через городские улицы и загородные трассы.
Автомобиль, оборудованный множеством камер радара, мог двигаться на скорости до 60 км/ч, объезжая препятствия и пешеходов. В частности, Mercedes S500 Intelligent Drive имеет стереокамеру, цветную камеру
для контроля светофоров и камеру расположения для сбора ориентиров и определения местоположения автомобиля, а также три радарные системы для дальнего и четыре — для ближнего диапазонов.
Дитер Зетче (Dieter Zetsche), CEO компании Daimler, заявил, что S-класс обозначил старт частично автономного вождения. Подобные достижения в разное время демонстрировали исследовательские автомобили других автопроизводителей (BMW, Audi) и Google. Все же в сложных ситуациях автомобилю S-класса (как и другим исследовательским автомобилям) совсем обойтись без водителя не удается, но ситуация меняется благодаря дальнейшим продвижениям в повышении автомобильной интеллектуальности и сенсорным технологиям.
Впрочем, частично автоматизированное управление и новые горизонты автономного управления — весьма существенные, но не единственные движущие силы на автомобильном рынке. Законодательные акты, например разработка стандартов безопасности, TPMS, ESC, принятие стандартов топливной эмиссии Euro 5 и Euro 6, влияют на дальнейшее повышение требований к автомобильным датчикам.
Ключевые инновационные технологии автомобильных датчиков, обеспечивающих интеллектуальное будущее ТС, включают:
• видеотехнологии;
• радары;
• МЭМС датчики движения и давления, комбидатчики и мультисенсорные узлы;
• датчики магнитного поля и тока;
• беспроводные сети и телематику. Ключевые автомобильные сенсорные технологии, на которых акцентировано внимание в этой статье, — это камеры, радары, МЭМС датчики инерции и давления, беспроводные датчики и интеллектуальные сенсорные сети.
Назовем ключевых игроков на рынке автомобильных сенсорных технологий. Это Allegro Microsystems, Analog Devices, Autoliv, Continental Ag, корпорации CTS, Delphi, DENSO, Keihin, Mitsubishi Electric, National Semiconductor, Omron, Takata и TRW Automotive Holdings, компании Elmos Semiconductor Ag, Freescale Semiconductor, Fujitsu, Hella Kgaa Hueck & Co., Honeywell International, Infineon Technologies Ag, Johnson Controls, Kistler Group, Magna International, Melexis Nv, Micron Technology, NGK Spark Plug Co.,
Novotechnik Messwertaufnehmer Ohg, NXP Semiconductors N. V., Robert Bosch GmbH, Royal Philips Electronics, Texas Instruments, Tomkins PLC, Te Connectivity и ряд других.
Рассмотрим несколько новых продуктов, которые появились у лидирующих разработчиков сенсорных технологий.
От монокамерных ADAS — к мультикамерным и мультисенсорным системам со слиянием данных радаров и камер. «Третий глаз» от Mobileye
Компании Mobileye принадлежит мировое лидерство в автомобильных технологиях безопасности/продвинутых систем помощи водителю (ADAS), основанных на исполь-
Рис. 2. Видеопроцессоры и обрабатывающие платформы Mobileye:
а) видеопроцессоры второго поколения Mobileye EyeQ2;
б) Mobileye SeeQ: конфигурация на основе одной платы, объединяющей камеру и видеопроцессор Mobileye EyeQ
зовании передовых технологий машинного зрения — обработки данных видеокамер посредством процессоров и специальных обрабатывающих платформ [2].
Mobileye разработала семейство кристаллов видеопроцессоров под общим названием Mobileye EyeQ для видеосистем, требующих интенсивных вычислений, и обрабатывающие платформы собственной разработки на основе данных видеопроцессоров под общим названием Mobileye SeeQ. Первое поколение Mobileye EyeQ как видеосистемы на кристалле (Vision-system-on-a-chip) было выбрано в свое время для различных OEM-платформ, а также нашло использование в потребительских продуктах Mobileye AWS.
На данный момент более актуальны видеопроцессоры уже второго поколения — Mobileye EyeQ2 (рис. 2а), которое появилось еще в III квартале 2007 года. Способности Mobileye EyeQ2 включают детектирование полосы, оценку дорожной геометрии, обнаружение автомобилей, интеллектуальный контроль фар, обнаружение дорожных знаков и пешеходов. Уникальные монокулярные видеоалгоритмы от Mobileye обеспечивают классификацию целей и измерение диапазона, относительной скорости, азимута, а также определение времени предполагаемого контакта.
Второе поколение Mobileye EyeQ2 мощнее первого в шесть раз и поддерживает все алгоритмы, видеовход от двух высокоразрешающих датчиков и видеовыход с графическим оверлеем. Серийно видеопроцессоры второго поколения выпускаются с 2010 года. Третье поколение Mobileye EyeQ3 еще более мощное — в шесть раз мощнее, чем Mobileye EyeQ2. Эти устройства будут поддерживать обработку параллельных входов от многих высокоразрешающих датчиков, что позволит конечному потребителю получить расширенный диапазон и улучшенные признаки.
К настоящему времени Mobileye разработала большое число актуальных монокамерных технологических решений на этой аппаратной основе, выполняющих соответствующие алгоритмы. В разработках последних лет технология машинного зрения от Mobileye все чаще объединяется с технологиями машинного «слуха» — радарами.
В настоящее время технология Mobileye интегрирована в автомобили Volvo, GM, BMW, Ford, Hyundai, Opel, Citroen, Mitsubishi, Renault Trucks и многие другие.
Так, в автомобилях Volvo технология Mobileye положена в основу следующих ADAS Volvo V40 (рис. 3): Lane Keeping Aid (помощь удержания на полосе), Road Sign Information (обнаружение дорожных знаков), Active High Beam (активный контроль дальнего света), Adaptive Cruise Control & Distance Alert (адаптивный круиз-контроль и предупреждение о дистанции), Pedestrian Detection (обнаружение пешеходов), Collision Warning and auto brake (предупреждение о столкновении и полное автоматическое тор-
Рис. 3. Применение технологии Mobileye для обработки данных видеокамер и радаров в автомобилях Volvo V40:
а) помощь в удержании на полосе;
б) обнаружение дорожных знаков;
в) мониторинг усталости водителя;
г) технология обнаружения пешеходов
и велосипедистов посредством одного и того же блока с функцией полного автоматического торможения
можение), Driver Alert Control (детектирование и предупреждение об усталости водителя).
В 2013 году на мотошоу в Женеве была презентована технология обнаружения посредством одного и того же блока для обнаружения пешеходов и велосипедистов с функцией полного автоматического торможения. Эта функция осуществляется с помощью радар-
Рис. 4. Системы ADAS Mobileye для послепродажного рынка — применения и продукты:
а) система Mobileye в работе;
б) дисплей Eye Watch: внешний вид и функции:
1 — индикатор предупреждения об уходе с полосы;
2 — пиктограмма пешехода при его обнаружении;
3 — визуальное предупреждение об автомобиле на шоссе в той же полосе при его обнаружении впереди камерой;
4 — индикатор измерения расстояния (в секундах до столкновения) до впереди идущего автомобиля на шоссе —
две цифры;
5 — индикация нулевой скорости: включается подчеркивание двух цифр;
6 — системное включение (индицируется точкой);
7 — включение/выключение звука (мерцающая зеленая точка);
8 — индикация низкой видимости (плохая погода, яркое солнечное освещение, грязь на ветровом стекле) —
посредством затемнения цифрового индикатора расстояния;
9 — индикация IHC (интеллектуального контроля фар);
в) ADAS, основанные на использовании смартфона, в работе;
г) системные компоненты серии 560: блок датчика изображения с компактной CMOS-камерой с высоким динамическим диапазоном и платой обработки изображений Mobileye SeeQ2 вместе с высококачественным аудиозуммером, дисплей Eye Watch и смартфон
ного блока, расположенного на решетке радиатора, и фронтальной камеры в районе зеркала заднего вида, объединенных посредством блока управления. Высокоразрешающая камера дает возможность обнаружения паттернов пешеходов и велосипедистов, а также определяет автомобили, двигающиеся в данном направлении. Радар сканирует область впереди автомобиля. Когда обнаруживается объект, камера подтверждает, что именно обнаружено: пешеход или автомобиль, и фиксирует «глаз» на объекте. Если ситуация становится критической, на ветровом стекле вначале генерируется визуальное предупреждение водителю — мерцание красным светом, а при необходимости выполняется полное автоматическое торможение.
Монокамерные системы от Mobileye доступны также для послепродажного рынка (aftermarket): имеются в виду продукты серий С2-270 и 5 (Mobileye 550 и 560), которые выпускаются с 2007 года в рамках собственной продуктовой линейки Advance Warning System (AWS). Системы помощи водителю от Mobileye работают с использованием следующей аппаратной основы.
Смарт-камера крепится на ветровом стекле или зеркале заднего вида, а круглый дисплей Eye Watch — в кабине. Он отображает в преобразованном виде информацию от камеры и уведомляет водителя о критических событиях в паре с зуммером (рис. 4а, б).
Основные компоненты систем Mobileye С2-270:
• блок датчика изображения с компактной CMOS-камерой с высоким динамическим диапазоном (High Dynamic Range CMOS, HDRC) и платой обработки изображений Mobileye SeeQ2;
• высококачественный аудиозуммер;
• дисплей Eye Watch.
Плата SeeQ2 основана на видеосистеме на кристалле (VSoC) Mobileye EyeQ2 второго поколения и включает:
• видеопроцессор Mobileye EyeQ2;
• HDR CMOS камеру (Aptina (Micron) MT9V024 HDR CMOS);
• флэш-память и SDRAM;
• дополнительные компоненты автономной видеосистемы: интерфейсы CAN и GPIO, защищенный источник питания и соединитель.
Размеры SeeQ2, как и SeeQ (рис. 2б), составляют 33x65 мм, что допускает интеграцию этих плат в основание зеркала заднего вида или корпус зеркала бокового вида.
Кроме того, Mobileye разработала первые в мире системы помощи водителю ADAS, основанные на использовании дисплея смартфона. ADAS серии 550 может использовать только смартфон (рис. 4в), а ADAS серии 560 позволяет дублировать важную информацию на экранах дисплеев Eye Watch и смартфона (рис. 4г).
Разработчики называют технологию от Mobileye «третьим глазом» водителя в ка-
Рис. 5. Первый электромобиль BMW i3 2013 года с электродвигателем, литий-ионной батареей и интегральной концепцией безопасности с использованием круиз-контроля на основе камер,
включая функции Stop & Go, Traffic Jam Assistant, Speed Limit Info и многие другие
бине, подразумевая под ним видеокамеру на ветровом стекле, но вместе с тем подчеркивая, что передовые технологии обработки видеоданных от Mobileye обеспечивают не просто сенсорные, а фактически мистические способности автомобиля.
В настоящее время специалисты Mobileye разработали следующие технологии систем помощи водителю (ADAS) — все на основе фронтальной камеры и видеопроцессоров:
• Lane Detection (LDA) — обнаружение дорожной разметки: маркеров полос и края проезжей части, оценка положения автомобиля в пределах полосы. LDA — «хребет» для поддержки других монокамерных функций Mobileye, например обнаружения ТС (Vehicle Detection, VD).
• Lane Departure Warning (LDW) — предупреждение об уходе с полосы. Этот модуль использует информацию от модуля обнаружения полосы LDA, вычисляет время до пересечения разметки (Time to Lane Crossing, TLC) и предупреждает водителя в случае обнаружения ухода.
• Mobileye Lane Keeping and Support (LKaS) & Lane Guide (LG) — функции удержания на полосе дополняют систему рулевого управления и обеспечивают легкую тактильную обратную связь — крутящий момент как предупреждение водителю о ситуации. В LKAS система рулевого управления будет обеспечивать оверлей крутящего момента в случаях, когда хост-ТС приближается к маркеру полосы без активирования сигнала поворота, и направлять ТС на полосу. Это осуществляется вместе с вибропредупреждением. Гид полосы (Lane Guide) отличается тем, что позволяет настраивать систему для удержания ТС в центре полосы — вплоть до того, чтобы обеспечивать вождение в режиме hands free («свободные руки»). Но в полной мере эта функция будет осуществлена в будущих системах, а уровень реализации признака в современных системах еще не позволяет обойтись без контакта рук с рулевым колесом.
• Vehicle Detection (VD) — функция обнаружения ТС работает на основе монокамерных алгоритмов и позволяет обнаружить все моторизованные механические ТС — автомобили, мотоциклы, грузовики — в условиях дневного или ночного освещения. В сравнении с радарными аналогами система показала более высокую точность. VD является ядром для других функций — предупреждения
о переднем столкновении и смягчения неизбежной аварии (Forward Collision Warning & pre-crash mitigation), шоссейный мониторинг и предупреждения (Headway Monitoring & Warning), а с 2013 года — для адаптивного круиз-контроля (Adaptive Cruise Control, ACC) для автомобилей класса «люкс».
Первое поколение систем детектирования ТС VD от Mobileye находится в производстве. В 2010 году состоялся первый запуск систе-
мы на Volvo S60, с 2011 года интерес к системе проявили и другие автопроизводители. Второе поколение систем обнаружения ТС — VD2, работающих на базе процессора EyeQ2 (рис. 2а), повышает характеристики детектирования — как монокамерных систем, так и систем со слиянием данных радара и камеры для предупреждения и смягчения аварий посредством торможения. Будущее использование автомобильных высокоразрешающих датчиков (за пределами 1 Мпикселя) сможет позволить детектировать новые цели на расстоянии до 200 м. Это повысит функциональность камер, и систему VD2 можно будет использовать в АКК.
В 2012 году BMW и Mobileye выполнили апгрейд адаптивного круиз-контроля и функции предупреждения о столкновении и торможения (Collision warning and braking) BMW шестой серии, состоящий в замещении технологии радарного обнаружения слиянием данных видеокамеры и радара. С 2013 года компания BMW в инновационном автомобиле i3 использует АКК, основанный только на камерах (рис. 5).
Обнаружение дорожных знаков (Traffic Sign Recognition, TSR) — еще одна функция поддержки водителя, которую можно использовать для уведомления и предупреждения о том, какие ограничения действуют на конкретном участке дороги. Примеры включают ограничение скорости или запрещение обгона.
Система может помогать поддерживать скорость в обозначенных пределах, соблюдать другие дорожные инструкции или городские ограничения. Система обнаруживает и интерпретирует различные дорожные знаки — со стороны дороги и подвесные мигающие светодиодные знаки. Так как технология основана только на видеообнаружении, то знаки, закрытые другими автомобилями и деревьями, могут быть не обнаружены.
Функция Mobileye TSR доступна с 2008 года на автомобилях BMW седьмой серии как видеосистема и в составе системы спутниковой навигации со слиянием данных — вместе с Mobileye LDW и функцией интеллектуального контроля фар IHC. С 2007 года система была запущена на автомобилях различных производителей вместе с другими функциями от Mobileye — как система со слиянием данных видео и спутниковой навигации, а на основе одной только видеотехнологии — с 2011 года.
Mobileye продолжает продвигать монокамерное зрение для продвинутых систем помощи водителю (ADAS). Функция предупреждения о столкновении с пешеходом (Pedestrian Collision Warning, PCW) доступна с 2010 года в автомобилях Volvo S60 и V60, а также для постпродажного рынка. Используя свои наработки для PCW и VD (детектирования ТС), отдельных частей этих объектов, Mobileye распространяет их на общее детектирование любых объектов (General Object Detection).
Бинарная функция Mobileye IHC находится в производстве на BMW седьмой серии (где эта функция сокращенно именуется FLA) — вместе с LDW и TSR. Она также доступна с 2010 года для многих других автопроизводителей как часть пакета функций. Дальнейшие разработки IHC включают интеллектуальный плавный контроль переключения фар Gliding High beam Control (Intelligent Light Ranging или StFLA), с 2011 года доступный для многих автопроизводителей.
Вместе со многими автопроизводителями Mobileye разрабатывает функцию адаптивного формирования луча без ослепления (Non-Glaring High beam Control, NGHB), она уже применяется в автомобилях седьмой серии BMW и Volvo.
Mobileye c 2007 года осуществила слияние входов радара и камеры для обеспечения функции смягчения аварии (Collision Mitigation) посредством активации функции автоматического торможения — впервые в автомобилях Volvo. В системах FCW, разработанных Mobileye, слияние входов радара и камеры в системе позволяет дополнительно подготовить тормоза для экстренного торможения и выполнить маневр чрезвычайного торможения уже с натянутыми ремнями безопасности и подушками. Теперь Mobileye на основе своих предшествующих разработок также разрабатывает интеллектуальные функции помощи водителю для задних камер. С 2010 года на автомобилях Volvo S60 система Delphi слияния радара и камеры выполняет полное автоматическое торможение, а с 2011 года на автомобилях Volvo V70 S80, XC-60, XC-70 — с использованием процес-
Обзор «мертвых зон» коммерческих ТС
Камера бокового
Мультикамерный вход Окружающий Система
вид . автоматической
для раздельного / вида /
Рекордер аварий коммерческих ТС
Задняя камера с «продвинутыми» признаками
Задняя камера
й
= ; ЧС
Камера для обзора с заднего сиденья
(§) Текущие применения i® Следующее поколение
Адаптивный круиз-контроль
Предупреждение об уходе с полосы — ^ Городской тШ
круиз-контроль
Обнаружение дорожных / /
почное Контраль
видение ф£р
Усталый Система водитель классификации пассажиров
Помощник при смене полосы
Камеры для различных применений
® Текущие применения @ Следующее поколение
Рис. 6. CMOS-датчики изображения Aptina-Micгon и работа производителя в отношении перспектив их применения в автомобиле:
а) внешний вид автомобильных датчиков;
б) текущие и будущие применения камер для полного обзора окружения из интерьера;
в) текущие и будущие применения датчиков изображений для функций интерпретации сцен и добавленной функциональности АКК
сора EyeQ2. Компания Mobileye запустила в 2013 году продвинутую систему детектирования ТС на основе видеообнаружения с предварительной подготовкой тормозов и другие системы детектирования ТС и видео-ACC с автономным торможением.
Двигаясь вперед, Mobileye включила в дополнительные разработки слияния данных радара и камеры, в которых радар и камера используют один бокс на ветровом стекле вместо раздельных датчиков на ветровом стекле и радиаторе. В этой конфигурации процессор EyeQ будет контролировать радарные функции и алгоритмы детектирования камеры. Первый запуск системы с процессором EyeQ3 запланирован на 2015 год.
В США с 2014 года задние камеры (в основном NTSC-типов) начнут широко распространяться в связи с ожидаемыми федеральными законами. Добавляя интеллектуальность к таким камерам, Mobileye сможет уникально позиционировать выполнение разнообразия таких функций, как обнаружение пешеходов и других объектов. Это, в частности, направлено на снижение аварий с участием детей: ежегодно в США происходит до 6000 таких аварий.
Задняя камера может использоваться также, когда хост-автомобиль движется вперед, обнаруживая предстоящие задние (rear-end) столкновения, и, основываясь на вычислении времени до столкновения (Time To Collision, TTC), обеспечивать входную информацию для других систем безопасности — световое предупреждение об опасно-
сти сзади, подготовка тормозных систем, предварительное натяжение ремней безопасности или активация головных ограничителей.
Mobileye планирует в дальнейшем для этих применений использовать EyeQ3 как центральный процессор в мультикамерных системах, что означает, что функциональность задней камеры может быть просто добавлена к пакету признаков камеры ADAS, закрепленной на переднем ветровом стекле.
Перспективный рынок ADAS — это системы окружающего вида (Surround Vision) или вида сверху (Top View). Они обычно состоят из шести камер с широкой областью (углом) обзора (FoV), размещенных по периметру с каждой стороны автомобиля — по одной с каждой стороны, одна на радиаторе и одна сзади. Каждая цветная NTSC-камера имеет угол обзора порядка 180° с коррекцией искажений типа «рыбий глаз».
Типичный набор функций систем окружающего вида представляет собой помощь в низкоскоростном маневрировании. Центральный дисплей с полным обзором автомобиля также помогает водителю при парковочных маневрах.
Начиная с 2014 года для систем окружающего вида (Surround View) компания Mobileye также предлагает OEM-процессор EyeQ3.
Совершенствуя технологию процессоров обработки, Mobileye сохраняет неизменность в своих предпочтениях в отношении датчиков изображений Aptina. Камеры, которые используются для поддержки применений Mobileye, включают матрицы и модули CMOS-камер Aptina-Micron MT9V022/MT9V023 (рис. 6).
Автомобильные применения сенсорной технологии МЭМС
Автомобильный сектор включает свыше 26 общеизвестных и новых применений МЭМС-датчиков, включая датчики инерции, давления, расхода, ИК-датчики и другие, сосредоточенные в силовой, колесной и кузовной электронике. Классические примеры применения включают датчики развертывания подушек безопасности и датчик давления воздуха во впускном патрубке двигателя. Сравнительно новые примеры включают датчики давления шин в TPMS и сенсорные кластеры систем ESC [3-6].
На рост этого сегмента рынка значительно повлияло законодательное введение ESC и TPMS. По данным iSuppli, продажи МЭМС-датчиков давления для TPMS в период с 2006-го по 2012 год выросли более чем в четыре раза — с 43,1 млн в 2006 году до 179 млн единиц в 2012 году. Продажи МЭМС-датчиков инерции и движения ESC выросли за тот же период втрое — с 61,6 млн единиц в 2006 году до порядка 158 млн в 2012 году.
Специалисты iSuppli считают, что рынок автомобильных датчиков в минувшем, 2013 году и наступившем, 2014 году увеличится — и именно благодаря стремлению производителей к соответствию законодательным требованиям в отношении ESC и TPMS. Широкое распространение этих систем обеспечили законодательно принятые нормы по ESC в США, Европе, Австралии, Южной Корее и Японии, а по TPMS — в США, Европе, Южной Корее и Китае.
Ожидается, что 2014 год станет для автомобильных датчиков пиковым в плане объема их продаж. Помимо законодательных актов, другой ключевой фактор, обеспечивающий рост продаж датчиков, — это неуклонное снижение их цены, достигнутое в этой отрасли промышленности. Цены на датчики инерции систем ESC снижаются на 6,5% ежегодно, а на датчики TPMS — на 9%.
Фундаментальной задачей ESC является предотвращение заноса на поворотах посредством сравнения в системе на основе МК сигналов датчиков ESP о фактическом движении ТС (датчиков угловой скорости курса и бокового ускорения) с сигналом датчика рулевого управления, обеспечивающим информацию о курсе, который выбрал водитель (рис. 7). По этим сигналам ESC корректирует курс, прикладывая индивидуальное торможение к колесам, используя датчики частоты вращения колес АБС и датчики давления для контроля торможения.
Желаемый курс
с ESC без ESC
Рис. 7. 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
Рынок ESC формирует высокую потребность в МЭМС-датчиках инерции и давления, а также датчиках магнитного поля (датчики угла поворота рулевого колеса и частоты вращения колес). Развитие МЭМС-технологии и эффекта Холла позволяет обеспечить для новых автомобилей высоко-интегрированные и недорогие решения, допускающие их широкое использование.
Важнейшей особенностью ESC является тенденция к применению мультисенсор-ных или комбикорпусов МЭМС-датчиков инерции — акселерометров и гироскопов. Комбидатчики позволяют добиться значительного снижения цены, и это уже обеспечило в 2012 году доходность рыночного сегмента автомобильных датчиков инерции в объеме порядка 20% от глобальных объемов продаж автомобильных датчиков.
Bosch — поставщик МЭМС-датчиков для автомобильных систем № 1 в мире [5]. В июле 2013 года сообщалось о том, что эта компания продала уже около 3 млрд МЭМС-датчиков для автомобильных и потребительских систем.
Bosch выпускает компоненты датчиков барометрического давления (для систем управления бензиновых и дизельных двигателей), для защиты пассажиров (Peripheral Pressure Sensors в системах развертывания боковых подушек безопасности), прецизионного контроля трансмиссии — датчики гидравлического давления, low-g и high-g одно- и двух-осевые акселерометры с аналоговым и цифровым интерфейсом для детектирования аварийных ситуаций, low-g акселерометры для контроля активной подвески, двухосевые
акселерометры и датчики угловой скорости для детектирования крена и ESP, комбидат-чики для ESP.
Система ESP (electronic stability program) компании Bosch функционирует на основе микроконтроллера, который отслеживает
Рис. 8. Автомобильные МЭМС-датчики Bosch:
а) SMI650 — комбидатчик инерции для систем ESPi последнего поколения;
б) SMI130 — новый комбидатчик инерции с шестью степенями свободы
для навигационных и телематических систем
сигналы датчиков ESP о фактическом движении ТС и сравнивает их с сигналом датчика рулевого управления — 25 раз в секунду. Если эти данные различаются, ESP прикладывает торможение к колесам, так чтобы автомобиль следовал курсу с учетом фактических возможностей. С 1995 года Bosch выпускает ESP и датчики угловой скорости, которые объединяются для осуществления функциональности ESP в сенсорный кластер. Последнее поколение такой системы — ESP 9 — выполнено на основе высокоин-тегрированного трехосевого комбидатчика SMI650, объединяющего акселерометры (ay и az) и моноосевой датчик угловой скорости (Ox) (рис. 8а).
Суть инновационных решений Bosch состоит в использовании одного компонента для различных применений, включая надстройки над ESP.
Фундаментальной задачей ESP является предотвращение заноса. Впрочем, возможности ESP этим не ограничиваются. Поскольку ESP позволяет прикладывать торможение к колесам независимо от положения педали тормоза, с помощью ESP можно реализовать дополнительные функции.
Функция Hill Hold Control облегчает помощь при старте на возвышенности, прикладывая торможение еще в течение нескольких секунд после того, как водитель отпустил педаль тормоза. Функция адаптивного контроля нагрузки (Load Adaptive Control) идентифицирует изменение массы ТС и центра тяжести вдоль продольной оси и адаптирует вмешательство систем безопасности ABS, TCS и ESP, оптимизируя эффективность тор-
можения, сцепление и стабильность и снижая риск крена и износ тормозной системы.
Функция помощи при торможении (Hydraulic Brake Assist) определяет ситуации чрезвычайного торможения посредством мониторинга давления на педали торможения и градиента давления. Если водитель тормозит недостаточно, система усиливает воздействие и сокращает расстояние до остановки.
Функция смягчения крена (Roll Over Mitigation) выполняет непрерывный мониторинг с помощью датчиков ESP и осуществляет индивидуальное торможение колес.
TPMS также может быть надстройкой над ESP, так как известно, что при потере давления в шинах изменяется скорость вращения колеса. Системы косвенного мониторинга iTPMS (indirect TPMS) позволяют обходиться без датчиков давления в шинах.
Датчики ESP помогают выполнять контроль движения трейлеров (функция Trailer Sway Mitigation): к колесам ТС прикладывается индивидуальное торможение, чтобы снизить скорость. Это позволяет стабилизировать трейлер.
С помощью инновационных решений Bosch одни и те же датчики можно использовать для различных применений и функций. МЭМС-комбидатчики позволяют использовать фактически несколько датчиков одновременно, но в качестве одного компонента.
Придерживаясь этой тенденции, Bosch ввела еще один 6-осевой автомобильный комбидатчик (6DoF) SMI130 с тремя осями детектирования для акселерометров и гироскопов. Его назначение — локализация местоположения автомобиля при потере сигнала GPS для систем, не имеющих отношения к безопасности, включая навигационную систему и телематику (инерциальная навигация по данным скорости автомобиля и угловой скорости), и локализация подъема или спуска по данным датчика ускорения (идентификация правильного уровня).
Использование МЭМС-мультисенсорных компонентов в автомобиле поддерживается достижениями потребительской электроники в плане уровня интеграции, характеристик и снижения цены и следует тем же тенденциям и моделям. Распространение в смартфонах датчиков давления в ближайшее время также найдет отражение и в автоэлектронике.
Аналитики находят, что в 2014 году глобальный объем доходности МЭМС-датчиков давления превзойдет сегмент датчиков инерции (акселерометров и гироскопов). Наибольшую доходность будут давать не датчики инерции, а датчики давления.
Датчики давления — исторически первое и ключевое современное применение МЭМС-технологии, которая является весьма доходной. Этот рыночный сегмент, по оценкам Yole, составил порядка $1,9 млрд в 2012 году, и ожидается его увеличение до $2,8 млрд в 2018 году.
В потребительской электронике МЭМС-датчики давления вначале следовали модели акселерометров и гироскопов, а теперь демонстрируют более высокий рост. Но основной объем приходится на автоэлектронику: по данным Yole, автомобильные МЭМС-датчики давления дали объем продаж $1,2 млрд в 2012 году, и ожидается увеличение до $1,7 млрд в 2018 году. По данным IHS, доходность автомобильного сегмента МЭМС-датчиков давления в 2013 году составила $1,26 млрд, или 74% от всего рыночного сегмента.
В этот сегмент включены не менее 50 поставщиков, но 50% от общего объема дают пять компаний: Bosch (порядка 15%), Denso, Sensata, GE Sensing и Freescale. Автомобильные МЭМС-технологии включают пьезорезистивные датчики, керамические емкостные, тонкопленочные и кремниевые емкостные датчики давления.
Датчики давления широко используются в TPMS и системах торможения ESC, боковых подушках безопасности, системах контроля двигателя, а также для контроля барометрического давления и давления систем рециркуляции отработавших газов: для МЭМС-датчиков давления насчитывается свыше 18 применений.
Принцип работы стандартной системы TPMS прямого мониторинга давления в шинах следующий (рис. 9а). Датчики давления в составе колесного модуля устанавливаются в обод каждого колеса
Системный обзор Дисплейный модуль
Ч -Я_
TPMS-трансмттер Антенн«
ш
и
Передний правый датчик Задний правый датчик
Рис. 9. Примеры автомобильных систем прямого мониторинга давления в шинах (TPMS):
а) системные компоненты TPMS Pacific Industrial и отображение на дисплее;
б) инновационная система TPMS TRW со средствами локации датчиков в колесе по земному гравитационному и магнитному полю
и обеспечивают независимые измерения давления в реальном времени, которые передаются по ВЧ-каналу на приборную панель для информирования водителя о состоянии шин. Датчик давления вместе с другими компонентами колесного модуля питается от батареи, для экономии заряда которой сенсорные данные опрашиваются по требованию хост-МК TPMS, а остальное время колесный модуль пребывает в спящем режиме.
TPMS гарантируют корректность давления в шинах, которое важно для обеспечения безопасности, управляемости автомобиля и продления срока службы шин, повышает эффективность и экономичность потребления тока и снижает эмиссию CO2. Законодательно установлено, что TPMS обязательны к установке в новых автомобилях в СшА и Евросоюзе с 2012 года. По данным Research and Markets, это обеспечило 28 млн инсталляций в 2012 году.
В Китае выпущены технические стандарты в отношении TPMS еще в 2011 году, но пока что показатель установок TPMS в этой стране невысок, но аналитики связывают с китайским рынком TPMS большие перспективы.
Датчики давления TPMS производят Infineon, GE Sensing, Freescale, Melexis, Bosch, SMI, Alps Electric. Системы и датчики TPMS поставляют Schrader, Huf Beru, TRW, Pacific, Delphi, SmarTire, LDL Technology, Hella, Johnson Controls, Visityre, Continental.
Передовые МЭМС-датчики давления для TPMS представляют собой высокоинтегрированные сенсорные модули, объединяющие в колесном модуле датчики давления с другими типами датчиков (температуры, ускорения), МК и средствами беспроводной коммуникации.
Например, NPX1 GE (рис. 10а) интегрирует кремниевый датчик давления, 8-битный RISC-процессор и НЧ-ступень для приема сигналов опроса, что позволяет гибко настраивать и адаптировать это устройство для клиентских систем. Для разработчиков также доступна версия датчика, программируемая в EEPROM.
Рис. 10. Передовые разработки МЭМС-датчиков давления для TPMS:
а) NPX1 GE — кремниевый датчик давления, 8-битный RISC-процессор и ресивер в одном корпусе;
б) системное позиционирование Freescale Xtrinsic MPXx85/86xxD как решения для TPMS all-in-one (всё в одном);
в) колесный датчик TPMS IntelliSens Huf
В 2008 году компания Freescale создала стандарт де-факто для датчиков TPMS, предложив рынку решение all-in-one, включающее датчик давления, 8-битный МК, ВЧ-трансмиттер, НЧ-ресивер и одно- либо двухосевой акселерометр вместе с датчиком температуры. Все это сейчас предлагается в виде одного интегрального датчика MPXx8xxx: Xtrinsic MPXx85/86xxD Tire Pressure Monitor Sensor (рис. 10б) [6].
Infineon TPMS SP37 — высокоинтегриро-ванное решение того же уровня, представляющее собой закорпусированную сенсорную систему с датчиками давления, ускорения, МК, АЦП и средствами беспроводной коммуникации (ВЧ-трансмиттером и НЧ-ресивером).
Такое решение позволяет снизить цену, ускорить сроки разработки, допускает высокий уровень интеграции и миниатюризации. С его помощью можно осуществлять признаки добавленной функциональности, включая обнаружение движения шины, определение низкой скорости и автообучение. Рекомендуется использовать это решение в батарейных и безбатарейных системах.
Со стороны поставщиков для потребителей и OE-производителей также предлагаются решения, позволяющие облегчить эксплуатацию TPMS в связи с необходимостью замены датчиков. Так, компания Huf Beru представила колесный датчик TPMS IntelliSens — инновационное решение, подходящее практически для всех автомобилей (рис. 10в).
Новые применения МЭМС включают датчики высокого давления (до 200 бар) систем непосредственного впрыска бензиновых двигателей. Ввиду ожидаемого принятия законов Евросоюза в 2015 году ожидается своеобразный «ренессанс» бензиновых двигателей, но и дизельные автомобили, широко распространенные в Европе, используют большое число датчиков давления, например в фильтрах частиц (Particle filters for diesel engines, DPF).
Датчики давления топлива в цилиндрах (Cylinder pressure sensors, CPS) измеряют давление непосредственно в камере сгорания, что дает возможность точнее контролировать эффективность и эмиссию. CPS вначале были доступны для дизельных двигателей — один датчик на цилиндр, но преимущества этой технологии стали причиной их стремительного распространения в бензиновых двигателях.
IHS ожидает 600%-ный рост продаж CPS к 2017 году. На этом рынке доминирует компания Sensata Technologies (США), разработавшая пьезорезистивный датчик давления, интегрированный вместе со свечой зажигания Beru (рис. 11). Эти датчики были впервые выпущены в 2007 году, и с того времени их было продано более миллиона единиц: для автомобилей Volkswagen Jetta и Golf в СшА и Passat в Европе.
Компания Daimler также начала использовать CPS Sensata во всех дизельных моделях. Ожидается, что в этот сегмент вскоре войдет Bosch, а японский поставщик автоэлектроники Denso уже имеет систему, в которой датчики давления интегрированы непосредственно в топливные инжекторы.
Корпорация DENSO также разработала датчик для детектирования столкновения с пешеходами — Pop-up Hood (рис. 12) [7]. Он предназначен для снижения травм пешеходов при головных столкновениях (в зоне столкновения пешехода с автомобильным капотом). Между капотом и «железными» компонентами под ним (включая двигатель) создается большее буферное пространство. В предопределенном скоростном диапазоне при детектировании столкновения пешехода с передним бампером датчик посылает информацию
Новый продукт
//
датчик давления
и
полый корпус
Точно определяет столкновение, независимо от местоположения столкновения в области бампера
Обычный продукт с датчиками ускорения
О: пешеход
L J
л* -- и! 7 ус 1ЭТЧИКИ .ко рения
X
а
Детектирование различается в зависимости от местоположения столкновения на переднем бампере
0
Рис. 12. Новое применение МЭМС-датчика для детектирования столкновения с пешеходами и поднятия капота (Pop-up Hood): а) примеры применения; б) внешний вид
в электронный блок контроля: в момент столкновения над капотом развертывается подушка безопасности и капот поднимается.
В обычной системе Pop-up Hood вдоль переднего бампера устанавливается несколько датчиков ускорения. Но детектирование посредством датчиков ускорения различается в зависимости от того, в какой части переднего бампера происходит столкновение с пешеходом.
DENSO сообщает, что новый датчик более точно детектирует головные столкновения между автомобилями и пешеходами и допускает возможность более точной работы функции Pop-up Hood. Новый датчик DENSO состоит из двух датчиков давления и полого корпуса из полиэтилена, который устанавливают вдоль переднего бампера и подгоняют под внутреннюю форму бампера. При головном столкновении пешехода с автомобилем датчики давления точно детектируют повышение внутреннего давления полого корпуса, когда бампер деформируется, и детектирование происходит независимо от места столкновения пешехода с бампером. Этот датчик впервые был установлен в систему Pop-up Hood автомобиля Toyota Crown Hybrid, выпущенного в Лпонии.
Автомобильная функциональная безопасность — ключевая задача автопроизводителей
ISO 26262, изданный в 2011 году стандарт глобального масштаба, разработан в связи с растущими потребностями автомобильной промышленности в сфере функциональной безопасности электрических и/или электронных (Electrical/Electronic, E/E) систем транспортных средств с разрешенной максимальной массой до 3,5 т [8].
Безопасность — один из ключевых вопросов автомобильного инжиниринга. Он стал еще более актуальным из-за интеграции систем помощи водителю, контроля автомобильной динамики и других передовых активных и пассивных систем безопасности. Вследствие повышения сложности аппаратных средств, программного обеспечения E/E систем, включая их взаимовлияние, и внедрения мехатро-ники увеличились риски систематических и случайных аппаратно-программных системных сбоев, последствия которых могут быть фатальными.
Современные электронно-управляемые ТС, включающие множество новых функций, «ассистенты» водителя, электронные интерфейсы и инструменты, все более нуждаются в выявлении потенциальных рисков сбоев на аппаратном или программном уровне.
С целью предотвращения и минимизации опасностей подобных сбоев ISO представила стандарт ISO 26262 «Транспорт дорожный. Функциональная безопасность». Это адаптированная редакция разработанного ранее IEC 61508 «Функциональная безопасность систем обеспечения электрической/электронной/программной безопасности» для конкретных требований пассажирских автомобилей и легковых машин общего назначения.
Подобно IEC 61508, стандарт ISO 26262 основывается на оценке и анализе рисков, при котором оценивается риск и определяются меры безопасности для избегания или контроля систематических сбоев и обнаружения или контроля случайных сбоев, или для смягчения данных эффектов.
Главной задачей стандарта ISO 26262 является обеспечение функциональной безопасности автомобилей. В отдельных частях этого документа описаны мероприятия, которые поставщики и производители автомобилей должны предпринимать для минимизации риска того, что используемые компоненты или программные инструменты внесут ошибки в конечный продукт или не распознают эти ошибки.
Применение стандарта ISO 26262 к продуктам и процессам в автомобильной промышленности привносит конкретный вклад в повышение дорожной безопасности:
• Для продуктов стандарт требует подтверждения безопасности в течение срока службы продукта.
• Стандарт требует применения определенных процессов (процедур) в системе управления безопасности с использованием методов, основанных на рисках.
Новый стандарт выполняет следующие функции:
• Обеспечивает полный жизненный цикл безопасности автомобилей (разработка, производство, менеджмент, эксплуатация, обслуживание, вывод из эксплуатации).
• Уточняет аспекты функциональной безопасности в течение всего процесса разработки, включая спецификацию требований, конструирование, внедрение, интеграцию (ПО и электроники), верификацию (рисков через оценку и испытания), валидацию (дизайна и процессов), конфигурирование.
• Устанавливает подход к рискам для автомобильной промышленности согласно уровням безопасности эксплуатации автомобилей (Automotive Safety Integrity Level, ASIL).
• Позволяет достичь приемлемых уровней безопасности и остаточных рисков.
• Может использоваться для оценки и подтверждения достигнутых уровней безопасности.
Так что, благодаря развитию современной автомобильной сенсорной технологии и мерам по стандартизации электронного оборудования, автомобили становятся все более безопасными. Последнее означает уже не только безаварийность на дорогах, но и высокую надежность интеллектуального управления, что особенно важно для будущего полностью автоматизированного вождения.
Тем временем на дорогах уже ездят подобные автомобили — и не только самопаркующиеся, но и полностью самоуправляемые (в тестовом режиме), что стало возможным благодаря развитию не только сенсорных, но и телематических технологий.
Подключенное вождение: сетевое взаимодействие автомобилей с их окружением, включая внешние датчики
Будущие потребности в безопасности и топливной эффективности вынуждают конструкторов создавать интеллектуальные автомобили. Как бы ни были высоки уровни интеллектуальности и миниатюризации современных датчиков, но, к сожалению, горизонты дальности многих из них ограниченны. В особенности это касается датчиков автомобильных систем безопасности и помощи водителю на уровне одного автомобиля. Так, ни камера, ни радар не могут заблаговременно предоставить информацию о ТС, выезжающем
Рис. 13. Разработка исследовательской инициативы Cooperative Vehicle Safety (Ko-FAS) с участием компании BMW в 2013 году: кооперативная безопасность для пешеходов, водителей и мотоциклистов
на перекресток из-за угла жилого дома, водитель которого также не видит перекрестный поток [9].
Поэтому один ключ к повышению интеллектуальности автомобиля — это увеличение числа датчиков в автомобиле и расширение диапазона их дальности, а другой — подключение автомобилей и датчиков к внешним информационным сетям.
В настоящее время компания BMW участвует в различных исследовательских проектах. Недавно были опубликованы результаты исследовательской инициативы Cooperative Vehicle Safety (Ko-FAS) с участием компании BMW в 2013 году (рис. 13).
Телематические коммуникационные платформы Car-to-Car и Car-to-X способны намного расширить сенсорные горизонты транспортных средств, в группу которых входят автомобили и мотоциклы. Коммуникация Car-to-X — наиболее широкое понятие, объединяющее сетевую электронную коммуникацию ТС с дорожной инфраструктурой, под которой понимаются светофоры, интеллектуальные парковки и остановки маршрутных транспортных средств, а также любые другие дорожные объекты помимо ТС.
Компания BMW продемонстрировала возможность соединяемости автомобилей для систем развлечений еще в 1990-х годах посредством BMW ConnectedDrive, а в дальнейшем стала активно работать над тем, чтобы обеспечить водителя большим объемом информации о пути в виде данных системы предупреждений об опасности, о предстоящей смене сигнала светофора или аварии, случившейся на пути следования по маршруту.
Речь идет не только о безопасности, но и об эффективности. Например, заблаговременно предоставленная информация о предстоящей смене сигнала светофора способствует изменению стиля вождения водителя, экономии топлива и уменьшению эмиссии. При объединении существующих технологий автомобильных датчиков и новых технологий коммуникации Car-to-X компания BMW стремится создать макросистему, повышающую безопасность и эффективность на всем пути автомобиля.
BMW разрабатывает коммуникационную платформу не только для автомобилистов, но и для мотоциклистов. BMW Motorrad ConnectedRide представляет собой систему, в основе которой лежит активная защита мотоциклистов, более уязвимых на дороге, чем автомобилисты, в сложных дорожных условиях (туман, скользкая дорога, сильные осадки), ввиду узкого силуэта, упускаемого из виду людьми и датчиками, отсутствия достаточной пассивной защиты, такой как кузов автомобиля или подушки безопасности. В плане коммуникации Car-to-X BMW Motorrad ConnectedRide эквивалентна BMW ConnectedDrive, но автомобили чаще будут играть роль источников большого количества опорной информации, предупреждений, к которым относится активация противотуманных фар или высокой частоты работы стеклоочистителей, вмешательство системы динамической стабилизации в нормальных условиях. Эта информация может поставляться и мотоциклистам.
Автомобильные телекоммуникационные платформы предназначены для работы в реальном времени и используют подходящие для этого подключения WLAN (согласно стандарту WLAN IEEE802.11p/G5A) или мобильного телефона. Протокол WLAN допускает эффективную одновременную коммуникацию большого числа участников без латентности, а сотовые телефоны рассматривались как дополнение к нему.
Впрочем, высокая степень распространенности смартфонов среди автомобилистов указывает на высокую вероятность их подключения в мобильную сеть согласно облачной модели Car-to-Cloud. Аналитики ожидают, что в 2025 году каждый вновь проданный автомобиль в мире будет обладать способностями сетевого соединения. Преимущества облачного подключения автомобилей включают возможность обмена информацией в реальном времени, избегания опасностей и пробок, оптимально планировать маршрут, осуществлять расширенный набор сервисных возможностей — от доступа к информационному полю станций ТО до чрезвычайной помощи.
Для осуществления этих передовых идей необходима только соответствующая инфраструктура и оснащенность всех ТС на дороге датчиками и средствами коммуникации типа смартфонов, а также оптимизация человеко-машинного взаимодействия [10-11].
Автоматизированное вождение — следующий шаг в эволюции систем помощи водителю и сетевых коммуникационных платформ
Автономное вождение призвано не только облегчить жизнь водителя и позволить ему во время поездки отвлекаться на другие дела. Идея автономности означает также 100%-ную безопасность или нулевое число аварий вследствие минимизации рисков из-за человеческого фактора и, конечно, максимальную топливную эффективность.
Автоматизированное вождение является ближайшей целью лидирующих автопроизводителей и представляет собой новый эволюционный этап в развитии систем помощи водителю — в частности, согласно концепции, разрабатываемой в 2013 году Continental совместно с BMW (рис. 14) [12]. А в 1999 году в сотрудничестве с Mercedes-Benz компания Continental реализовала свой первый проект ADAS, а вслед за ним — еще около ста с другими автопроизводителями. С 2016 года системы помощи водителю смогут частично автоматизировать вождение в ситуациях stop&go на низкой скорости (до 30 км/ч).
Высокоавтоматизированное вождение позволит водителям на скорости свыше 30 км/ч и до 130 км/ч совмещать поездку с такими делами, как, например, чтение новостей online. Новые уровни автоматизации сохранят за водителями возможность взять в свои руки контроль над ТС в любое время. Но при достижении технологической возможности для полного автоматизированного вождения в 2025 году водительский контроль может быть совершенно ненужным. Согласно планам Continental, полностью автоматизированное ТС сможет обеспечивать полный и независимый контроль вождения на автостраде при скорости до 130 км/ч. Впрочем, специалисты Continental находят, что в 2025 году полностью автоматизированные системы будут все еще ограничены в движении по автостраде. Например, по достижении желаемого выезда водитель все же обязан будет взять контроль в свои руки, в противном случае автомобиль будет осуществлять торможение и остановку.
Со своей стороны, компания Mercedes-Benz заявила о намерении приблизить эпоху полностью автоматизированного вождения уже к 2020 году.
Ключевая роль в обеспечении технических возможностей автомобилей будущего отводится следующим технологиям датчиков, рассмотренным в этой статье, — камерам, радарам, МЭМС-датчикам
Рис. 14. Временные горизонты для концепций частично, высоко- и полностью автоматизированного вождения, разрабатываемых в 2013 году Continental совместно с BMW
(ESC, датчикам давления) и мультисенсорным узлам, технологиям слияния данных от различных датчиков и обеспечения их функциональной безопасности, а также GPS и телематическим технологиям, обеспечивающим подключение сенсорной информации извне. По аналогии с TPMS, ESC и задними камерами, законодательные акты в отношении автономных ТС и ИТС (интеллектуальных транспортных систем) призваны сыграть большую роль в дальнейшем распространении и развитии технологий датчиков в автомобиле. Тем не менее автопроизводители в сотрудничестве с производителями автоэлектроники работают опережающими темпами над созданием интеллектуального автомобильного будущего, синонимом которого по-прежнему остаются датчики. ■
Литература
1. www.innovationsinsightmag.com
2. Сысоева С. С. Автомобильные системы безопасности и помощи водителю (ADAS) на основе камер. «Третий глаз» от Mobileye // http://www. innovationsinsightmag.com/articles/avtomobilnye-sistemy-bezopasnosti-i-pomoshchi-voditelyu-adas-na-osnove-kamer-tretiy-glaz-ot
3. Сысоева С. С. Автомобильные MEMS датчики для систем ESC (ESP), TPMS и контроля непосредственного впрыска. Ключевые технологии — комби-датчики инерции, датчики давления, мультисенсорные узлы и беспроводные сети // http://www.innovationsinsightmag.com/articles/avtomobilnye-mems-datchiki-dlya-sistem-esc-esp-tpms-i-kontrolya-neposredstvennogo-vpryska
4. Сысоева С. С. Интеллектуальные автомобильные ассистенты и датчики. Функций — больше, «железа» — меньше // Компоненты и технологии. 2012. № 1.
5. Сысоева С. С. Bosch — поставщик MEMS-дат-чиков для автомобильных систем № 1 в мире // http://www.innovationsinsightmag.com/articles/bosch-postavshchik-mems-datchikov-dlya-avtomobilnyh-sistem-no1-v-mire
6. Сысоева С. С. Датчики. Актуальные технологии и применения датчиков систем автомобильной безопасности. Ч. 8. Батарейные датчики систем TPMS. Эволюция к высокоинтегрированным решениям // Компоненты и технологии. 2007. № 8.
7. http://www.innovationsinsightmag.com/news/denso-corporation-razrabotala-pop-hood-datchik-dlya-detektirovaniya-stolknoveniya-s-peshehodami
8. Сысоева С. С. Новые перспективы автомобильной функциональной безопасности. Стандарт ISO 26262, уровни ASIL и дизайн SoC // Innovations Insight Magazine. 2013. № 1.
9. Сысоева С. С. Car-to-X. Коммуникационная платформа будущего от BMW // http://www.innovationsinsightmag.com/articles/car-x-kommunikacionnaya-platforma-budushchego-ot-bmw
10. Сысоева С. Полупроводниковое освещение в основе новой парадигмы пользовательского интерфейса // Полупроводниковая светотехника. 2013. № 5.
11. http://www.innovationsinsightmag.com/news/melexis-vypustila-semeystvo-produktov-dlya-avtomobilnyh-opticheskih-sistem-detektirovaniya
12. http://www.innovationsinsightmag.com/news/continental-avtomatizirovannoe-vozhdenie-stanet-takim-zhe-standartnym-kak-abs-i-esc
Электроника
' 27-28 мая 2014 г.
Москва, ВВЦ. 8-Я МЕЖДУНАРВДНАЯ ВЫСТАВКА
ТЕМАТИКА:
• Системы диспетчеризации и управления транспортным парком (грузовые автоперевозки, пассажирский транспорт, такси, спецтранспорт)
• Комплексы навигации и связи
• Системы безопасности и видеонаблюдения
а Системы контроля пассажиропотока и оплаты проезда
• Технологии снижения расхода топлива а Рекламно-информационные комплексы а Автоматика, телемеханика
а Измерительные и диагностические приборы -
а Силовая электроника для транспорта а Электронные, электротехнические компоненты
Информационные технологии для транспорта и транспортной инфраструктуры
1ым паоком * * ~г г' 'г
ПОДДЕРЖКУ
"Практические особенности внедрения информационно-навигационных технологий на современном транспортном предприятии" "Электронные модули для транспортного приборостроения и машиностроения" "Технологии оплаты проезда и учета пассажиропотока" "Развитие систем АЛС-АРС и АСДУ на метрополитене и ГЭТ"
КОНТАКТЫ:
тел.: +7(495) 287-4412 E-mail: info@e-transport.ru
http://www.e-transport.ru
