Задача ассистента смены полосы движения заключается в том, чтобы с помощью радаров следить за обстановкой по бокам и позади автомобиля и помогать водителю при перестроении в другой ряд. При этом система действует и в так называемой мертвой зоне. Система контролирует ситуацию с обеих сторон. Для этого с каждой стороны авто имеется по одному радару. При обнаружении ситуации, угрожающей аварией при перестроении, ассистент смены полосы движения (SWA) оповещает/предупреждает об этом водителя. Для оповещения водителя в соответствующем наружном зеркале заднего вида загорается сигнальная лампа. Если действия водителя создают угрозу аварии, сигнальная лампа начинает интенсивно мигать, предупреждая водителя об опасности.
Радары и блоки управления
В состав ассистента смены полосы движения входят два блока управления — блок управления ассистента смены полосы движения J769 (задающий блок, Master) и блок управления 2 ассистента смены полосы движения J770 (подчиненный блок, Slave). Задающий блок объединен в один узел с правым радаром, а подчиненный блок — с левым радаром.
Задающий и подчиненный блоки управления имеют одинаковую конструкцию на основе электронной платы с цифровым процессором сигнала, выполняющим роль центрального вычислительного устройства. Он среди прочего используется для слежения за объектами, которые обнаруживаются радарами. Система выпускается фирмой Hella.
Сверху блок управления закрыт кожухом, так называемым обтекателем, из специальной пластмассы, которая почти беспрепятственно пропускает радиоволны.
Плата антенн с находящимися на ней передающей и приемной антеннами соединена разъемом с электронной платой. Передающая антенна состоит из 40 медных пластин, а каждая из приемных антенн (всего их 3) — из 8 или 16 пластин. На профессиональном жаргоне медные пластины называются патчами. Отраженный сигнал передающей антенны принимается приемными антеннами и обрабатывается цифровым процессором сигнала, который оценивает его физические характеристики и рассчитывает по ним размер, местонахождение и скорость отражающего сигнал объекта.
Места установки
Оба блока управления находятся у Audi Q7 в области заднего бампера, где они закреплены на замыкающей панели. Замыкающая панель привинчена к кузову. На нее навешивается облицовка бампера, которая закрывает блоки управления. То есть в отличие от датчиков парковочного ассистента блоки управления ассистента смены полосы движения снаружи не видны. Облицовка бампера изготовлена из пластмассы и поэтому не задерживает радиоволны радаров.
Блоки управления устанавливаются под углом 22 градуса к поперечной оси автомобиля, что позволяет лучше контролировать пространство по бокам автомобиля. Их наклон вверх составляет примерно 3 градуса. Точная калибровка блоков управления осуществляется после их установки на автомобиле с помощью диагностического тестера и специального калибровочного приспособления. В одной из последующих глав приведено подробное описание процесса калибровки и необходимого для выполнения этой работы инструмента. Для радаров ассистента смены полосы движения не требуется механическая юстировка, необходимая для радара адаптивного круиз-контроля (ACC).
Зона охвата радара
Контролируемая с каждой стороны автомобиля зона состоит из заднего и бокового участков. Задний участок простирается на 50 метров от заднего края автомобиля (отрезок между линиями A и B на иллюстрации). Боковой участок ограничен линиями, проходящими по краю заднего бампера автомобиля и через стойки B (отрезок B–C на иллюстрации). Ширина участков составляет примерно 3,60 метра.
На иллюстрации зона охвата показана на примере прямого участка дороги. При движении авто по криволинейной траектории ассистент смены полосы движения сохраняет работоспособность, если радиус поворота составляет не менее 170 метров. При радиусе поворота менее 170 м излучение радаров не покрывает всю 50-метровую заднюю зону, и поэтому система деактивируется. Порог деактивации имеет гистерезис 30 метров. Это означает, что при радиусе поворота более 200 м деактивированная система возвращается в активное состояние.
Кривизна дороги рассчитывается блоком управления ассистента смены полосы движения по значениям угла рысканья авто и скоростей вращения отдельных полос, которые он получает от блока управления ABS J104. Изогнутая в повороте траектория контролируемой зоны отображается программным обеспечением в выпрямленном виде. Таким образом, алгоритм, по которому анализируется необходимость предупреждения водителя, остается неизменным независимо от степени кривизны дороги.
Сигнальные лампы в наружных зеркалах
Ассистент смены полосы движения оповещает и предупреждает водителя о потенциальной опасности при перестроении в другой ряд с помощью встроенных в наружные зеркала заднего вида сигнальных ламп. Для этих ламп используются следующие обозначения: сигнальная лампа ассистента смены полосы движения в наружном зеркале со стороны водителя K233 и сигнальная лампа ассистента смены полосы движения в наружном зеркале со стороны переднего пассажира K234. Сигнальные лампы K233 и K234 заменяются без снятия корпуса зеркала. Порядок их замены описан в руководстве по ремонту.
Управляющие сигналы к лампам поступают непосредственно от подчиненного блока J770. Сигнальная лампа представляет собой четыре желтых светодиода.
При обнаружении помехи на одной из соседних полос в зеркале соответствующей стороны загорается сигнальная лампа. Если водитель не проявляет намерения перестроиться в другой ряд, то сигнальная лампа горит непрерывным светом, сообщая этим о наличии помехи. Когда водитель включает указатели поворота, то есть проявляет намерение перестроится в занятый соседний ряд, сигнальная лампа предупреждает его об опасности четырехкратным миганием.
Яркость сигнальных ламп регулируется в MMI (5 уровней). Для регулировки яркости ламп также используется значение окружающей освещенности, измеряемое датчиком дождя и освещенности G397.
Две типичные дорожные ситуации
Ниже в качестве примера описываются две типичные дорожные ситуации, в которых ассистент смены полосы движения подает предупреждающий сигнал:
Ситуация 1
Оборудованный SWA автомобиль движется по средней полосе трехполосной магистрали и опережает движущееся справа транспортное средство. Скорость авто с SWA превышает скорость обгоняемого авто меньше, чем на 15 км/ч. Обгон с такой скоростью требует времени, так что обгоняемый автомобиль в какой-то момент попадает в мертвую зону. В этой ситуации сигнальная лампа в правом наружном зеркале сообщает водителю, что правая полоса движения занята. Если водитель автомобиля с SWA включает правый указатель поворота, то четырехкратное мигание сигнальной лампы в правом зеркале предупреждает его об опасности.
Ситуация 2
Автомобиль с SWA движется со средней скоростью по правой полосе трехполосной магистрали. По средней полосе его быстро нагоняет другое транспортное средство. Ассистент смены полосы движения обнаруживает приближающийся авто и зажигает сигнальную лампу в левом наружном зеркале. Если водитель включает левые указатели поворота, то сигнальная лампа начинает мигать и этим предупреждает водителя об опасности столкновения.
Максимальное расстояние между двумя авто, при котором включаются сигнальные лампы, зависит от разности скоростей движения. Чем выше разность скоростей, тем это расстояние больше. Но в любом случае оно не превышает 50 м, потому что 50 м — это предел обнаружения помехи радарами.
Управление системой
В двери водителя рядом с выключателем центрального замка находится клавиша ассистента смены полосы движения E530. Она служит для включения и выключения системы и имеет встроенный красный светодиод для отображения текущего состояния системы. Горящий светодиод сигнализирует о том, что ассистент смены полосы движения включен. Погасший светодиод свидетельствует о том, что система выключена или неисправна. Если на момент выключения двигателя система была включена, то после следующего пуска двигателя она снова автоматически включается.
Включенный ассистент смены полосы движения может находиться в активном или неактивном состоянии. Система находится в активном состоянии, если выполнены два условия: автомобиль движется со скоростью не ниже 60 км/ч, и радиус поворота составляет не менее 170 метров. Если одно из этих двух условий не выполнено, то система находится в неактивном режиме.
Следует иметь в виду, что система не имеет индикатора активности, то есть водителю никак не сообщается о том, активна система в данный момент или нет.
Регулировка яркости сигнальных ламп
С помощью MMI водитель может отрегулировать яркость сигнальных ламп в наружных зеркалах заднего вида. Для этого в меню «Автомобиль» необходимо выбрать и подтвердить нажатием на кнопку управления пункт «Audi side assist».
Яркость сигнальных ламп настраивается в пределах 5 уровней. При этом третий уровень является заводской (стандартной) настройкой. После выбора уровня сигнальные лампы в течение 2 с горят с соответствующей этому уровню яркостью.
Сохранение персональных настроек
По окончании поездки в блоке управления ассистента смены полосы движения J769 (задающий блок) сохраняется настройка яркости свечения сигнальных ламп для того ключа, который был вставлен в замок зажигания в последний раз. Когда этот ключ будет вставлен в замок в следующий раз, в автомобиле восстановятся сохраненные для него настройки.
Работа аппаратного и программного обеспечения
Схема системы
Задающий (Master) и подчиненный (Slave) блоки управления обмениваются данными по индивидуальной высокоскоростной шине CAN (Private-CAN).
Задающий блок подключен к расширенной шине CAN (Extended-CAN), чтобы он мог обмениваться данными с другими блоками через диагностический интерфейс шин данных J533. Задающий блок принимает сигналы от клавиши системы E530, в то время как подчиненный блок управляет сигнальными лампами K233 и K234 в наружных зеркалах заднего вида.
Распределение задач между задающим и подчиненным блоками управления
Передающие антенны блоков управления излучают радиоволны, которые отражаются от встречающихся на их пути объектов. Интенсивность отраженного излучения зависит от физических свойств объекта. Отраженное излучение принимается приемными антеннами и измеряется в блоках управления. На основе физических характеристик отраженного излучения блоки управления получают информацию об отражающих радиоволны объектах. К физическим характеристикам относятся, например, временной интервал между передачей и приемом радиолокационного сигнала, сдвиг частоты у переданного и принятого сигналов и сдвиг фаз на приемных антеннах. Эти характеристики позволяют рассчитать текущее местонахождение, скорость и направление движения различных объектов.
Каждый из блоков управления в состоянии распознавать такие неподвижные объекты, как, например, разделительное ограждение, застройка вдоль дороги или неподвижные автомобили. Такие объекты не интересуют систему, поэтому слежение за ними не ведется. За теми объектами, которые система принимает за подвижные транспортные средства, ведется слежение в задающем блоке управления. В этом же блоке криволинейные участки дороги трансформируются в прямые отрезки. Это упрощает алгоритм оценки текущей ситуации и выдачи предупреждения.
Обработанная таким образом информация передается по шине Private-CAN подчиненному блоку управления J770, в котором применяется алгоритм выдачи предупреждения. Если подчиненный блок управления обнаруживает на основе имеющихся критериев опасность аварии при перестроении, то он включает сигнальную лампу с соответствующей стороны. Если водитель включает указатели поворота с опасной стороны, то спокойное непрерывное свечение сигнальной лампы сменяется ее ярким миганием.
Коммуникационное окружение ассистента смены полосы движения
Ассистенту смены полосы движения требуется большое количество информации от всевозможных блоков управления, подключенных к разным шинам. Ниже описывается, с какими блоками управления ассистент обменивается данными по шинам и что эти данные из себя представляют.
Датчик дождя и освещенности G397
Передает ассистенту SWA через блок управления бортовой сети J519, который является его задающим блоком на шине LIN, измеренное значение освещенности. Это значение позволяет автоматически подстраивать яркость сигнальной лампы к условиям освещенности.
Блок управления комбинации приборов J285
Выдает текстовые сообщения о неисправностях в SWA и сопровождает их звуковым сигналом.
Блок управления ABS J104
Передает SWA значения угла рысканья авто и скоростей вращения колес. С помощью этих значений рассчитываются текущая скорость автомобиля и радиус поворота дороги.
Блок управления распознавания прицепа J345
Сообщает SWA о наличии или отсутствии прицепа. Если у авто есть прицеп, то SWA деактивируется, потому что прицеп может сократить зону видимости датчиков. При этом в комбинации приборов появляется соответствующее сообщение.
Центральный блок управления систем комфорта J393
Посылает информацию о включении правых или левых указателей поворота. По этой информации SWA делает вывод о намерении водителя перестроиться в другой ряд. Кроме того, блок управления J393 сообщает ассистенту SWA о том, включены ли фонари заднего хода. При движении задним ходом ассистент смены полосы движения находится в неактивном состоянии.
Блок управления системы санкционирования доступа и пуска двигателя J518
Сообщает о номере используемого ключа. Благодаря этому после включения зажигания восстанавливается записанная для этого ключа настройка яркости сигнальных ламп.
Блок управления передней панели управления, индикации и выдачи информации J523
Через него водитель может настроить яркость свечения сигнальных ламп. Настроенное значение сохраняется в блоке J769 для используемого в данный момент ключа.
Диагностика
В диагностическом тестере за задающим блоком управления ассистента смены полосы движения (Master) J769 закреплено адресное слово 3C. Подчиненный блок управления (Slave) J770 сам по себе недоступен для диагностического тестера, и поэтому собственное адресное слово у него отсутствует. Память неисправностей, блоки измеряемых величин, данные кодирования и каналы адаптации — все это находится в задающем блоке управления J769.
В блоках измеряемых величин можно найти, в частности, следующие значения:
- напряжение питания и температура внутри блоков Master и Slave
- состояние связи между блоками Master и Slave по шине Private-CAN
- текущее состояние системы (вкл./выкл.)
- входные параметры, полученные по шине CAN от других блоков управления
- рассчитанный текущий радиус поворота
- состояние клавиши SWA и ее контрольной лампы
- состояние обеих сигнальных ламп в наружных зеркалах
- координаты X и Y ближайшего объекта в левом, правом и среднем рядах
- относительная скорость ближайшего объекта в левом, правом и среднем рядах
- текущее состояние автокалибровки; информация о калибровке
- состояние связи с блоками управления, участвующими в работе системы
Кодируются следующие особенности:
- модель автомобиля с SWA
- страна, в которой эксплуатируется автомобиль
- левое или правое расположение руля
- имеется ли у автомобиля блок управления прицепа
По каналам адаптации осуществляется подстройка следующих величин:
Запустив диагностику исполнительных механизмов, можно привести в действие следующие компоненты:
- контрольный светодиод в клавише SWA
- сигнальная лампа SWA в наружном зеркале со стороны водителя
- сигнальная лампа SWA в наружном зеркале со стороны переднего пассажира
Специнструмент для калибровки системы
Для калибровки радаров был разработан специальный инструмент. Это калибровочный планшет с генератором Допплера VAS 6350, насадки на центры колес VAS 6350/1 и лазерный дальномер VAS 6350/2. Калибровочный планшет используется для калибровки не только ассистента смены полосы движения, но и камеры заднего вида.
Первым делом необходимо правильно расположить калибровочный планшет, о чем подробно рассказывается в руководстве по калибровке. Это описание существует в виде руководства по ремонту. Сначала калибровочный планшет раскладывается на определенном расстоянии от автомобиля и выравнивается относительно задних колес. Для этого с помощью специального приспособления на колесные гайки надеваются насадки, которые еще называют «веслами». Под собственной тяжестью «весла» устанавливаются перпендикулярно полу. После этого с помощью электронного дальномера с обеих сторон регулируется расстояние между авто и планшетом.
Далее необходимо выровнять калибровочный планшет симметрично продольной оси, проходящей через центр авто, с помощью установленного на планшете лазерного нивелира, не изменяя уже отрегулированное расстояние между авто и планшетом. Лучи лазера проецируются на автомобиле в виде вертикальной линии. При правильной регулировке линия должна проходить по центру, например, эмблемы Audi.
Когда планшет выровнен, можно запустить калибровку с помощью диагностического тестера. Дальнейший процесс протекает автоматически. Нанесенные на планшет черные пятна необходимы для калибровки камеры заднего вида. Для калибровки радаров используется так называемый генератор Допплера. С помощью вращающейся крыльчатки он имитирует подвижный объект, заданное положение которого известно блоку управления. По несоответствию фактического и заданного положений блок управления находит и запоминает корректировочные значения, которые в дальнейшем будут использоваться для коррекции результатов измерения положения.
Радарная технология
Радары
Само слово «радар» является сокращением от английского RAdio Detection And Ranging, что означает «обнаружение и определение дистанции с помощью электромагнитных волн».
Эта технология используется для определения положения (расстояние и угол) неподвижных объектов. В случае с подвижными объектами распознается текущее положение, скорость и направление движения. Это происходит путем излучения сверхвысокочастотных электромагнитных волн и оценки отраженного объектами излучения. При этом решающее значение имеют отражающие способности объектов. Металлические объекты отражают излучение очень хорошо, а, например, пластмасса почти полностью пропускает его сквозь себя.
Поэтому автомобили очень хорошо распознаются с помощью радаров.
Преимущества радаров перед другими датчиками
Радарная технология (а не, например, ультразвуковая или инфракрасная) была выбрана не случайно. Недостатком ультразвуковых датчиков является их ограниченная дальность действия и чрезмерная подверженность влиянию окружающей среды. Кроме того, ультразвуковые датчики должны всегда контактировать со средой распространения (в нашем случае — с воздухом), то есть их пришлось бы установить на видном месте.
Инфракрасные датчики подходят прежде всего для регистрации движения сбоку, в то время как движение по направлению к датчику или от него распознается ими очень плохо, а именно это направление и имеет значение для ассистента смены полосы движения. Кроме того, инфракрасные датчики тоже очень чувствительны к внешним воздействиям, например к дождю.
Восприимчивость к влиянию извне стала также причиной отказа от видеодатчиков. Другими недостатками видеодатчиков являются ограниченная зона охвата и низкая точность. Причина неточности заключается в том, что для определения дистанции видеоизображение необходимо подвергнуть интерпретации. Разумеется такой опосредованный способ измерения менее точен, нежели прямой способ при радарной технологии.
Радарная технология является предпочтительной для выполнения поставленной задачи, потому что радары невосприимчивы к воздействию внешних условий, их излучение пропускается неметаллическими материалами, и поэтому они могут быть установлены за облицовкой бампера. В последнее время радарные устройства стали намного дешевле, что открыло дорогу их широкому использованию.
