СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2016

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2016 Применение радарных датчиков в системах автомобильной безопасности В статье даётся представление об автомобильных радарных датчиках, приводится описание изделий ряда мировых производителей. Описаны примеры использования радарных датчиков в системах автомобильной безопасности и системах адаптивного круиз-контроля. Татьяна Колесникова (Украина) Основным направлением сегодняш- него развития автомобильной элек- троники является совершенствование управления машиной, а также систем её безопасности. Современный авто- мобиль даже в базовой комплекта- ции не обходится без большого коли- чества электронных устройств, и речь идёт не только о средствах развлече- ния или бортовом компьютере. Элек- тронные помощники позволяют авто- мобилю увереннее держаться на тра- ектории, сокращают тормозной путь и исключают при этом заносы, регули- руют скорость спуска с горы и управля- ют распределением крутящего момен- та между колёсами в разных дорожных условиях. Технический прогресс этим не ограничивается: автомобили учат- ся распознавать препятствия и автома- тически тормозить перед ними, само- стоятельно парковаться, эксперимен- тальные системы позволяют машине ехать без вмешательства человека даже в плотном городском потоке автотран- спорта (система автономного управле- ния). Автомобили распознают дорож- ные знаки и разметку, обмениваются информацией с другими участниками движения. Интерес к автомобильным элек- тронным системам постоянно растёт. При этом особую роль в электрони- ке автомобиля играют датчики. Суще- ствует множество автомобильных датчиков [1], которые можно класси- фицировать по принципу действия, ти- пу энергетического преобразования и основному назначению (см. табл. 1). Всего на современном автомобиле может быть установлено несколько десятков различных датчиков, кото- рые выполняют как диагностические функции, так и служат органами чувств систем помощи водителю. В представленной статье рассматри- ваются радарные датчики, а также их применение в автомобильной электро- нике, в частности в системах адаптив- ного круиз-контроля (Adaptive Cruise Control, ACC). Нужно заметить, что дан- ной опцией оснащаются пока не все модели, но постепенно она перестаёт быть прерогативой премиальных авто- мобилей, распространяясь на средний класс и далее, в скором будущем она появится и на бюджетных машинах. А ВТОМОБИЛЬНЫЕ РАДАРНЫЕ ДАТЧИКИ Радарные датчики используются для получения информации о скоро- сти сближения и расстоянии до объек- та перед автомобилем. Радарный дат- чик излучает электромагнитные вол- ны и регистрирует отражение (эхо) от объектов (автомобили, пешеходы и другие препятствия), находящихся вокруг автомобиля. Скорость едущего впереди автомобиля оценивается по изменению частоты отражённой вол- ны, а расстояние до машины – по вре- мени возвращения сигнала. На осно- вании сигналов радара производится оценка потенциальной опасности объ- ектов, предупреждение (оповещение) водителя об опасности и в экстрен- ном случае – автоматическое воздей- ствие на органы управления автомоби- ля (тормозную систему, а при наличии системы автономного управления – ещё и на рулевое колесо). Радар состоит из трёх основных частей: передатчика, антенны и при- ёмника. Передатчик является источни- ком электромагнитного сигнала. Авто- мобильные радарные датчики рабо- тают на сверхвысоких радиочастотах в диапазоне 20…100 ГГц. Для опреде- ления скорости сближения автомо- биля с фронтальным препятствием на дороге используется эффект Допле- ра. При этом для исключения ложно- го срабатывания, которое возможно при поворотах (когда деревья, отбой- ники и дорожные знаки отражают сиг- нал излучателя), используются алго- ритмы цифровой обработки сигналов и повышение частоты излучения, что даёт более высокое разрешение и повы- шает помехоустойчивость. В передатчике используется сканиру- ющая антенна или три неподвижных антенны, смонтированные в переднем бампере. Такие антенны посылают впе- рёд радиолуч с размером растра 3 × 9 ° (см. рис. 1). Радиосигналы отражаются от других автомобилей, а также непод- вижных препятствий, и обрабатывают- ся в электронном блоке управления со скоростью примерно 20 раз в секунду. При этом учитывается собственная скорость автомобиля и угол поворо- та рулевого колеса. Радар даёт инфор- мацию о фронтальных препятствиях перед автомобилем, при этом непод- вижные объекты (деревья и дорожные знаки) не вызывают ложных срабаты- ваний. Современные радарные системы обнаруживают препятствия на рассто- янии до 150 м, определяют расстояние до объекта с точностью до 1 м и ско- рость сближения с точностью до 1 км/ч. Таблица 1. Классификация автомобильных датчиков По принципу действия По типу энергетического преобразования По назначению − Электроконтактные − Потенциометрические − Оптические − Оптоэлектронные − Электромагнитные − Индуктивные − Магниторезистивные − Магнитострикционные − Фото- и пьезоэлектрические − Датчики на основе различных физических эффектов (Холла, Доплера, Кармана, Зеебека, Виганда) − Активные – выходной электрический сигнал является следствием входного неэлектрического воздействия без приложения сторонней электрической энергии за счёт внутреннего физического эффекта (например, фотоэффекта) − Пассивные – выходной электрический сигнал – это следствие модуляции внешней электрической энергии управляющим неэлектрическим воздействием − Датчики краевых положений − Датчики угловых и линейных перемещений − Датчики частоты вращения и числа оборотов − Датчики относительного или фиксированного положения − Датчики механического воздействия − Датчики давления − Датчики температуры − Датчики влажности − Датчики концентрации кислорода − Датчики радиации и другие