Системы помощи движению по полосе и при перестроении автомобиля

Система помощи движению по полосе

Эта система помогает водителю придерживаться выбранной полосы движения и тем самым предотвращать аварийные ситуации. Она эффективна при движении по автомагистралям и обустроенным федеральным дорогам, т.е. там, где имеется качественная дорожная разметка. Может называться ассистентом движения по полосе, системой удержания полосы движения. Различают два вида систем помощи движению по полосе: пассивные и активные. Пассивная система предупреждает водителя об отклонении от выбранной полосы движения. Активная система, наряду с предупреждением, производит корректировку траектории движения.

У разных автопроизводителей система удержания полосы движения имеет свои торговые названия, но рассматриваемые системы имеют, в основном, схожую конструкцию:

• Lane Assist от Audi, Volkswagen, SEAT;
• Lane Departure Warning System от BMW, Citroёn, Kia, General Motors, Opel, Volvo;
• Lane Departure Prevention от Infiniti;
• Lane Keep Assist System от Honda, Fiat;
• Lane Keeping Aid от Ford;
• Lane Keeping Assist от Mercedes-Benz;
• Lane Keeping Support System от Nissan;
• Lane Monitoring System от Toyota.

Система помощи движению по полосе является электронной системой и включает клавишу управления, видеокамеру, блок управления и исполнительные механизмы. С помощью клавиши управления производится включение системы. Клавиша может располагаться на рычаге переключения указателей поворота, на панели приборов или центральной консоли.

Видеокамера записывает и оцифровывает изображение на определенном расстоянии от автомобиля. В системе используется монохромная камера, которая распознает линии разметки как резкое изменение градации серого. Камера объединена с блоком управления. Объединенный блок располагается на лобовом стекле за зеркалом заднего вида.

Исполнительными устройствами системы помощи движению по полосе являются контрольная лампа, звуковой сигнал, вибромотор на рулевом колесе, нагревательный элемент лобового стекла, электродвигатель электромеханического усилителя руля.

Во время работы активной системы помощи движения по полосе реализуются следующие основные функции:

• распознавание траектории полосы движения;
• визуальное информирование о работе системы;
• предупреждение водителя;
• корректировка траектории движения.

Обстановка перед автомобилем проецируется на светочувствительную матрицу камеры и преобразуется в черно-белое изображение, которое анализируется электронным блоком управления.

Алгоритм работы блока управления определяет положение линий разметки полосы, оценивает качество распознавания разметки, вычисляет ширину полосы и ее кривизну, рассчитывает положение автомобиля на полосе. На основании проведенных вычислений осуществляется управляющее воздействие на рулевое управление (тормозную систему), а если требуемый эффект удержания автомобиля на полосе не достигнут, предупреждается водитель (вибрацией рулевого колеса, звуковым и световым сигналами).

Пассивная система помощи движению по полосе, использующая видеокамеру. Слежение за разметкой, задающей границы полосы, осуществляется с помощью видеокамеры. Видоискатель камеры расположен в области лобового стекла, которая очищается щетками стеклоочистителей, что позволяет свести к минимуму ограничение видимости, вызываемое осадками в виде дождя и снега.

Если система распознает линии разметки полосы движения по обеим ее сторонам, то она находится в рабочем состоянии (активирована), о чем свидетельствует зеленая лампа подсветки.

В случае приближения автомобиля к одной из линий разметки, если он при этом может выйти за пределы полосы, система предупреждает водителя об этом вибрацией рулевого колеса.

Если при активированном ассистенте перед перестроением на другую полосу будет включен сигнал поворота, предупредительного сигнала не последует, поскольку данное перестроение система воспримет как запланированное. Предупреждение посредством вибрирующего сигнала при приближении к отслеживаемой линии разметки или при ее пересечении производится только один раз. Второй предупредительный сигнал следует лишь в том случае, если после первого сигнала автомобиль удаляется на достаточное расстояние от отслеживаемой линии разметки и после этого снова приближается к ней.

Активная система помощи движению по полосе, использующая видеокамеру. С внедрением электромеханического усилителя рулевого управления и электронной педали акселератора открылись новые возможности для непосредственного и активного влияния на ходовые качества, а также для повышения безопасности движения и обеспечения активной помощи водителю при выполнении сложных маневров. В автомобильную технику пришли функции, которые до этого были прерогативой либо живых существ, либо амбициозных проектов робототехники — оптическое восприятие ситуации (зрение), оценка ситуации (мышление) и реакция на ситуацию (действие).

Дальнейшим развитием системы помощи движению по полосе является возможность электронной системы автомобиля вмешиваться в рулевое управление в критических ситуациях. На основании оптических данных электронная система определяет траекторию движения и активно вмешивается в рулевое управление, если существует опасность непреднамеренного выхода автомобиля за пределы полосы движения, ограниченной внутренней и внешней полосами дорожной разметки.

Система помощи движению по полосе при наличии электромеханического усилителя рулевого управления и электронной педали акселератора может выполнять следующие функции:

• распознавание траектории полосы движения при наличии линий дорожной разметки или достаточного контраста между дорожным покрытием и обочиной;
• предоставление водителю визуальной информации о режиме работы ассистента движения по полосе;
• корректирующее или вспомогательное вмешательство в работу рулевого управления;
• предупреждение водителя путем ощутимой вибрации, если вмешательства системы движения по полосе недостаточно, чтобы компенсировать уход с полосы движения;
• подача визуальных и звуковых сигналов, если водитель на определенное время отпустил рулевое колесо (распознавание отпущенного рулевого колеса);
• подавление функций системы при преднамеренной смене полосы движения, например при обгоне.

После включения система помощи движению по полосе с помощью установленной в БУ камеры начинает распознавать и оценивать обстановку на дороге перед автомобилем. При этом БУ системы пытается на основании входных оптических данных определить границы полосы движения, осевую линию разметки и положение автомобиля на полосе движения. Если системе удается в рамках системных границ получить эти данные, то она остается в активном режиме. В противном случае система переходит в пассивный режим. Индикация текущего режима работы системы осуществляется с помощью контрольной лампы (активный режим — зеленый цвет, пассивный режим — желтый цвет).

В активном режиме работы система определяет траекторию и при опасности выхода автомобиля за пределы полосы движения создает корректирующий крутящий момент поворота рулевого колеса с помощью привода электромеханического усилителя рулевого управления. В пассивном режиме работы камера продолжает слежение за дорогой, а система анализирует поступающие данные, чтобы при распознавании однозначно идентифицируемой дорожной разметки или при наличии всех необходимых рамочных условий снова переключиться в активный режим работы. Контрольная лампа сообщает водителю о том, что система находится в пассивном режиме и корректирующее воздействие на рулевое управление и подача предупредительных сигналов не производятся. При преднамеренной смене полосы движения, например при обгоне или повороте, включение указателей поворота временно переводит систему в пассивный режим работы. Активный режим автоматически включается при выключении указателей поворота и при повторном распознавании однозначно идентифицируемой дорожной разметки.

На прямом участке дороги на основании распознанной дорожной разметки ассистент движения по полосе рассчитывает виртуальную полосу движения, по которой разрешено движение автомобиля (рис. 10, а). Дополнительно система определяет положение самого автомобиля относительно траектории этой виртуальной полосы. При возникновении опасности выхода автомобиля за пределы виртуальной полосы движения система рассчитывает корректирующий подруливающий момент, противодействующий отклонению автомобиля от полосы и равный максимум 3 Нм, и реализует его через электромеханический усилитель рулевого управления (рис. 1, б).

Рис. 1. Схема движения автомобиля на прямом участке дороги: а — опасности нет; б — опасность есть; 1 — боковое совмещение продольной оси автомобиля и границы виртуальной полосы движения; 2 — виртуальная полоса движения

Сила корректирующего воздействия зависит от угла, под которым автомобиль приближается к распознанной границе полосы движения. Корректирующее подруливание действует максимум в течение 100 с или прекращается, если автомобиль в пределах этого временного отрезка возвращается на траекторию полосы движения. Водитель может в любой момент без особых усилий преодолеть корректирующее воздействие активным рулением, например при преднамеренной смене полосы движения без включения указателей поворота. Если момента корректирующего подруливания недостаточно, чтобы удержать автомобиль в пределах полосы движения, то электродвигатель электромеханического усилителя рулевого колеса возбуждает вибрацию рулевого механизма, ощущаемую водителем в качестве предупредительного сигнала.

При движении автомобиля в повороте, даже при затяжных поворотах, т.е. при большом радиусе поворота, ассистент движения по полосе способен предотвращать отклонение автомобиля от расчетной полосы движения. При этом виртуальная полоса движения рассчитывается системой так, чтобы внутренняя граница виртуальной полосы совпадала с распознанной реальной дорожной разметкой полосы движения с внутренней стороны поворота. Если максимального времени корректирующего вмешательства в 100 с недостаточно для удержания автомобиля в пределах полосы движения на повороте, то включается сигнализация с помощью вибрации, раздается предупредительный звуковой сигнал, а также появляется текстовое сообщение на дисплее комбинации приборов, призывающие водителя взять рулевое управление на себя.

Наряду с контролем за движением автомобиля в пределах полосы, ассистент движения по полосе также следит за тем, не отпустил ли водитель рулевое колесо на определенный интервал времени и тем самым оказался не готов к рулению, например вследствие усталости или из-за отвлекающих действий.

Неровности дорожного покрытия при движении автомобиля создают усилия, воспринимаемые рулевым механизмом. Если водитель удерживает рулевое колесо как минимум одной рукой, указанные выше силы приводят к тому, что через шестерню рулевой колонки на нижний конец торсиона воздействуют постоянно меняющиеся моменты, пытающиеся повернуть рулевую колонку на небольшую величину. Поскольку водитель удерживает рулевое колесо, то верхний конец торсиона остается неподвижным. При этом торсион постоянно скручивается влево и вправо на небольшой угол. Эти непрерывные изменения угла скручивания торсиона измеряются с помощью датчика момента поворота рулевого колеса и в результате обработки сигнала в БУ усилителя рулевого управления возникает непрерывная последовательность сигналов, которая не прекращается, пока водитель удерживает рулевое колесо и не производит намеренного руления. Серия таких сигналов сообщает ассистенту движения по полосе о том, что водитель удерживает рулевое колесо.

Если водитель отпускает рулевое колесо, то верхний конец торсиона перестает быть неподвижным. Весь рулевой механизм, включая рулевое колесо, может свободно вращаться. Теперь, в отличие от положения удержания водителем рулевого колеса, крутящие моменты, возникающие из-за неровностей дорожного покрытия, не приводят к переменному скручиванию торсиона, так что датчик крутящего момента не регистрирует никаких изменений угла скручивания. Последовательность сигналов отсутствует. Если система обнаруживает, что это состояние длится более 8 с, то включается предупредительный сигнал, указывающий водителю на опасность, которая может возникнуть в результате отпускания рулевого колеса.

Система помощи движению по полосе предназначена для использования при движении по магистралям и шоссе. Поэтому она работает при скорости свыше 65 км/ч. В неблагоприятных условиях, например при загрязненном или заснеженном дорожном полотне, при слишком узкой полосе движения или при неоднозначной разметке полос, как это имеет место на ремонтных участках магистралей, система временно деактивируется.

Система помощи при перестроении (ассистент смены полосы движения)

Часто причиной аварий при перестроении в другой ряд является то, что водитель не замечает транспортные средства на соседних полосах.

Система помощи при перестроении (другие названия — система мониторинга «слепых» зон, система информирования о «мертвой» зоне, система безопасного перестроения из ряда в ряд) предупреждает водителя об опасности столкновения при смене полосы движения.

Известными разработчиками таких систем являются:

• Audi, Volkswagen — система Side Assist;
• BMW — система Lane Change Warning;
• Mazda — система Rear Vehicle Monitoring (RVM);
• Mercedes-Benz — система Blind Spot Assist;
• Porshe — система Spurwechselassistent (SWA);
• Ford — система Blind Spot Infomation System (BLISTM);
• Volvo — система Blind Spot Information System (BLIS).

Система Side Assist признана Европейским комитетом независимой экспертизы безопасности автомобилей (Euro New Assessment Programme, NCAP) одной из лучших систем безопасности 2010 г.

Система включает следующие конструктивные элементы:

• кнопку (клавишу) включения на рычаге переключателя указателя поворотов (на панели двери);
• радары в наружных зеркалах заднего вида с правой и левой сторон;
• электронные блоки управления;
• сигнальные лампы (предупреждающие индикаторы) на наружных зеркалах заднего вида с правой и левой сторон;
• вибромотор на рулевом колесе;
• контрольную лампу на панели приборов.

Электронные блоки управления (по одному на каждую сторону) анализируют отраженные излучения радаров, на основании которых:

• производится слежение за подвижными объектами;
• распознаются неподвижные объекты (припаркованные автомобили, дорожное ограждение, столбы и др.);
• при необходимости включается сигнальная лампа.

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 (рис. 2).

Рис. 2. Сигнальные лампы, встроенные в зеркало заднего вида

Сигнальная лампа работает в режимах:

• информирования — горит непрерывно при нахождении объекта в «слепой» зоне;
• предупреждения — мигает при перестроении из ряда в ряд и при нахождении объекта в «слепой» зоне.

При обнаружении помехи на одной из соседних полос в зеркале соответствующей стороны загорается сигнальная лампа. Если водитель не перестраивается в другой ряд, то сигнальная лампа горит непрерывным светом, сообщая этим о наличии помехи. Когда водитель включает указатели поворота, т.е. хочет перестроиться в занятый соседний ряд, сигнальная лампа предупреждает его об опасности четырехкратным миганием.

Ниже в качестве примера описываются две типичные дорожные ситуации, в которых ассистент смены полосы движения подает предупреждающий сигнал (рис. 3).

Рис. 3. Типичные дорожные ситуации применения ассистента смены полосы движения: а — ситуация 1; б — ситуация 2; SWA — автомобиль, оборудованный ассистентом

Ситуация 1. Оборудованный SWA автомобиль V1 движется по средней полосе трехполосной магистрали и опережает движущийся справа автомобиль V2 (рис. 3, а). Скорость автомобиля с SWA превышает скорость обгоняемого автомобиля менее 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 V3 с SWA движется со средней скоростью по правой полосе трехполосной магистрали (рис. 3, б).

По средней полосе его быстро нагоняет другое транспортное средство V4. Ассистент смены полосы движения обнаруживает приближающийся автомобиль 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 автомобилями, 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.