Парковочные системы автомобиля

Парковочная система (система помощи при парковке, парктроник) является вспомогательной системой активной безопасности автомобиля, облегчающей процесс парковки. Наибольшая эффективность от применения парковочной системы реализуется при движении автомобиля задним ходом, в темное время суток, при сильной тонировке стекол, а также в стесненных условиях (парковка, гараж и др.).

Парковочные системы можно условно разделить на две большие группы — пассивные (предупреждающие) и активные (автоматические). Пассивные парковочные системы (звуковая система, система с одной видеокамерой заднего вида и система с несколькими видеокамерами) представляют только необходимую для парковки информацию, при этом управление автомобилем осуществляется водителем. Активные парковочные системы обеспечивают парковку автомобиля в автоматическом или автоматизированном (автоматически выполняются отдельные функции) режиме.

Пассивные (предупреждающие) системы

Известными пассивными парковочными системами являются:

• Parktronic System (PTS) на автомобилях Audi;
• Acoustic Parking System (APS) на автомобилях Audi;
• Optical Parking System (OPS) на автомобилях Audi;
• Parking Distance Control (PDC) на автомобилях BMW;
• Park Assistant на автомобилях Opel.

Пассивные парковочные системы устанавливаются на автомобиль при покупке в качестве опции или отдельно. На один автомобиль может быть установлено несколько пассивных парковочных систем. В основу их работы положен контроль расстояния до препятствия и информирование водителя об этом.

Торговое название Parktronic System (парктроник), ввиду его популярности, стало нарицательным именем большинства пассивных парковочных систем, устанавливаемых на автомобили. Конструктивно парктроник включает датчики парковки, электронный блок управления и устройство индикации.

Звуковая система позволяет водителю по звуковым сигналам, находящимся на рабочем месте водителя, оценить расстояние до ближайшего препятствия. Она состоит из нескольких датчиков (передающих и принимающих) (рис. 1) в переднем и заднем бампере автомобиля, основного блока управления, блока управления дисплеем, зуммеров, дисплея.

Рис. 1. Расположение датчиков в заднем бампере автомобиля

Датчик выполнен из алюминиевого корпуса с селективной степенью затухания пьезоэлектрической пластины в качестве генератора сигналов и снабжен электронной схемой для генерирования ультразвуковых волн и оценки отраженных и принимаемых волн. Ультразвуковые датчики представляют собой небольшие приемопередающие модули (рис. 2). Принцип работы датчиков базируется на излучении ультразвукового сигнала, не воспринимаемого человеком. Этот сигнал распространяется в виде звуковых волн в окружающей среде с постоянной скоростью. Звуковые волны представляют собой происходящие концентрические волнообразные изменения плотности и давления частиц окружающего воздуха. Скорость распространения звука зависит от плотности среды, в которой он движется.

Рис. 2. Принципиальная схема работы ультразвукового датчика: 1 — ультразвуковой датчик; 2 — устройство для измерения времени; 3 — объект измерения; 4 — звуковые волны

При нормальном давлении (1 бар) и температуре 20 °C звук распространяется в воздухе со скоростью 343 м/с. Зависимость скорости распространения звука от температуры является основанием для использования системой управления сигнала от датчика наружной температуры в качестве корректирующей величины. Звуковые волны, попадая на предмет (например, на стену), отражаются от него в степени, зависящей от характеристик предмета. Это означает, что звуковые волны возвращаются к датчику и принимаются его микрофоном. При этом датчик измеряет время, прошедшее между отправкой сигнала и приемом отраженных волн. На основании измерения этого времени блок управления может определить расстояние от автомобиля до предмета.

Передаваемые уровни соответствуют напряжению логической схемы и, следовательно, нечувствительны к возмущению, поэтому отсутствует необходимость в экранировании сигнальных линий.

Датчики включаются циклически каждые 25 мс и генерируют ультразвуковой импульс продолжительностью примерно 1 мс. Все датчики затем переключаются на режим «прослушивания», для того чтобы воспринимать отраженные волны. Расстояние до препятствия, от которого отражаются волны, вычисляется посредством оценки длительности прохождения сигнала (длительности прохождения волн от передатчика до принимающего датчика). Наикратчайшее расстояние от препятствия до бампера показывается водителю на дисплее.

При движении вперед со скоростью ниже 15 км/ч работают только датчики, расположенные на переднем бампере. Во время переключения на передачу заднего хода приводятся в действие датчики на заднем бампере.

Блок управления системой служит для подачи напряжения питания к датчикам, оценки и обработки сигналов датчиков, управления предупреждающими зуммерами, передачи блоку управления передней панели управления, индикации и выдачи информации данных, необходимых для вывода изображения на дисплей.

Звуковой сигнал подается предупреждающими зуммерами. Расстояние, на котором датчики парковочной системы однозначно различают препятствия, зависит от места их установки:

• боковой задний датчик — примерно 60 см;
• боковой передний датчик — примерно 90 см;
• средний задний датчик — примерно 120 см;
• средний передний датчик — примерно 160 см.

Прерывистый сигнал становится непрерывным, когда расстояние до препятствия сокращается до следующих значений:

• спереди — примерно 25 см;
• сзади без тягово-сцепного устройства — примерно 30 см;
• с тягово-сцепным устройством — примерно 35 см.

Звуковая система парковки включается автоматически.

При наличии дисплея в дополнение к звуковому предупреждению на нем отображается фактическое расстояние от отдельных датчиков до имеющихся препятствий. Контролируемая зона разбита на секторы по числу датчиков (рис. 1). В каждом из секторов имеется красная метка, которая отмечает расстояние между датчиком и ближайшим к нему препятствием. Когда расстояние между автомобилем и препятствием сокращается, соответствующая красная метка на экране приближается к автомобилю.

Рис. 1. Изображение на дисплее парковочного ассистента: 1 — сегмент; 2 — сектор

Система обзора окружающего пространства с одной или несколькими камерами заднего вида. Камера заднего вида является дополнением к звуковой системе парковки и позволяет контролировать ситуацию позади автомобиля, передавая изображение на дисплей. Камера встраивается в ручку двери багажного отсека и позволяет водителю видеть то, что происходит сзади. Изображение с камеры появляется на дисплее автоматически при включении передачи заднего хода.

Парковочный ассистент и камера заднего вида лишь помогают водителю в обзоре пространства вокруг автомобиля и оценке расстояния до препятствий, поэтому впоследствии стали применять более совершенные системы парковки.

Следующим поколением развития парковочных систем являются активные парковочные системы.

Система автоматической парковки (парковочный автопилот)

Система автоматической парковки (интеллектуальная система помощи при парковке, парковочный автопилот) относится к активным парковочным системам, так как обеспечивает парковку автомобиля в автоматическом или автоматизированном режиме.

Такая система осуществляет не только осмотр пространства вокруг автомобиля, но и самостоятельно поворачивает рулевое колесо с электроусилителем рулевого управления при парковке автомобиля задним ходом. Водитель при этом управляет во время парковки педалями акселератора, сцепления или тормоза. При необходимости в любой момент времени водитель может взять на себя контроль рулевого управления и прервать процесс автоматической парковки.

Наряду с парковкой автомобиля задним ходом к правой стороне дороги, в системе предусмотрена возможность парковки и к левой стороне дороги, например для улиц с односторонним движением.

Различные системы автоматической парковки помогают при выполнении параллельной и перпендикулярной парковок. Более распространены системы с параллельной парковкой.

Известными интеллектуальными системами помощи при парковке являются:

• Park Assist на автомобилях Volkswagen;
• Park Assist Vision на автомобилях Volkswagen;
• Intelligent Parking Assist System на автомобилях Toyota, Lexus;
• Remote Park Assist System на автомобилях BMW;
• Active Park Assist на автомобилях Mercedes-Benz, Ford;
• Advanced Park Assist на автомобилях Opel.

Парковочный автопилот является примером взаимодействия различных систем автомобиля с использованием коммуникаций по шине CAN для выполнения комплексной функции, например активного руления при парковке. Наряду с парковочным автопилотом, задействованы следующие системы:

• курсовой устойчивости;
• управления двигателем и коробкой передач;
• электромеханический усилитель рулевого управления;
• тормозная система с ABS и ESP;
• электронные составляющие приборной панели и рулевой колонки;
• система распознавания прицепа.

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

Электронный блок управления принимает сигналы от ультразвуковых датчиков и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства.

Парковка транспортного средства может осуществляться двумя способами: непосредственно водителем с помощью предлагаемых системой инструкций или автоматически без участия водителя.

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

Процесс парковки задним ходом с использованием парковочного автопилота можно разделить на четыре этапа:

1. активирование парковочного автопилота;
2. поиск подходящего свободного места на стоянке;
3. парковка с использованием функции руления;
4. завершение процесса парковки.

Активирование парковочного автопилота. Парковочный автопилот имеет отдельные функции парковочного ассистента и самостоятельного поворота рулевого колеса при парковке. Включение и выключение этих функций осуществляется двумя разными кнопками. Сначала водитель должен решить, будет ли он самостоятельно парковать автомобиль, пользуясь при этом системой контроля дистанции при парковке, или это выполнит парковочный автопилот задним ходом, предоставив водителю управление только педалями акселератора, сцепления и тормоза. Водитель должен выбрать, будет он парковаться задним ходом к правой стороне дороги или же парковка будет произведена к левой стороне дороги (например, при движении по улице с односторонним движением). Возможно также самостоятельно припарковать автомобиль, а парковочный автопилот использовать лишь для поиска подходящего свободного места на парковке.

Поиск подходящего свободного места на стоянке. Измерение размеров подходящего свободного места на парковке осуществляется при помощи ультразвуковых датчиков, расположенных по обеим сторонам автомобиля. Для проведения измерения свободного места на парковке скорость автомобиля не должна превышать 30 км/ч. На скорости от 30 до 45 км/ч датчики парковочного автопилота отключаются. В этом случае система считает, что процесс поиска прерван и будет продолжен в другом месте. При скорости движения выше 45 км/ч парковочный автопилот отключается полностью, при необходимости его следует активировать заново. При скорости движения ниже 30 км/ч и расстоянии до припаркованных автомобилей от 0,5 до 1,5 м парковочный автопилот начинает поиск подходящего места для парковки на правой стороне дороги (рис. 4, а).

Рис. 4. Процесс поиска подходящего свободного места на стоянке: а — поиск места для парковки; б — прерывание процесса поиска

Если в процессе поиска свободного места на парковке система регистрирует, что угол между осью автомобиля и бордюром или линией припаркованных автомобилей становится больше 20° (рис. 4, б), то парковочный автопилот воспринимает это не как парковку, а как другой маневр, например разворот, и прерывает процесс поиска.

Для определения величины угла прохождения парковочный автопилот может исследовать и сравнивать с осью автомобиля разные препятствия: линию, образованную припаркованными автомобилями; бордюр; стены домов или заборы. Для анализа используется лишь ближайшее к автомобилю препятствие. До тех пор пока не найдено подходящее свободное место на парковке, край дороги на экране дисплея автомобиля отображается в виде непрерывной последовательности заштрихованных прямоугольников (рис. 5, а).

Рис. 5. Отображение свободного места при парковке: а — свободное место не найдено; б — свободное место имеется; в — начало парковки

Если свободное место подходит для парковки автомобиля, то оно отображается в виде свободного пространства между заштрихованными прямоугольниками (рис. 5, б). Одновременно система проверяет, находится ли автомобиль в правильном положении по отношению к свободному месту на парковке, достаточное ли расстояние автомобиль проехал вперед для того, чтобы въехать в свободное место, и параллельна ли ось автомобиля свободному месту на парковке или краю дороги.

Если достигнуто правильное положение, то появляется стрелка (рис. 5, в), показывающая, что парковочный автопилот готов к выполнению функции руления. Это произойдет только в том случае, если автомобиль не движется. Буква R на изображении автомобиля указывает, что водитель должен самостоятельно включить передачу заднего хода.

Минимальный размер места для парковки определяется на основании длины автомобиля и необходимого для маневрирования расстояния с учетом безопасного расстояния. Общая длина выбирается таким образом, чтобы автомобиль мог припарковаться в один прием. Это означает, что парковочный автопилот должен расположить автомобиль так, чтобы водителю осталось лишь немного подать автомобиль вперед для выравнивания автомобиля после процедуры парковки.

Парковка с использованием функции руления. Водитель запускает процесс автоматической парковки следующим образом: на стоящем автомобиле он включает передачу заднего хода, нажимает на педаль акселератора и отпускает педаль тормоза. При этом водитель не должен поворачивать рулевое колесо. Соответствующая индикация на дисплее комбинации приборов указывает лишь на то, что включен режим автоматического руления, и водитель должен следить за обстановкой вокруг автомобиля, чтобы в случае опасности прервать процесс парковки или завершить его вручную. Процесс парковки автомобиля задним ходом поделен блоком управления парковочного автопилота на пять этапов. Это необходимо потому, что система не имеет возможности непосредственного визуального контроля для реагирования на индивидуальное развитие процесса. Проще говоря, в «памяти» сохранен стандартизированный процесс парковки, который при необходимости воспроизводится в пять этапов. Таким образом, парковочный автопилот поэтапно следует заранее заданной траектории.

Сначала колёса приводятся в положение прямолинейного движения, и автомобиль немного проезжает назад, как только водитель нажимает на педаль акселератора и отпускает педаль тормоза (рис. 6).

Рис. 6. Этап парковки 1: а — процесс регулирования; б — процесс парковки; 1 — датчик угла поворота колеса; 2 — блок управления парковочного автопилота; 3 — датчик момента поворота рулевого колеса; 4 — блок управления усилителя рулевого управления; 5 — электродвигатель электромеханического усилителя рулевого управления

Затем от блока управления парковочного автопилота 2 на блок управления усилителя рулевого управления 4 поступает сигнал о том, что колеса необходимо повернуть вправо. При этом автомобиль задним ходом въезжает в свободное место на парковке под углом к линии припаркованных автомобилей (рис. 7). Водитель должен следить за тем, чтобы скорость движения не превышала 7 км/ч. В противном случае система автоматически прерывает процесс парковки.

Рис. 7. Этап парковки 2: а — процесс регулирования; б — процесс парковки (позиции соответствуют позициям рис. 6)

Используя данные о дистанции от ультразвуковых датчиков и сигналы, поступающие от датчика угла поворота рулевого колеса 1, парковочный автопилот контролирует положение автомобиля в свободном пространстве между припаркованными автомобилями и, руководствуясь записанными в память блока управления сегментами движения, определяет, с какого момента колёса необходимо вновь привести в положение прямолинейного движения, чтобы продолжить въезд на место для парковки (рис. 8).

Рис. 8. Этап парковки 3: а — процесс регулирования; б — процесс парковки (позиции соответствуют позициям рис. 6)

По окончании третьего этапа движения колёса поворачиваются влево (рис. 9) для того, чтобы автомобиль мог въехать на парковочное место. Автомобиль заезжает в свободное пространство и встает параллельно к проезжей части. При уменьшении расстояния до объекта за автомобилем до минимального безопасного значения раздается звуковой сигнал, как и при работе парковочного ассистента.

Рис. 9. Этап парковки 4: а — процесс регулирования; б — процесс парковки

Завершение процесса парковки. Если автомобиль припаркован не параллельно бордюру или стене, то парковочный автопилот распознает эту ситуацию (рис. 10). Теперь, когда автомобиль стоит, водитель должен выключить передачу заднего хода, подождать до тех пор, пока колеса установятся в положение прямо, и включить первую передачу. Теперь автомобиль должен проехать немного вперед до тех пор, пока индикатор на дисплее не укажет на завершение процесса парковки. Если парковочный автопилот считает, что процесс парковки завершен, то сообщение на дисплее «Функция руления активна! Следить за обстановкой!» меняется на «Автоматическая парковка завершена!». При этом отключается режим автоматического руления и в кнопке парковочного автопилота гаснет контрольная лампа.

Рис. 10. Этап парковки 5: а — процесс регулирования; б — процесс парковки

В интеллектуальной системе помощи при парковке используются ультразвуковые датчики, аналогичные пассивной парковочной системе, но имеющие большую дальность действия (до 4,5 м). Количество датчиков в зависимости от разновидности системы различается. Например в системе Park Assist последнего поколения устанавливается 12 ультразвуковых датчиков: 4 впереди, 4 сзади и 4 по бокам автомобиля.

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