Słowo „radar” to skrót od słów Radio Detection and Ranging, które w wolnym tłumaczeniu oznacza „lokalizację radiową i pomiar odległości”. Mówiąc w uproszczeniu, radar generuje skupione fale elektromagnetyczne o prędkości światła, czyli tzw. sygnały pierwotne. Gdy fale trafiają na jakiś obiekt, są odbijane jako echo (sygnały wtórne) i odbierane oraz analizowane przez system. Obwód analityczny systemu potrafi na ich podstawie określać kierunek, odległość i prędkość obiektów.

Czujniki radarowe wykorzystuje się w różnych systemach wspomagania kierowcy do pomiarów odległości różnych obiektów z przodu i tyłu pojazdu. Czujniki umieszczonych z przodu pojazdu systemów, takich jak adaptacyjne tempomaty (ACC – Adaptive Cruise Control), są już od lat dostępne w różnych pojazdach mechanicznych. W ramach ulepszania przeciwwypadkowych systemów wspomagania kierowcy stale rośnie zainteresowanie czujnikami radarowymi tyłu pojazdu. Coraz więcej modeli samochodów wyposaża się w nie seryjnie. Z tego właśnie względu kwestie ich diagnostyki i napraw staną się prędzej czy później chlebem powszednim nie tylko autoryzowanych, ale też niezależnych warsztatów samochodowych. W tym artykule poruszymy tematykę czujników radarowych w aplikacjach tylnych oraz ich zastosowania w systemie wspomagania kierowcy zwanym asystentem zmiany pasa ruchu.

© Hella

Już w roku 2005 firma HELLA zastosowała seryjnie pierwszą generację czujników radarowych 24 GHz. Ten układ sensoryczny wykorzystywany jest z reguły w sprawdzonych już funkcjach standardowych, takich jak układ rozpoznawania martwego pola, asystent parkowania tyłem czy wspomniany już asystent zmiany pasa ruchu. Czujnik radarowy rejestruje i analizuje informacje o prędkości, kącie i odległości obiektów w obszarze do 70 metrów za pojazdem. Już od pierwszej generacji urządzeń stosuje się tu metodę modulacyjną LFMSK (Linear Frequency Modulation Shift Keying). Dzięki niej odległość i względną prędkość ruchu więcej niż jednego obiektu można mierzyć i rejestrować przy użyciu tylko jednego sygnału (chirp), którego częstotliwość zmienia się w czasie.

W trzeciej generacji urządzeń radarowych stosowany jest ulepszony wariant FM, w którym szerokość pasma modulacji jest ograniczona do maksymalnie 200 MHz. System pracuje ze średnią mocą nadawczą 13 dBm (EIRP) w paśmie częstotliwości od 24,05 do 24,25 GHz. Uzyskiwana w ten sposób dokładność lokalizacji do 0,75 m wystarcza na potrzeby realizowanych funkcji tyłu pojazdu. Do określania kąta służy tu metoda monoimpulsowa: system porównuje fazowe odbicia sygnału wysyłanego impulsowo o różnej dla każdej ze stron pojazdu częstotliwości.

Czwarta generacja czujników radarowych ma zintegrowaną dodatkową funkcję bezpieczeństwa, tzw. asystenta wysiadania. Pozwala ona rozpoznawać niebezpieczne sytuacje mogące mieć miejsce podczas opuszczania samochodu (np. przejazd innego pojazdu) i ostrzegać przed nimi pasażerów. Zalety tej techniki to m.in.:

• możliwość montażu lub integracji czujników w pozycji ukrytej za zderzakiem dzięki niewielkim rozmiarom i dobrej jakości transmisji sygnału 24 GHz,
• idealne dopasowanie sposobu modulacji częstotliwości i rozmiaru anteny,
• zaawansowany poziom masowej produkcji, funkcji i montażu urządzeń,
• optymalny stosunek kosztów do funkcji w porównaniu z innymi technologiami radarowymi.

Obszary zastosowań

W zależności od generacji czujnika możliwa jest integracja następujących aplikacji:
Monitorowanie martwego pola: ta funkcja kontroluje obszar leżący w martwym polu widzenia kierowcy i ostrzega go przed niebezpiecznymi sytuacjami przy zmianie pasa ruchu. Jest to czujnik bliskiego zasięgu.
Tylny system Precrash: obserwuje pojazdy zbliżające się od tyłu i w razie nieuniknionej kolizji aktywuje różne elementy bezpieczeństwa, np. poduszkę powietrzną, pasy bezpieczeństwa itp.
Asystent zmiany pasa: ostrzega kierowcę, jeżeli zmiana pasa może się wiązać z niebezpieczeństwem. Odległość ostrzegania równa 70 metrów umożliwia kierowcy dostatecznie wczesne przerwanie manewru zmiany pasa. Funkcja ta znacznie zwiększa bezpieczeństwo jazdy po autostradzie.
Asystent włączania do ruchu: ostrzega przed nadjeżdżającymi pojazdami przy włączaniu się do ruchu z miejsca parkingowego. Funkcja jest uaktywniana przez włączenie wstecznego biegu i wykorzystuje zasięg bocznego czujnika radarowego.
Asystent wysiadania z pojazdu: monitoruje okolicę lewych i prawych drzwi pojazdu, zarówno po stronie kierowcy, jak i pasażera, a także obszar z przodu i z tyłu. Funkcja ta ostrzega użytkowników pojazdu, jeżeli nie jest możliwe bezpieczne otwarcie drzwi.

Asystent zmiany pasa

Jedną z innowacji technicznych w dziedzinie systemów wspomagania kierowcy jest asystent zmiany pasa ruchu. Informuje on kierowcę o możliwych zagrożeniach przy zmianie pasa na drogach dwujezdniowych i autostradach, przez co przyczynia się do redukcji liczby wypadków, a więc zwiększa poziom bezpieczeństwa ruchu drogowego.
Informacje o różnych systemach i funkcjach przedstawiono na przykładzie systemu wspomagania kierowcy „Audi Side Assist”.

Proces ustalania możliwego zagrożenia przez asystenta zmiany pasa odbywa się na podstawie wielu różnych danych. Potrzebne informacje sterownik uzyskuje z różnych źródeł. Sterownik master i slave są ze sobą połączone własną szybką magistralą CAN. Wymiana danych odbywa się z szybkością 500 kbit/s. Komunikację sterownika master z innymi podzespołami pojazdu i wymianę informacji zapewnia połączenie z interfejsem diagnostycznym.. © Hella

Proces ustalania możliwego zagrożenia przez asystenta zmiany pasa odbywa się na podstawie wielu różnych danych. Potrzebne informacje sterownik uzyskuje z różnych źródeł. Sterownik master i slave są ze sobą połączone własną szybką magistralą CAN. Wymiana danych odbywa się z szybkością 500 kbit/s. Komunikację sterownika master z innymi podzespołami pojazdu i wymianę informacji zapewnia połączenie z interfejsem diagnostycznym..

Komponenty i pozycje montażowe

Sterowniki
Asystent zmiany pasa składa się ze sterownika nadrzędnego (master) i sterownika podrzędnego (slave). Ich budowa jest identyczna. W połączeniu ze zintegrowanym czujnikiem radarowym oba sterowniki tworzą samodzielny komponent. Powyżej czujnika radarowego sterownik ma osłonę nazywaną „kopułką”. Jest ona wykonana ze specjalnego materiału, który optymalnie przepuszcza promieniowanie radarowe. Sterownik master (1) jest zamontowany za zderzakiem po lewej stronie, a sterownik slave (2) – za zderzakiem po prawej stronie.

Lampki ostrzegawcze
System dysponuje czterema ostrzegawczymi diodami LED zintegrowanymi z obudowami lewego i prawego lusterka zewnętrznego.

Włącznik-wyłącznik
Przycisk umożliwiający włączanie i wyłączanie funkcji asystenta zmiany pasa jest zintegrowany z osłoną powyżej tapicerki lewych przednich drzwi pojazdu. Dioda LED znajdująca się w przycisku informuje o stanie funkcji. System zapamiętuje ostatni aktywny stan i aktywuje go po ponownym uruchomieniu pojazdu.

Opis funkcji

Asystent zmiany pasa „Side Assist” działa od prędkości 30 km/h. Pole zasięgu czujników radarowych wynosi ok. 50 metrów z tyłu i ok. 3,60 metra z boku pojazdu. System monitoruje sytuację za i po bokach samochodu przy użyciu czujników radarowych. Monitorowany obszar obejmuje niewidoczne dla kierowcy „martwe pole” zarówno po stronie kierowcy, jak i pasażera. Gdy w monitorowanym obszarze znajduje się pojazd, ale nie jest wykonywana zmiana pasa, kierowca informowany jest przez lekkie świecenie wskaźników LED w prawym lub lewym lusterku bocznym. Intensywność świecenia jest w tym przypadku niższa, aby wykluczyć niepotrzebne odwracanie uwagi kierowcy. Jeżeli w takiej sytuacji włączy on kierunkowskaz w celu sygnalizowania zmiany pasa ruchu, jest ostrzegany przez intensywne miganie lampki ostrzegawczej lusterka zewnętrznego odpowiednio: po prawej lub lewej stronie pojazdu. Gdy system zarejestruje inny pojazd, sterownik oblicza jednocześnie czas do możliwej kolizji. Na podstawie tej oceny system rozróżnia pojazdy zbliżające się, jadące z taką samą prędkością i poruszające się wolniej.

Zbliżające się pojazdy
Pojazd znajdujący się jeszcze w znacznej odległości może być uznany za zagrożenie, jeśli zbliża się szybko z dużą prędkością. Lampka ostrzegawcza w lusterku uaktywniana jest wcześniej.

Pojazdy jadące z taką samą prędkością
Jeżeli przy zmianie pasa pojazdy jadące równolegle zostaną uznane za zagrożenie, uaktywniana jest lampka ostrzegawcza. Sygnalizowane są wszystkie obiekty zarejestrowane w „martwym polu”.

Pojazdy jadące wolniej
Jeżeli zarejestrowany obiekt jest wyprzedzany przez pojazd powoli, przy różnicy prędkości mniejszej niż 15 km/h, lampka ostrzegawcza jest uaktywniana, gdy jadący wolniej pojazd znajdzie się w martwym polu. Jeżeli pojazd jest wyprzedzany z różnicą prędkości większą od 15 km/h, system nie ostrzega kierowcy.

Jazda po zakręcie
Jeżeli promień zakrętu przekracza 170 metrów, system rozpoznaje obiekty znajdujące się za nim. Gdy promień zakrętu jest mniejszy, asystent zmiany pasa nie jest aktywny, ponieważ czujniki nie mogą objąć całego zasięgu monitorowania, czyli obszaru do 50 metrów za pojazdem.

Pozostałe funkcje

Jazda z przyczepą
Po wykonaniu połączenia elektrycznego z zainstalowanym fabrycznie hakiem przyczepy asystent zmiany pasa wyłącza się automatycznie.

Ustawianie jasności wskazań lampki ostrzegawczej
Jasność lampki ostrzegawczej jest ustawiana automatycznie przez system. System dokonuje nastawy na podstawie danych dostarczanych przez czujnik deszczu i światła. Kierowca ma jednak także możliwość ustawiania jasności sygnałów zgodnie ze swoimi preferencjami w module multimedialnym (Multi Media Interface, MMI). Jeżeli górna i dolna granica regulacji została już osiągnięta w ramach automatycznego ustawienia, nie jest już możliwe dokonanie zmiany jasności. Wartości ustawień są zapisywane indywidualnie dla każdego kluczyka pojazdu.

Sterowniki zintegrowane z systemem:

Sterownik deski rozdzielczej
Optyczna i akustyczna informacja dla kierowcy o zakłóceniach.

Czujnik deszczu i światła
Informuje sterownik master o zmierzonej aktualnej jasności otoczenia na potrzeby ustawienia jasności lampek ostrzegawczych.

Sterownik ABS
Informacja o prędkości obrotowej kół i współczynniku odchylenia od osi pionowej.

Sterownik detektora przyczepy
Informacja dotycząca jazdy z przyczepą.

Przycisk asystenta zmiany pasa
Informacja, że asystent zmiany pasa jest włączony/wyłączony.

Sterownik centralny funkcji komfortu
Informacja dotycząca zmiany pasa ruchu po włączeniu kierunkowskazu, informacja „cofanie” przy włączonym biegu wstecznym.

Sterownik uprawnień do rozruchu
Informacja dotycząca uprawnień dostępu i komunikat o kluczyku.

Sterownik jednostki wskaźnikowo-obsługowej
Indywidualna regulacja „jasności lampek ostrzegawczych”.

Informacje dla kierowcy we wskaźniku wielofunkcyjnym

W razie wyłączenia systemu na wyświetlaczu wskaźnika wielofunkcyjnego pojawiają się następujące wskazówki:
System Audi Side Assist: niedostępny –zablokowane czujniki: obszar roboczy lub pole widzenia czujników zablokowane przez bagażnik na rowery lub podobny przedmiot;
Audi Side Assist: zakłócenie systemu –defekt czujnika uniemożliwia niezawodne działanie systemu i powoduje jego wyłączenie;
Audi Side Assist: system obecnie niedostępny – tymczasowe wyłączenie systemu ze względu na defekt lub za niski poziom naładowania akumulatora;
Audi Side Assist: system niedostępny w trybie jazdy z przyczepą – została rozpoznana przyczepa.

Ograniczenia funkcji

System radarowy jest skonstruowany w sposób uwzględniający wszystkie sytuacje drogowe występujące na pasach ruchu o normalnej szerokości z lewym i prawym poboczem. System może jednak w niektórych sytuacjach włączyć lampkę ostrzegawczą w lusterku, mimo że w obszarze krytycznym dla zmiany pasa nie znajduje się żaden inny pojazd. Oto wybrane przykłady takich sytuacji według informacji producenta pojazdu:

• kierowca jedzie po wąskich drogach blisko krawędzi jezdni i system rejestruje pojazdy na dalszym pasie ruchu,
• podczas pokonywania ostrzejszych zakrętów system może zareagować na pojazd znajdujący się na drugim najbliższym pasie ruchu,
• reakcja na za wysokie lub przesunięte barierki drogowe lub inne obiekty,
• ograniczenia funkcji wskutek złych warunków pogodowych.

Prace serwisowe – diagnostyka

Kod błędu
W ramach tej funkcji można odczytywać i usuwać kody błędów zapisane w rejestratorze. Dodatkowo można też wyświetlać informacje o poszczególnych kodach błędów.

Odczyt parametrów
Funkcja umożliwia wyświetlanie aktualnych wartości pomiarowych sterownika.

Testy nastawników

• wysterowywanie części za pośrednictwem sterownika w systemach elektronicznych,
• kontrola funkcji podstawowych i połączenia kablowego komponentu.

Kodowanie

• aktywowanie (kodowanie) nowych komponentów lub dodatkowych funkcji systemów,
• kodowanie nastawników lub sterowników po wymianie.

Identyfikacja sterowników

Tutaj można odczytywać specjalne informacje o systemie i sterownikach.

Kalibracja

Warunkiem prawidłowego działania asystenta pasa ruchu jest jego adaptacja po wykonaniu następujących prac:

• wymiana jednego lub obu sterowników,
• naprawa karoserii w tylnym pasie pojazdu,
• zmiana położenia tylnego zderzaka,
• zmiana pozycji montażowej sterowników przez montaż i demontaż.

Do kalibracji systemu, oprócz testera diagnostycznego potrzebne są także radar dopplerowski i tablica kalibracyjna. Przyrządy kontrolne należy odpowiednio rozmieścić za pojazdem zgodnie z instrukcją producenta. Radar dopplerowski symuluje poruszający się obiekt. Kalibracja jest uruchamiana i przeprowadzana zgodnie z programem przez tester diagnostyczny. W ramach tego całkowicie automatycznego procesu sterownik rozpoznaje odpowiednie wartości korygujące na podstawie pozycji rzeczywistej i zadanej, a następnie zapisuje je jako podstawę dalszych pomiarów odległości.