Systemy wspomagające na co może liczyć kierowcax

Systemy wspomagające Na co może liczyć kierowca?

Spis treści

Dodatek techniczny

Dział szkoleń technicznych Inter Cars SA

Wstęp........................................................................................................................................................................................................................................ 2 Podział systemów-asystentów we współczesnych pojazdach.................................... 3 Rodzaje i opis działania systemów-asystentów...................................................................................... 4 Podsumowanie...................................................................................................................................................................................................16

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Wstęp Pytanie zawarte w temacie tego artykułu zostało świadomie postawione w sposób trochę przewrotny. Z jednej strony wszyscy mamy świadomość, że kierowca, prowadząc pojazd, jest odpowiedzialny za to wszystko, co się z dzieje z pojazdem oraz za wszelkie następstwa tego działania. Z drugiej jednak strony pojazdy są wyposażane w coraz większą liczbę systemów – nazywanych asystentami. Ich zadaniem jest wspomaganie kierowcy, a właściwie pomoc kierowcy w prowadzeniu pojazdu. Oczywiście zawsze ostatnie słowo należy do kierowcy. Niestety, jak pokazują wydarzenia z naszych dróg, część kierowców zapomina o tym i daje się ponieść hasłom reklamowym zapewniającym, że auto zrobi coś samo lub za kierowcę, ale to jest już temat na inny artykuł.

W poniższym artykule skupimy się na najnowszych systemach instalowanych w samochodach nazywanych asystentami np. hamowania, parkowani, ruszania pod górę, zjazdu itp. W miarę możliwości opiszemy zasadę ich działania i ewentualnej diagnozy. Jak wiemy, większość z tych systemów jest produktem z ostatnich dwóch, maksymalnie trzech lat. W olbrzymiej większości mamy do czynienia z systemami pierwszej lub drugiej generacji. Często zasada dzia-

Rysunek 1. Źródło: wikipedia.pl

2

Dodatek techniczny

łania nadal jest dopracowywana. W związku z powyższym szczegółowe algorytmy działania i precyzyjne informacje na temat parametrów poszczególnych podzespołów w tych systemach są pilnie strzeżoną tajemnicą. Ponadto są opatentowane i stanowią własność intelektualną ich konstruktora lub producenta.

Zacznijmy jednak od początku. Z problemem wspomagania czy raczej informowania kierowcy o tym, co się dzieje z prowadzonym przez niego pojazdem, spotkali się już producenci pierwszych seryjnie produkowanych samochodów.

Mam tu na myśli Ford model T. Jedną z podstawowych informacji, jak była wtedy potrzebna kierowcy, to informacja o „ładowaniu” akumulatora – ze względu na występujące prądnice o niewielkich mocach i akumulatory o małych pojemnościach stosunkowo łatwo było doprowadzić do rozładowanie akumulatora. A wiadomo, bez prądu ani rusz.

W ramach ciekawostki na rysunku 1 przedstawiona jest deska rozdzielcza Forda T 1923 r. – liczba przełączników i zegarów w stosunku do dzisiejszych pojazdów jest mniej niż skromna. Dla porównania na rysunku 2 przedstawiona jest deska rozdzielcza Forda Galaxy 2014.

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Rysunek 2. Źródło: ford.pl

Potrzeba informowania kierowcy o kolejnych parametrach pracy jego pojazdu pojawiała się wraz z rosnącym stopniem jego skomplikowania, np.: informacja o ciśnieniu oleju w silniku, obrotach silnika, temperaturze silnika itp. Dopiero później pojawiły się prędkościomierze, ale to już raczej za sprawą pomysłów ustawodawców niż z potrzeby kierowców.

Kolejne kroki rozwoju systemów informacyjnych wynikały z rosnących potrzeb i jednocześnie z możliwości sprostania tym potrzebom, które dały konstruktorom i projektantom rozwój techniki, elektryki, automatyki, a w ostatnim czasie elektroniki. Potrzeba coraz precyzyjniejszego i dokładniejszego informowania kierowcy o aktualnym stanie pojazdu i jego podzespołów jest tylko jednym z czynników rozwoju systemów – asystentów kierowcy.

Drugim czynnikiem wpływającym w znaczący sposób na rozwój systemów asystujących była zwiększająca się bardzo intensywnie liczba samochodów. Dzięki czemu zarówno systemy, jak i samochody stawały się coraz powszechniejsze. Powszechność zawsze pośrednio wymusza prostotę obsługi. Użytkownicy pojazdów – kierowcy zaczęli wymagać pojazdów, do prowadzenia których nie potrzeba znajomości mechaniki czy elektryki. Pojazdów, do których po prostu wsiada się i jedzie po naciśnięciu przysłowiowego „jednego guzika”. Naturalną konsekwencją – odpowiedzią producentów i konstruktorów było spełnienie oczekiwań użytkowników. Paradoksalnie spełnienie oczekiwań odbiorców co do prostoty obsługi pojazdów wpłynęło na dalszy rozwój systemów bezpieczeństwa pojazdów, ponieważ skoro użytkownik „nie dba” o potrzeby pojazdu, to pojazd sam musi zadbać o siebie. Pojazdy same musiały zadbać o swoje bezpieczeństwo, czyli w razie potrzeby poinformować użytkownika o konieczności jazdy do serwisu lub w skrajnych przypadkach uniemożliwić jazdę, zapobiegając w ten sposób poważniejszym uszkodzeniom. Inaczej mówiąc, pojazdy stawały się coraz bardziej idiotodoporne, czyli zaczęły „myśleć’ za kierowcę. W ten sposób pojawiły się w samochodach tak zwane komputery pokładowe i słynne komunikaty SERVICE. Ostatni krok w dziedzinie systemów bezpieczeństwa – asystentów kierowcy został postawiony z w wyniku badań naukowych. Placówki naukowe prowadzące badania nad bezpieczeństwem ruchu drogowego doszły do alarmu-

jących wniosków, że najsłabszym ogniwem odpowiadającym za bezpieczeństwo ruchu i unikanie niebezpiecznych sytuacje jest kierowca. Na tle tych badań stało się jasne, że należy stworzyć systemy, które będą w stanie „wyręczyć” kierowcę w sytuacjach niebezpiecznych. Oczywiście spełnienie tego zadania nie byłoby możliwe bez dokonującego się w ostatnim czasie bardzo szybkiego rozwoju i upowszechnienia najnowszych technologii, takich jak mikroprocesory, cyfrowa obróbka obrazu, ultradźwięki, termowizja – termografia, radary. Dzięki upowszechnieniu cena tych systemów przestała być barierą w ich cywilnych powszechnych zastosowaniach.

Reasumując, asystenci kierowcy, czyli systemy pomagające kierowcę w zarządzaniu – prowadzeniu pojazdu towarzyszą nam od samego początku masowej motoryzacji. Należy pamiętać, że systemy asystujące obecnie stały się integralną częścią pojazdów, bez której jazda nimi staje się mocno utrudniona, a niekiedy wręcz niemożliwa. W związku z coraz większą liczbą różnego rodzaju asystentów i ich bardzo dynamicznym rozwojem technologicznym zapraszam do zapoznania się z informacjami zawartymi w tym artykule.

Poruszymy kwestie związane z budową, zasadą działania oraz diagnostyką współczesnych systemów asystujących kierowcy.

Podział systemów -asystentów we współczesnych pojazdach Ze względu na bardzo dużą liczbę systemów wspomagających, czyli tzw. asystentów postarajmy się na początku podzielić je na pewne grupy. Pierwszy podział nasuwający się niejako w sposób naturalny to podział na systemy czynne i bierne. Systemy czynne to takie, których wynikiem będzie jakaś operacja, np.: zatrzymanie pojazdu. Systemy czynne zadziałają pomimo braku jakiejkolwiek reakcji ze strony kierowcy. Przykładem takiego systemy będzie asystent jazdy w korku, aktywny tempomat, asystent nagłego hamowania, asystent wypadkowy, asystent świateł drogowych itp. Systemy takie działają przeważnie z wykorzystaniem własnych czujników, jednak w momencie zadziałania mogą wymuszać określone działania na pozostałych podzespołach pojazdu, np.: takich jak układ hamulcowy. Systemy bierne natomiast są to systemy, których wynikiem jest poinformowanie kierowcy o pojawiającym się zagrożeniu, względnie systemy te ułatwiają zaobserwowanie zagrożenia.

Dodatek techniczny

3

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Działanie tych systemów kończy się na przekazaniu informacji, reakcja na zasygnalizowane zagrożenie leży w kompetencjach kierowcy. Systemy takie działają w oparciu o własną infrastrukturę, czyli własne czujniki. Do tego systemów zaliczamy asystenta jazdy nocą, system rozpoznawania znaków drogowych, system pomiaru ciśnienia w ogumieniu, system czujników parkowania, asystenta parkowania itp.

Drugi podział, jakiego możemy dokonać, to podział na systemy autonomiczne oraz zespolone. Systemy autonomiczne to takie, które stanowią integralną całość same w sobie i poza zasilaniem nie wymagają ani nie wykorzystują żadnego układu pojazdu. Systemy tego rodzaju będą z reguły jednocześnie systemami biernymi, ponieważ nie wykorzystują żadnego układu pojazdu. Systemy tego typu wywodzą się i często mogą być również montowane jako wyposażenie akcesoryjne, np. system czujników parkowania. Co ważne awaria takiego systemu bardzo rzadko uniemożliwia jazdę pojazdu. We współczesnych pojazdach coraz rzadziej można spotkać systemy całkowicie autonomiczne, coraz częściej systemy współpracują ze sobą poprzez wspólne wykorzystywanie m.in. czujników. Systemy zespolone są to systemy, które stanowią całość z innymi systemami lub układami pojazdu. Systemy tego typu najczęściej stanowią rozbudowę istniejących układów pojazdu poprzez „dołożenie” funkcji lub rozbudowę o dodatkowe czujniki.

Przykładem takiego systemu może być asystent nagłego hamowania lub asystent ruszania pod górkę. Ostatnim podziałem, o jaki można się pokusić, jest podział na systemy odpowiadające/zwiększające bezpieczeństwo i systemy odpowiadające/zwiększające komfort. Przyznam, że nie jestem zwolennikiem tego podziału, ponieważ moim zdaniem granica pomiędzy komfortem, a bezpieczeństwem jest bardzo płynna, a w przypadku pojazdów i ich prowadzenia ten podział jest niemożliwy. Na przykład, czy układ klimatyzacji należy zaliczyć do wyposażenia zwiększającego bezpieczeństwo czy komfort? W pierwszym odruchu większość odpowie, że klimatyzacja zwiększa komfort. Jednak po głębszym zastanowieniu należy stwierdzić, że jeżeli kierowca jedzie pojazdem bez klimatyzacji, to w upalne dni spada znacząco jego koncentracja, szybciej się męczy, pogarszają się jego zdolności psychomotoryczne. W świetle powyższych informacji staje się jasne, że klimatyzacja należy do systemów bezpieczeństwa.

Podobnie wygląda sytuacja z innymi systemami, na przykład asystent jazdy nocą – układ bezpieczeństwa czy komfortu?

W pierwszej chwili odpowiemy komfort, ale po chwili zastanowienia bezpieczeństwo. Podsumowując, w przypadku prowadzenia pojazdu wszystko, co zwiększa komfort, wpływa również na poprawę bezpieczeństwo i odwrotnie stąd nie wykonujemy podziału asystentów pod tym względem. Szerzej o rodzajach asystentów i ich sposobie działania w kolejnym punkcie artykułu.

4

Dodatek techniczny

Rodzaje i opis działania systemów-asystentów Tak jak wspomniałem w poprzednim rozdziale, we współczesnych pojazdach możemy spotkać się z różnymi rodzajami asystentów. Możemy wykonać kilka podziałów tych układów. Dla nas, czyli dla osób, które chcą zrozumieć, jak funkcjonują te systemy, podziały nie są jednak najważniejsze. W skrócie działanie tego typu systemów możemy opisać w kilku podstawowych krokach. Pierwszym krokiem działania każdego systemu jest zawsze zbieranie informacji.

Drugim krokiem jest analiza zebranych informacji za pomocą zaszytych algorytmów. Wynikiem analizy jest decyzja o konieczności podjęcia lub nie działań oraz o rodzaju działania, jakie trzeba podjąć. Trzecim, ostatnim krokiem jest uruchomienie odpowiedniego działania. Działanie rozumiemy zarówno jako działanie polegające na fizycznym uruchomieniu jakiegoś układu, np.: układu hamulcowego, jak również jako przekazanie informacji poprzez kontrolki, komunikaty, sygnały świetlne lub dźwiękowe. W przypadku niektórych systemów działanie może być dwuetapowe.

Pierwszym etapem działania jest przekazanie kierowcy informacji o zagrożeniu i obserwacja, czy następuje właściwa reakcja ze strony kierowcy na sygnalizowane zagrożenie.

Jeżeli reakcja kierowcy jest właściwa, działanie systemu na tym się kończy. Jeżeli reakcja kierowcy jest niewłaściwa, np. zbyt słabe wciśnięcie pedału hamulca, asystent przechodzi do drugiego etapu działania, uruchamiając swoje działanie, czyli zastępuje właściwą reakcję kierowcę.

W dalszej części artykułu przeprowadzimy analizę każdego z omawianych asystentów według powyższego schematu trzech kroków działania. Opisując poszczególne systemy będę posługiwał się skrótami lub nazwami obcojęzycznymi, ale ze względu na fakt, że różni producenci różnie je oznaczają i nazywają, proszę pamiętać, że używane przez mnie skróty i nazwy nie są jedynymi opisującymi te układy. Najważniejsza jest rola, jaką dany układ pełni i zasada, na jakiej funkcjonuje.

Pierwszym dużym krokiem w asystowaniu kierowcy było pojawienie się pod koniec lat 70 systemu zapobiegającemu blokowaniu kół podczas hamowania, tzw. ABS. Jest to skrót tak powszechnie znany, że dla nikogo chyba nie będzie stanowił tajemnicy. Rola ABS polega na zapobieganiu zablokowaniu kół podczas hamowania, a co za tym idzie poślizgowi.

ABS ma za zadanie utrzymywać poślizg w granicach kilkunastu procent. Zapobieganie poślizgowi ma dwie podstawowe zalety - pierwsza to zachowanie kierowalności pojazdu,

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

czyli auto nadal „słucha” poleceń wydawanych za pomocą kierownicy, druga zaleta to skrócenie drogi hamowania na śliskich nawierzchniach.

Obie powyższe zalety dobrze obrazuje rysunek 3., na którym widać wyraźnie, że auto z ABS ominęło przeszkodę i zatrzymało się na krótszym odcinku drogi.

Zmiana pola następuje na skutek przesuwających się przed końcem rdzenia cewki czujnika pierścienia zębatego ferromagnetycznego (żelaznego) lub magnetycznego. Ze względu na duże ryzyko wystąpienia zakłóceń magnetycznych mogących wpłynąć na wyniki pomiarów pierwszy odcinek przewodu od czujnika do kostki przyłączeniowej jest ekranowany. Jest to ten odcinek, który jest widoczny na rysunku 4. Ze względu na konieczność zachowania ciągłości ekranowania nie wykonuje się napraw uszkodzeń przewodu na tym odcinku. Czujniki ABS i ich pierścienie są umieszczane przeważnie przy piastach kół lub czasami na półosiach napędowych. Przykład pierścienia zębatego umieszczonego na piaście koła znajduje się na rysunku 5.

Rysunek 3. Źródło: automobilesdeluxe.tv

Jedynymi okolicznościami, w których ABS wydłuża drogę hamowania, to hamowanie na kopnych nawierzchniach, gdzie podczas hamownia z zablokowanymi kołami tworzy się naturalny wał przed kołem powodujący zwiększenie oporu dla koła. Razem z pojawieniem się systemu ABS w pojazdach musiały zostać zainstalowane dodatkowe części, takie jak czujniki obrotu kół pojazdu, zestaw elektrozaworów oraz moduł sterujący – komputer. Podstawową rolą czujników ABS przy kołach jest przekazywanie informacji do modułu sterującego na temat tego, z jaką prędkością obraca się dane koło. Przykład czujnika ABS na rysunku 4.

Zasada działania większości czujników opiera się na indukcji magnetycznej, czyli zmiana pola magnetycznego cewki czujnika powoduje przepływ prądu.

Rysunek 5. Źródło: Motointegrator

Uszkodzenia pierścieni zębatych polegają na mechanicznym uszkodzeniu typu wykruszenie zęba lub zanieczyszczeniu przerw pomiędzy zębami. W wielu modelach samochodów istnieje możliwość wymiany samego pierścienia bez konieczności wymiany całej piasty.

Informacja z czujników trafia do modułu sterującego, który przeważnie jest zespolony z elektrozaworami oraz pompą układu ABS. Większość z nas wie, jak wygląda moduł układu ABS. W ramach ciekawostki na rysunku 6 przedstawiony jest wykres zawierający zdjęcia kolejnych generacji modułów ABS z podaną ich wagą oraz z procentowym udziałem w runku pojazdów nowych sprzedawanych na świecie.

Rysunek 4. Źródło: Motointegrator

Dodatek techniczny

5

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Rysunek 6. Źródło: forum.monzeiros.com

Przypominam, że od 1 lipca 2006 roku wszystkie nowe pojazdu sprzedawane w Unii Europejskiej muszą być obowiązkowo wyposażone w układ ABS. Reasumując, pierwszym krokiem w działaniu układu ABS jest zbieranie informacji o prędkości obrotowej kół pojazdu. Drugim krokiem jest analiza tego, co się dzieje z tymi „kołami” według następującego algorytmu: jeżeli dane koło nie obraca się – oznacza, że jest w poślizgu lub, jeżeli dane koło obraca się wolniej niż pozostałe – oznacza, że jest w poślizgu. W wyniku otrzymanej informacji o występującym poślizgu moduł rozpoczyna działanie polegające na obniżaniu ciśnienia w obwodzie hamulcowym koła, które jest w poślizgu, otwierając elektrozawór upustowy. Takie działanie jest utrzymywanie do czasu, kiedy koło zacznie się ponownie obracać z prędkością zbliżoną do pozostałych kół. W momencie, kiedy koło zaczyna się obracać szybciej niż pozostałe, moduł sterujący otwiera elektrozawór zwiększający ciśnienie w obwodzie hamulcowym tego koła, przyhamowując je w ten sposób. Za zapewnienie ciśnienia odpowiada pompa układu ABS. Pojazdy wyposażone w ABS zyskały następujące zalety – umiejętności z punktu widzenia prowadzących je kierowców.

Tak jak pisałem, podstawowa zaleta to brak możliwości zablokowania kół podczas hamowania niezależnie od nawierzchni i warunków atmosferycznych. Jeżeli koła nie blokują się podczas hamowania, to samochód dużo trudniej jest wprowadzić w poślizg, czyli ściganie w bok, obracanie się wokół osi pionowej, zarzucanie tyłem. Kierowcy dzięki asyście ABS zyskali możliwość ominięcia przeszkody w trak-

6

Dodatek techniczny

cie pełnego hamowania. System zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania dał początek i możliwość realizacji różnego rodzaju działań wspomagających kierowcę z wykorzystaniem elementów układu ABS. Opisane w dalszej części artykułu funkcje występują w najnowszych generacjach układu ABS. Do takich rozwinięć układu ABS należy układ elektronicznego rozdziału siły hamowania, nazywany najczęściej EBD przy obecnie produkowanej generacji ABS stanowi on standardowe wyposażenie. Układ ten wykorzystuje informacje z czujników systemu ABS o prędkości obrotowej kół. Zadaniem systemu EBD jest taki rozdział siły hamowania, aby każde koło niezależnie „hamowało” na granicy poślizgu, wykorzystując w ten sposób maksymalnie przyczepność, którą dysponuje. Układ ten w sposób elektroniczny zastąpił między innymi mechaniczne korektory siły hamowania osi tylnej, które spotkać można było w starszych generacjach aut dostawczych.

Funkcje układu EBD są realizowane poprzez zaszycie dodatkowego algorytmu w module sterującym ABS. Kolejnym rozwinięciem układu funkcjonalności układu ABS jest asystent awaryjnego hamowania nazywany również wspomaganiem awaryjnego hamowania skrótowe określenie to między innymi BAS. Korzenie tego systemu wywodzą się z badań reakcji kierowców, które dowiodły, że w sytuacjach awaryjnego hamowania kierowcy bardzo często nie wciskają pedału hamulca do przysłowiowej podłogi, przez co nie wykorzystują maksymalnej potencjalnej siły, z jaką może działać układ hamulcowy. Zjawisko to oczywiście powodowało, że droga hamowania wydłużała się niepotrzebnie. Każdy moduł ABS jest wyposażony w czujnik ciśnienia w układzie hamulcowym. Działanie asystenta awaryjnego hamowania

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

polega na tym, że w momencie, kiedy nastąpi nagły wzrost ciśnienia w układzie hamulcowym, tzn. w czasie krótszym niż określona graniczna wartość to oznacza, że kierowca wykonuje nagłe, awaryjne hamowanie. Po stwierdzeniu takiej okoliczności asystent uruchamia pompę ABS, powodując podniesienie ciśnienia w układzie hamulcowym do maksymalnego. Dzięki takiemu działaniu następuje hamowania z maksymalną siłą układu hamulcowego. Oczywiście w tym czasie układu ABS i EBD działają zgodnie ze swoim algorytmem. W niektórych markach stosuje się również dodatkowo czujnik położenia pedału hamulca w celu zdublowania informacji o nagłym jego wciśnięciu świadczącym o hamowaniu awaryjnym. Oczywiście podobnie jak w poprzednich przypadkach asystent nagłego hamowania wykorzystuje całą infrastrukturę układu ABS – jest to dodatkowy algorytm w module sterującym. Kolejnym asystentem korzystającym z układu ABS jest asystent ruszania na wzniesieniu, nazywany również systemem zapobiegającym staczaniu podczas ruszania pod górę. Skróty dla tego układu są mniej znane, ale najczęściej spotykanym jest HHC, czyli Hill Hold Control.

Działanie asystenta polega na utrzymaniu ciśnienia w układzie hamulcowym przez określony czas po puszczeniu pedału hamulca przeważnie 1-3 sekund. Jeżeli „asystent” stwierdzi, że przy zerowej prędkości pojazdu – informacja z czujników ABS utrzymywane jest ciśnienie w układzie hamulcowym – czujnik ciśnienia w module ABS to oznacza, że auto znajduje się na pochyłości – kierowca trzyma nogę na hamulcu. Aby ułatwić ruszenie na tej pochyłości bez konieczności zaciągania hamulca ręcznego, asystent podtrzymuje ciśnienie w obwodzie za pomocą elektrozaworów ewentualnie wspomaga się pompą ABS. Ciśnienie jest upuszczane po określonym czasie lub w przypadku stwierdzenia ruchu pojazdu – czujniki ABS. W nowszych rozwiązaniach wykorzystuje się dodatkowe czujniki położenia pedału sprzęgła w celu dostarczenia dodatkowej informacji o momencie, w którym powinno nastąpić zwolnienie hamulców. Oczywiście podobnie jak poprzednio system HHC również jest po prostu algorytmem, który wykorzystuje układ ABS. Następnym systemem, który powstała na bazie ABS, jest system zapobiegający poślizgowi kół podczas ruszania, krótko mówiąc zapobiega on buksowaniu kół. Jednym z popularniejszych skrótów jest oznaczenie ASR. Na podstawie informacji z czujników ABS przy kołach napędowych system porównuje ich prędkości obrotowe i w razie konieczności przyhamowuje koło obracające się znacznie szybciej od drugiego. W bardziej zaawansowanych rozwiązaniach system ASR porównuje również prędkość kół napędzanych do kół nienapędzanych i w przypadku stwierdzenia bardzo dużych różnić w prędkościach obrotowych kół napędzanych do nienapędzanych stwierdza, że oba koła napędowe są w poślizgu i przyhamowuje je oba. W takiej formie system ASR korzysta tylko z podzespołów ABS i jest dodatkowym algorytmem modułu sterującego ABS. Oczywiście w miarę

rozwoju systemy ASR, które współpracują z modułami ESP, zyskały dodatkowe możliwości ograniczania poślizgu kół poprzez komunikowanie się z modułem sterującym silnikiem, dzięki czemu mogą sterować odcinaniem zapłonów w silniku, zmniejszać dawkę paliwa oraz przymykać przepustnicę. Jednak są to rozwiązania spotykane w autach posiadających ESP. Niejako efektem ubocznym stworzenia algorytmu działania układu ASR z wykorzystaniem układu ABS była możliwość uzyskania elektronicznej blokady mechanizmu różnicowego. Brakowało tylko przysłowiowego guzika, którym można by było ją włączać. Poprzez wciśniecie wspomnianego guzika układ ASR otrzymuje informację od kierowcy, że blokada została włączona, czyli że ma utrzymywać jednakową prędkość obrotową obu kół napędowych jednej osi poprzez odpowiednie ich przyhamowywanie. W ten sposób mechanizm różnicowy nie pracuje. Elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego jest dobrym rozwiązaniem dla osób potrzebujących wydostać się z tarapatów jednak na dłuższą metę nie może być stosowana, ponieważ może doprowadzić do przegrzania układu hamulcowego. Ostatnim asystentem korzystającym i powstałym na bazie infrastruktury ABS w pojazdach jest system kontroli ciśnienia w ogumieniu. Na bazie układu ABS został stworzony system pośredniej kontroli ciśnienia w ogumieniu, ponieważ nie jest on w stanie podać nam dokładnego ciśnienia w oponach, ale jest w stanie zasygnalizować nam zbyt niskie ciśnienie w oponie. Działanie układu polega na porównywaniu prędkości obrotowych kół – informacja z czujników ABS. Jeżeli prędkość jednego z kół w sposób stały utrzymuje się na wyższym poziomie, oznacza to, że promień tego koła uległ zmniejszeniu w wyniku ubytku powietrza. Działanie systemu w przypadku stwierdzenia takiej nieprawidłowości polega na poinformowaniu kierowcy o zbyt niskim ciśnieniu w tym kole. To już ostatni system, który stanowi w pewnym sensie rozwinięcie układu ABS. Jak widać zainstalowanie w pojeździe jednego układu dało możliwości do rozwoju kolejnych sześciu układów asystujących kierowcy, pomagając mu w prowadzeniu pojazdu przy praktycznie pomijalnym koszcie produkcji – dopisanie algorytmów do sterownika oraz co jest jeszcze ważniejsze bez konieczności dodatkowego komplikowania konstrukcji samego pojazdu.

Niestety są też pewne wady układu, wiążą się z możliwościami serwisowymi. Praktycznie elementy układu ABS są nienaprawialne w warunkach ogólnowarsztatowych. Posiadając tester diagnostyczny, jesteśmy w stanie zdiagnozować, który element układu uległ awarii i możemy wykonać jego wymianę na nowy. W autach posiadających układ ABS po wykonaniu prac polegających na rozpinaniu układu hamulcowego należy pamiętać o odpowietrzeniu modułu elektrozaworów i pompy ABS. Powyższe wady można uznać za pomijalne w kontekście korzyści, jakie daje zastosowanie układu ABS w pojeździe.

Dodatek techniczny

7

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Śmiało można powiedzieć, że pojawienie się układu ABS było pierwszym krokiem milowym w dziedzinie układów wspomagających kierowcę. Drugim krokiem milowym w dziedzinie układów asystujących kierowcy było pojawienie się elektronicznego systemu stabilizacji toru jazdy powszechnie określany skrótem ESP. Układ ma za zadanie utrzymywać stabilny tor jazdy pojazdu w domyśle zgodny z przebiegiem drogi. Układ ESP powstał z rozbudowy układu ABS o dodatkowe czujniki – czujnik położenia koła kierownicy oraz akcelerometrów – czujników przyspieszeń wzdłużnych, poprzecznych i kątowych. Czujnik położenia koła kierownicy montowany jest przy kierownicy we wnętrzu pojazdu najczęściej jest on zintegrowany z tzw. zwijaczem kierownicy. Przeważnie elementem wykonawczym czujnika jest opornik o zmiennym oporze – potencjometr.

Najważniejsze w trakcie montażu jest zachowanie pozycji centralnej potencjometru oraz przyuczenie – zaprogramowanie centralnego i skrajnych położeń kierownicy. Czujniki te są z reguły nierozbieralne, naprawa polega na wymianie ich na nowy.

Akcelerometry przyspieszeń są to czujniki, których elementem wykonawczym są tensometry, na końcu których umieszczone są obciążenia. Przeciążenia występujące w czasie jazdy działają na obciążenia i powodują odkształcenia tensometrów. Każdy układ ESP posiada minimum trzy tensometry jedne mierzy przyspieszenia wzdłużne drugi poprzeczne trzeci obrót wokół osi – czujnik obrotu. Ze złożenia informacji o przyspieszeniu wzdłużnym i poprzecznym otrzymujemy kierunek ruchu pojazdu, a z czujnika obrotu mamy informacje o kierunku i prędkości obrotu. Zespół czujników akcelerometrów umieszczony jest możliwie blisko środka pojazdu – przeważnie między przednimi fotelami. Najważniejsze jest trwałe przymocowanie zespołu czujników do karoserii pojazdu. Każdy luz w mocowaniu będzie źródłem generowania fałszywych sygnałów np.: w wyniku jazdy po nierównościach.

Najnowsze moduł ESP mają możliwość zarządzania sterownikiem silnika oraz modułem elektrycznego wspomagania kierownicy. Działanie układu ESP polega na zbieraniu informacji o prędkości obrotowej kół pojazdu, ciśnieniu w układzie hamulcowych, kąta skręcenia kierownicy oraz przyspieszeń, jakie działają na pojazd. W momencie, kiedy moduł ESP stwierdza wpadnięcie pojazdu w poślizg – wystąpienie nadsterowności, podsterowności, obrót wokół osi rozpoczyna działanie mające przeciwdziałać zaistniałemu zagrożeniu.

Działanie może polegać na przyhamowaniu jednego lub kilku kół pojazdu w sposób wytwarzający siłę przeciwdziałająca sile działające na pojazd. Przykład działania układu ESP w przypadku wystąpienia nadsterowności przedstawiony jest na rysunku 7.

8

Dodatek techniczny

Rysunek 7. Źródło: technikajazdy.info

Jednocześnie oprócz przyhamowywania jednego lub kilku kół moduł ESP może ograniczyć moment obrotowy trafiający na koła napędowe ze strony silnika. W najnowszych rozwiązaniach moduł ESP ma również możliwość korekty kąta skrętu kół – maksymalnie 5 stopni. Oczywiście niezależnie od stopnia zaawansowania układu ESP musimy pamiętać, że prawa fizyki obowiązują i niekiedy pomimo prawidłowej pracy ESP pojazd „wypadnie” z zadanego kursu. W ramach przypomnienia wszystkie nowe pojazdy sprzedawane w Unii Europejskiej od 1 listopada 2011 roku muszą być wyposażone w układ ESP. Podobnie jak w przypadku układu ABS, po pojawieniu się układu ESP pojawiły się dodatkowe systemy bazujące na infrastrukturze ESP. Jednym z pierwszych był system zapobiegający poślizgowi kół napędowych podczas hamowania silnikiem, system ten jest określany skrótem MSR. Chodzi tutaj o sytuacje, w których poprzez nieumiejętną redukcję biegów kierowca mógłby doprowadzić do poślizgu kół napędowych. Działanie systemu polega na podniesieniu obrotów silnika w momencie, kiedy zostanie wykryty poślizg kół napędowych. Krótko mówiąc, system symuluje wciśnięcie pedału gazu przez kierowcę. System ten jest algorytmem ESP i w pełni korzysta z infrastruktury ESP. Kolejnym wzbogaceniem układu ESP jest system korygujący kąt skrętu kierownicy – określany skrótem DSR. Działanie systemu polega na wykonaniu lekkiej korekty skrętu kół mającej na celu wspomożenie działań układu ESP wykonywanych poprzez zarządzanie układem hamulcowym i silnikiem. Korekta odbywa się za pomocą modułu elektrycznego wspomagania układu kierowniczego. Możliwość korekty ograniczona jest do kilku stopni skrętu kół – maksymalnie 5 stopni. Zupełnie nowe możliwości daje kontrowania i poprawiania kierowcy daje aktualnie wprowadzany system Steer by wire. W skrócie jest to układ kierowniczy, w którym nie ma fizycznego połączenia koła kierownicy z kołami pojazdu. Brzmi jak fantazja, ale Infiniti właśnie wprowadziło pierwszy model na rynek z tym systemem o nazwie „system bezpośredniego sterowania adaptacyjnego” skrót DAS - Direct Adaptive Steering. Tradycyjna kolumna kierownicza istnieje, ale jest traktowana jako rozwiązanie awaryjne.

W kolumnie kierowniczej jest sprzęgło, które w trakcie normalnej pracy jest cały czas rozłączone.

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Sprzęgło jest włączane w przypadku wykrycia usterki w systemie lub przy wyłączonym silniku. Wtedy układ kierowniczy działa konwencjonalnie. W trakcie normalnej pracy, za ruchy kół – przekładki kierowniczej odpowiadają dwa silniki elektryczne. Informacje o wymaganym przez kierowcę skręcie kół jest przekazywana do modułu sterującego systemem za pomocą czujnika skrętu kierownicy. Dla bezpieczeństwa układ posiada aż trzy moduły sterujące wzajemnie się kontrolujące. Takie rozwiązanie układu kierowniczego posiada kilka bardzo dużych zalet. Na kierownicę nie przenoszą się drgania z zawieszenia, można ustawiać przełożenie w zależności od potrzeb lub upodobań kierowcy, można regulować „czułość” kierownicy, tak jak wspomniałem układ może czynnie uczestniczyć w stabilizacji toru jazdy pojazdu. W przypadku obecnie stosowanych systemów optycznych auto może samo pilnować pasa ruchu. Na rysunku 8 przedstawiony jest zdjęcie ze schemat układu oraz opisem poszczególnych elementów.

Kolejnym systemem korzystającym z układu ESP jest asystent przyczepy rolą tego asystenta jest zapobieganie wężykowaniu zestawu. Moduł ESP otrzymuje informacje o podłączeniu przyczepy dzięki podłączeniu instalacji przyczepy do gniazda w pojeździe. Po wykryciu wężykowania za pomocą akcelerometrów układu ESP, układ przyhamowuje tylne koła pojazdu w sposób przeciwdziałający wężykowaniu. Zarówno wykrycie zagrożenia, jak i działanie odbywa się z wykorzystaniem funkcjonalności ESP. Ostatnią dodatkową funkcją układu ESP jest informowanie modułu AIR – BAG o dachowaniu pojazdu. Informacja jest czerpana z czujni-

MODUŁY KONTROLNE Koordynują pracę czujnika przy kierownicy z silnikami sterującymi przy przekładni. System dla bezpieczeństwa, składa się z trzech wzajemnie kontrolujących się modułów.

SILNICZKI STERUJĄCE Odpowiadają za ruchy przekładni kierowniczej - to one wymuszają skręt przednich kół.

ków przyspieszenia modułu ESP. W momencie dachowania dzięki informacji przekazanej przez moduł ESP uruchamiane są napinacze pasów bezpieczeństwa oraz kurtyny boczne, które utrzymywane są w stanie „napompowanym” do czasu zakończenia dachowania. Podobnie jak w przypadku ABS również pojawienie się układu ESP otworzyło możliwości do rozbudowy czterech dodatkowych systemów bazujących na infrastrukturze modułu ESP. Kolejnym trzecim z kolei krokiem milowym w rozwoju asystentów wspomagania kierowcy była z jednej strony odpowiedz na wymagania kierowców – użytkowników pojazdów, a z drugiej strony ich coraz większa ignorancja w prowadzeniu samochodu, jak i w dbaniu o jego należyty stan techniczny. Kiedyś samochody należały do dóbr luksusowych i nie do pomyślenia było, żeby kierowała pojazdem osoba, która nie potrafi robić tego dobrze oraz osoba, która nie potrafi wykonać obsługi codziennej pojazdu.

Jednak czas się zmieniły, auta spowszedniały. Ze względu na fakt, że coraz większa liczba kierowców miała problemy z parkowaniem swoich pojazdów, pojawiła się odpowiedź producentów w postaci wprowadzenia systemu czujników parkowania. Na początku były to czujniki, które z czasem stały się asystentami parkowania. Zasada działania od początku istnienia systemów czujników parkowania do dzisiaj nie zmieniła się. W olbrzymiej większości przypadków wykorzystują one do działania fale ultradźwiękowe. W pojeździe są umieszczone głowice mające za zadanie wysyłanie stożkowej fali ultradźwiękowej oraz odbiór odbicia tej wysłanej fali. Fale ultradźwiękowe wysyłane przez głowice odbijają się

CZUJNIK/SIŁOWNIKI PRZY KIEROWNICY Wysyła sygnaly do modułów kontrolnych i dalej do silników sterujących, odpowiada też za wytworzenie sztucznego oporu kierownicy, ułatwiającego wyczucie auta.

SPRZĘGŁO Gdy wszystko działa normalnie, jest rozłączone.

Jeśli choćby jeden z modułów kontrolnych zgłosi awarię, natychmiast się włącza, tworząc konwencjonalne połączenie kierownicy z kołami.

Rysunek 8. Źródło: magazynauto.pl

Dodatek techniczny

9

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

od przeszkód, na które natrafiają – słupki, ściany, ludzie, inne pojazdy itp. i po odbiciu wracają do głowicy w pojeździe, która je odbiera. Fala ultradźwiękowa w czujniku zamieniana jest na energię mechaniczną – wywołuje drgania kryształu piezoelektrycznego znajdującego się wewnątrz każdego czujnika. Kryształ piezoelektryczny poddany działaniu energii mechanicznej – drganiom generuje sygnał elektryczny.

Im bliżej znajduje się przeszkoda tym więcej fali ultradźwiękowej odbitej trafia do czujnika, a ta z kolei powoduje większe drgania kryształu piezoelektrycznego. Im większe drgania tym więcej prądu z kryształu trafia do modułu. Na tej podstawie moduł sterujący czujników oblicza, jaka jest odległość od przeszkody. Przykładowy czujnik ultradźwiękowy na rysunku 9.

Rysunek 9. Źródło: Motointegrator.pl

Większość czujników będzie posiadała trzy przewody w kostce przyłączeniowej – zasilanie, masę i przewód sygnałowy.

Zasilanie jest potrzebne do generowania ultradźwięków, a przewód sygnałowy przekazuje informację zwrotną do modułu. Przekrój przykładowego czujnika cofania z elementem piezoelektrycznym przedstawiony jest na rysunku 10.

Rysunek 10. Źródło: ww.mechatronika.simr.pw.edu.pl

Na rysunku numer 10 mamy oznaczone cyframi następujące elementy czujnika 1 – obudowa, 2 – rdzeń drgający, 3 – złącze czujnika, 4 – otwór kompensacyjny, 5 – układ

10

Dodatek techniczny

kompensacyjny, 6 – izolacja akustyczne, 7 – kryształ piezoelektryczny. W przypadku czujników ultradźwiękowych najważniejsza jest czystość głowicy, ponieważ wszystkie zabrudzenia zakłócają nadawanie i odbiór fal. Szczególnie istotne jest zachowanie szczeliny pomiędzy rdzeniem a obudową, ponieważ bez niej zanika możliwość drgań rdzenia, czyli czujnik nie generuje i nie odbiera fal ultradźwiękowych.

Wrażliwość na zabrudzenia jest praktycznie jedną z nielicznych wadą tego systemu. Jaką drugą wadę należy podać pewną względność otrzymywanych informacji z modułu czujników cofania. Ta względność wynika w bardzo dużym stopniu z oprogramowania, jakie jest wgrane w module czujników, a które odpowiada za interpretację otrzymywanych sygnałów.

Czujniki ultradźwiękowe dają się oszukać poprzez gładkie powierzchnie płaskie i poziome, przez gładkie powierzchnie okrągłe, przez materiały pochłaniające fale ultradźwiękowe, takie jak np. bawełna oraz co szczególnie istotne dla użytkowników przez przeszkody pojawiające się na brzegach stożka emisji fal. Osoba posiadającym czujniki parkowania proponuje wykonać następujący test – przy włączonych czujnikach przy braku jakiekolwiek przeszkody przesuwać palec po zderzaku w taki sposób, aby przysłonić jeden, ale najeżdżając na niego z boku. Wyniki tego testu mogą być zaskakujące i pouczające. W sprawdzanej przeze mnie w ten sposób pewnej Skodzie system zasygnalizował mi przeszkodę w odległości 1 metra od pojazdu w czasie, kiedy ja trzymałem palec na czujniku. Do zalet możemy zaliczyć praktycznie brak ograniczeń co do montażu, nieduże wymiary głowic, możliwość lakierowania pod kolor nadwozia.

Wracając do zasady działania, moduł oblicza odległość od przeszkody na podstawie czasu powrotu fali odbitej i przekazuje tę informację kierowcy. Sposoby poinformowania kierowcy mogą być różne – sygnałem dźwiękowym, poprzez wyświetlacz diodowy lub poprzez wyświetlacz LCD z informacja o odległości od przeszkody. W najnowszych rozwiązaniach mamy informację przekazywana poprzez monitor komputera pokładowego. Liczba czujników może być różna – od 2 do 8 głowic. Teoretycznie im więcej głowic, tym dokładniejsze informowanie o przeszkodzie. W praktyce najczęściej spotykamy zestawy z czterema głowicami.

Oprócz systemów parkowania opierających się na czujnikach ultradźwiękowych można również spotkać systemy opierające się na czujnikach elektromagnetycznych, ale są to zestawy montowane raczej amatorsko.

W pierwszym etapie czujniki parkowania pojawiły się z tyłu pojazdu. Włączenie systemu odbywało się równocześnie z włączeniem wstecznego biegu. Tak jak pisałem wcześniej, pierwsze generacje czujników parkowania są dobrym przykładem autonomicznych i biernych systemów wspomagania kierowcy. Autonomiczny, ponieważ poza zasilaniem nie korzysta z żadnego układu pojazdu, a bierny, ponieważ jego

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

rola kończy się na poinformowaniu kierowcy. Kolejnym etapem było pojawienie się czujników parkowania z przodu.

Tutaj pojawił się problem z momentem ich włączania i wyłączania. W przypadku czujników cofania było to proste, ponieważ większość aut posiada światła cofania uruchamiane czujnikiem wstecznego biegu. Czujnik ten został równolegle wykorzystany do włączania systemu czujników parkowania tył. W przypadku czujników parkowania z przodu problem polegał na braku czujnika pierwszego biegu. Na początku czujniki były uruchamiane guzikiem, później skorzystano z informacji z układu ABS i czujniki były aktywowane poniżej pewnej prędkości – 10 km/h jednak to rozwianie było irytujące dla kierowcy podczas jazdy w korku. Obecnie włączanie czujników parkowania przód odbywa się równolegle z czujnikami tylnymi oraz poniżej pewnej prędkości jednak istnieje wyłącznik. W przypadku podłączenia przyczepy – informacja dzięki pojawiającemu się obciążeniu gniazda przyczepy czujniki parkowania tylne zostają dezaktywowane. Tak jak i pozostałe systemu asystujące kierowcy również systemy parkowania rozwijały się z biegiem lat oraz rozwojem techniki – elektroniki.

Kolejnym krokiem było dodanie kamer do systemów parkowania, dzięki czemu oprócz informacji generowanej przez system kierowca może wizualnie ocenić zagrożenie, do którego się zbliża – czasami świadomie tak jak w przypadku podpinania przyczepy. Następnym etapem było podpowiadanie kierowcy, gdzie zmierza pojazd poprzez rysowanie na ekranie czujników parkowania linii prowadzących. Na tym etapie systemy parkowania zaczęły korzystać z informacji od czujnika położenia kierownicy i dzięki zaszytym algorytmom były w stanie zaznaczyć tor ruchu pojazdu. Przykładowy obraz z takiego systemu na rysunku 11.

Rysunek 11. Źródło: Oferia.pl

Linie zielone zaznaczają tor ruchu pojazdu przy obecnym ustawieniu kierownicy, a linie czerwone zaznaczają tor ruchu pojazdu przy maksymalnie skręconych kołach pojazdu w prawo lub w lewo. W tym momencie systemy czujników parkowania przerodziły się w asystentów parkowania. Po-

przez dodanie kilku algorytmów obecni asystenci parkowania potrafią wyszukać wolne miejsce postojowe potrzebne do zaparkowania pojazdu równolegle do krawędzi jezdni.

Po uruchomieniu system na podstawie informacji z czujników parkowania znajdujących się na rogach lub bokach zderzaka przedniego i tylnego oblicza długość przerwy pomiędzy zaparkowanymi pojazdami. W momencie, kiedy znajdzie wystarczającą odległość do zaparkowania pojazdu, przekazuje tą informację kierowcy. Identycznie działa system w przypadku poszukiwania miejsca do parkowania prostopadłego do krawędzi jezdni. Następnym korkiem w rozbudowie funkcjonalności asystentów parkowania było podpowiadanie kierowcy, w jaki sposób obracać kierownicą oraz w którą stronę jechać, aby zaparkować w wyszukanym przez system miejscu. „Polecenia” dla kierowcy asystent wydaje głosowo lub graficznie za pomocą ekranu. Ostatnim etapem rozwoju asystentów parkowania jest samodzielne parkowanie pojazdu bez udziału kierowcy. Systemy parkowania uzyskały możliwość wydania poleceń modułowi elektrycznego wspomagania kierownicy, modułowi sterowania silnikiem oraz układowi hamulcowemu. Po wybraniu opcji automatycznego parkowania rola kierowcy ogranicza się do puszczenia kierownicy i w przypadku pojazdów ze skrzynią automatyczną do włączenia odpowiedniego biegu R lub D, a w przypadku pojazdów z manualną skrzynią biegów kierowca włącza odpowiedni bieg pierwszy lub wsteczny i operuje sprzęgłem zgodnie z poleceniami asystenta – jazda lub stój. Cała pozostała praca przy parkowaniu pozostaje po stronie asystenta parkowania. Oczywiście w przypadku chwycenia za kierownicę lub wciśnięcia pedału hamulca asystent natychmiast wyłącza się. Następnym systemem, który powstał w odpowiedzi na potrzeby użytkowników pojazdów był system kontroli ciśnienia w ogumieniu. Wcześniej pisałem już o systemie pośrednim monitorowania ciśnienia w ogumieniu opierającym się na infrastrukturze ABS. Jednak wadą tego systemu był brak informacji o ciśnieniu panującym w kole, co w efekcie mogło prowadzić do długotrwałej jazdy ze zbyt niskim lub ze zbyt wysokim ciśnieniem w kołach, co obu przypadkach prowadzi do przedwczesnego zużycia ogumienia, jak również może być przyczyną utraty panowania nad pojazdem. Rozwiązanie powyższych problemów jest system pomiaru ciśnienia w ogumieniu opierający się na radiowych czujnikach ciśnienia umieszczonych w kołach. System ten działa na zasadzie komunikacji radiowej pomiędzy czujnikami ciśnienia umieszczonymi w kołach a nadajnikiem/odbiornikiem umieszczonym w pojeździe. Czujniki umieszczone w kołach najczęściej pełnią również rolę wentyli. Czujniki wykonują pomiar ciśnienia w kole w sposób ciągły, w stałych odstępach czasu – co 15 minut wysyłają informację o ciśnieniu do modułu sterującego systemem. Wyjątek od tej reguły następuje w momencie, kiedy czujnik wykryje zmiany ciśnienia w krótkim przedziale czasu lub otrzyma polecenie – drogą radiową odczytania ciśnienia w kole. Czujniki radiowe w kołach posiadają stałe akumulatory, które wystarczają na około 10 lat pracy, po

Dodatek techniczny

11

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

tym czasie należy je wymienić. Do zalet czujników należy możliwość stałego monitoringu ciśnienia w kole oraz informowanie o zbyt niskim, zbyt wysokim lub całkowitym braku ciśnienia w kole. Wadą czujników jest stosunkowa łatwa możliwość uszkodzenia podczas wymiany ogumienia oraz konieczność przyuczania czujników do systemu w starszych generacjach systemu. Przykładowe zdjęcia radiowego czujnika kole na rysunku numer 12.

Drugim elementem radiowego systemu pomiaru ciśnienia w kołach jest moduł radiowy – odbiornik. Antena modułu często znajduje się pod pojazdem, z tego względu narażona jest na uszkodzenia mechaniczne wynikające z uderzeń podwoziem o przeszkody oraz trudne warunki pracy wilgoć, sól. Sam moduł raczej umieszczony jest w „wygodniejszym” miejscu. Przykładowa antena przedstawiona jest na rysunku 13.

Rysunek 13. Źródło: www.dawex.home.pl

Rysunek 12. Źródło: Motointegrator.pl

Przyuczanie polegało na zaprogramowaniu w module informacji, który sygnał czujnika pochodzi, z którego koła.

Operacja przyuczania jest prosta jednak wymaga urządzenia diagnostycznego oraz wzbudnika czujników w kołach.

Za pomocą przyrządu diagnostycznego ustawiamy moduł sterujący w trybie uczenia i następnie zgodnie z kolejnością narzuconą przez przyrząd diagnostyczny wzbudzamy – zmuszamy do wysłania sygnału czujniki w kołach. Po odebraniu poprawnego sygnału przyrząd diagnostyczny prosi nas o wzbudzenie kolejnego koła i tak ze wszystkimi kołami.

Następnie zapamiętywane są przesłane kody poszczególnych czujników jako konkretne koła.

Pamiętać należy, że w starszych generacjach systemu, gdzie czujniki są przyuczane nie można zamieniać kół miejscami w pojeździe, ponieważ informacja o ciśnieniu byłaby błędna – to znaczy system mógłby nas informować o zbyt niskim ciśnieniu w prawym przednim kole, a w rzeczywistości chodziłoby o koło lewe tylne. W najnowszych generacjach systemów monitorujących ciśnienie w kołach moduły sterujące same są w stanie rozpoznać, z którego czujnik, w którym kole pochodzi informacja o ciśnieniu. Do identyfikacji czujnika moduł wykorzystuje efekt Dopplera. W uproszczeniu chodzi o to, że nadajniki są różnych odległościach od odbiornika, dzięki czemu fale, jakie docierają do odbiornika, będą się różnić w zależności od odległości koła od odbiornika.

12

Dodatek techniczny

Rolą anteny jest odbiór sygnałów od czujników, a rolą modułu jest ich interpretacja oraz przekazanie informacji do kierowcy. Z reguły moduły maja możliwość zapamiętania dwóch kompletów czujników – od kół zimowych oraz od kół letnich. Po zmianie kół z reguły system sam identyfikuje zmianę kompletu kół. W miarę udoskonalania poszczególnych podzespołów pojazdu pod kątem najlepszego ich wykorzystania ze względu na poczucie komfortu – bezpieczeństwa, jakie dają kierowcy – użytkownikowi przyszła kolej na ulepszenie oświetlenie pojazdu.

Podstawowym problemem, z którym borykała się większość kierowców, było brak właściwego oświetlenia drogi, a raczej oświetlanie jej w miejscu gdzie mamy zamiar jechać, a nie zawsze jest to obszar na wprost przed pojazdem. Problem ten dotyczy szczególnie skrzyżowań, krętych dróg górskich.

Producenci szukali rozwiązania tego problemu na kilka sposobów. Pierwszym sposobem było dokładanie dodatkowego źródła światła to istniejącego odbłyśnika reflektora głównego. Ta dodatkowa żarówka była zapalana na podstawie informacji czerpanej z czujnika położenia kola kierownicy.

Drugim sposobem było montowanie dodatkowych reflektorów mających za zadanie oświetlanie wspomnianych obszarów, uruchamianie również następowało na podstawie informacji z czujnika położenia koła kierownicy. Trzecią metodą było zamontowanie siłowników poruszających całym wnętrzem reflektora w poziomie na wzór siłowników poziomujących reflektory ksenonowe. Zasada działania systemu również opiera się na informacji uzyskiwanej od czujnika położenia koła kierownicy. Na podstawie tej informacji siłowniki „skręcają” reflektory w prawo lub w lewo. Obecnie najpopularniejsze są dwa z powyższych rozwiązań.

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

W pojazdach niższych klas stosuje się głownie układ z dodatkowymi reflektorami uruchamianymi podczas skręcania kierownicą, tak zwane światła doświetlające zakręt. Dodatkowe reflektory są zamontowane najczęściej we wspólnej obudowie z światłami przeciwmgielnymi. Uruchamiają się w momencie skręcenia kierownicy. Dodatkowa funkcjonalność świateł polega na tym, że podczas cofania uruchamiane są oba światła doświetlające zakręt w celu lepszego oświetlenia obszaru wokół pojazdy w czasie manewrowania. Algorytm działania jest taki, że światło włącza się i wyłącza w sposób płynny, tak żeby nie dekoncentrować kierowcy. W pojazdach wyższych klas popularniejszy jest układ z reflektorami o zmiennym kącie świecenia. Zasada działania jest taka, że wiązka światła płynnie podąża za skrętem koła kierownicy. W miarę rozwoju i upowszechniania się rozwiązań elektronicznych również w dziedzinie oświetlenia pojawiali się kolejni asystenci. Pierwszym był asystent świateł drogowych, którego zadaniem jest dbanie o nie oślepianie innych kierujących światłami drogowymi. Początkowo działanie asystenta opierało się na czujniki oświetlenia zawierającym element światłoczuły – diodę.

W momencie oświetlenia z przeciwka o określonym natężeniu światła system samoczynnie przełączał reflektory na światła mijania, po czym po zniknięciu oświetlenia (minięciu pojazdu) ponownie przełączał na światła drogowe. Obecnie asystenci świateł drogowych opierają się na układach optyki cyfrowej, dzięki czemu są w stanie dużo precyzyjniej, niezależnie od warunków atmosferycznych na drodze identyfikować pojazdu jadące z naprzeciwka, jak również jadące w tym samym kierunku. Następnym krokiem w rozwoju świateł pojazdów były światła adaptujące się do warunków jazdy. Początkowo adaptacja polegała na zmianie wiązki światła w zależności od prędkości, z jaką jedzie pojazd. Podczas jazdy wolnej wiązka światła był krótsza, ale szersza, podczas jazdy szybkiej wiązka światła była dłuższa, ale węższa.

Taki system opiera się na informacji o prędkości najczęściej z modułu ABS i na tej podstawie zmieniał wiązkę światła poprzez delikatne przesunięcie źródła światła – żarówki wewnątrz reflektora w przypadku reflektorów odbłyski nowych lub zmieniał przesłonę w przypadku reflektorów soczewkowych. Dzięki takiej operacji światło emitowane przez żarnik było odbijane przez inną cześć odbłyśnika lub kierowane na inne części soczewki, dzięki czemu zmieniał się kształt wiązki światła. Rozwiązania takie były stosowane przez Mercedesa i BMW, jednak ze względu na bardzo skomplikowana, a przez to drogą konstrukcję nie weszły do powszechnego użytku. Obecnie dzięki wykorzystywaniu cyfrowej obróbki obrazu oraz nowych źródeł światła takich jak technologia LED światła mogą się adaptować w dużo większym stopniu i zakresie niż kiedyś. Na podstawie informacji z kamer umieszonych za przednią szybą moduł sterujący światłami ma pełne obraz tego, co dzieje się przed pojazdem oraz jakie panują warunki. Moduł na podstawie tych informacji ma

możliwość zmiany nie tylko szerokości wiązki i jej zasięgu, ale również intensywności oświetlenia oraz jego barwy.

Szerokość i długość wiązki są zależne od sytuacji na drodze, rodzaju drogi, intensywności ruchu. Natomiast intensywność oświetlenia i jego barwa zależy od warunków atmosferycznych. Inaczej oświetlania jest droga podczas deszczu, inaczej zaśnieżona droga, a jeszcze inaczej podczas mgły.

Chodzi o zminimalizowanie ryzyka olśnienia kierowcy. Z pomocą asystenta oświetlenia lub jak nawet niektórzy producenci je nazywają inteligentnych systemów oświetlenia doszliśmy z naszym artykułem do czwartego kroku milowego w kwestiach asystentów kierowcy, czyli powszechnego wejścia do motoryzacji takich technologii jak cyfrowa obróbka obrazu, podczerwień i radary.

Dzięki zastosowaniu wspomnianych technologii stało się możliwe stworzenie kilku asystentów. Pierwszy z nich to asystent rozpoznawania znaków drogowych. Dzięki zamontowaniu kamery auto „obserwuje” drogę przed pojazdem i dzięki zaszytym algorytmom rozpoznaje znaki (dzięki identyfikacji kształtów i kolorów) i informuje kierowcę o zauważonych znakach. Kolejnym asystentem korzystającym z kamery jest asystent pasa ruchu. Jest to system, który dzięki algorytmom rozpoznaje znaki poziome na drodze (rozpoznaje białe znaki na czarnym tle).

W momencie, kiedy kierowca zaczyna zjeżdżać ze swojego pasa ruchu bez zasygnalizowania tego faktu kierunkowskazem system informuje kierowcę poprzez sygnał dźwiękowy, komunikat głosowy lub graficzny, drżenie kierownicy lub drżenie fotela od stron, w którą zbacza z kursu. Najnowsze generacje systemu mogą wykonać drobne korekty kierunku jazdy poprzez komunikację z modułami wspomagania układu kierowniczego. Kolejnym asystentem, który wykorzystuje technologię cyfrowej obróbki obrazu jest asystent martwego pola – skrótowo określany jako BLIS. Z pomocą kamer umieszczonych po bokach pojazdu system obserwuje przestrzeń tzw. martwego pola lusterka wstecznego bocznego. W momencie, kiedy system zaobserwuje auto w tej strefie zapala lampkę informacyjną. W momencie, kiedy kierowca rozpocząłby zmianę pasa system będzie sygnalizował zagrożenie w sposób taki sam jak w przypadku asystenta pasa ruchu – drżenie kierownicy lub fotela.

Na rysunku 14 przedstawione są elementy asystenta pasa.

W lewym górnym zdjęciu widzimy jak wygląda z zewnątrz lusterko z umieszczoną kamerą systemu BLIS – nie różni się specjalnie od normalnego. W prawym górnym zdjęciu widzimy, w jaki sposób umieszczona jest kamera systemu BLIS. W na lewym dolnym zdjęciu pokazany mamy widok z fotela kierowcy z włączoną sygnalizacją auta w martwym polu. Na dolnym prawym zdjęciu mamy komunikat z deski rozdzielczej o włączonym systemie BLIS.

Dodatek techniczny

13

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Rysunek 14. Źródło: Autogaleria.pl

Rysunek 15. Źródło: Mercedes – Benz

14

Dodatek techniczny

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Udoskonaleniem i jednoczesnym uzupełnieniem systemu kamer, w które jest wyposażony pojazd, było doposażenie pojazdu w kamery termowizyjne. W ten sposób powstał asystent jazdy nocnej. Dzięki technologii termowizyjnej kamery „widzą” rzeczy niewidzialne dla oka ludzkiego przy braku oświetlenia. Kamera termowizyjna widzi ciepło emitowane przez ludzi samochody, zwierzęta itp. W celu jeszcze najlepszego efektu obrazu z kamery termowizyjnej pojazdy są wyposażone w lampy IR emitujące światło w podczerwieni, które odbija się od przedmiotów przed pojazdem.

Dzięki temu zabiegowi nawet elementy nieemitujące własnego ciepła stają się widoczne dla kamery termowizyjnej ze względu na fakt, że każda materia ma różną termoemisyjność.

Obraz uzyskany w ten sposób jest przekazywany kierowcy na monitorze komputera podkładowego ewentualnie na tablicy zegarów. Na rysunku 15 zamieszczono przykład obrazujący, jaka jest różnica pomiędzy tym, co widzi oko kierowcy – górna cześć zdjęcia, a tym, co widzi asystent jazdy nocnej – dolna cześć zdjęcia. Na dodatkową uwagę zasługuje również fakt, że na górnej części zdjęcia droga jest oświetlona systemem adaptacyjnych świateł ksenonowych.

Najnowsza generacja asystenta jazdy nocą jest też określana mianem PLUS ma dodatkowa funkcję polegającą na oświetlaniu reflektorem projektowym ledowym zauważonej przeszkody w taki sposób, aby kierowca zwrócił baczną uwagę na zagrożenie. Sposób działania asystenta jazdy nocnej plus przedstawiony jest na rysunku 16.

Tak samo jak wprowadzenie i wykorzystywanie termowizji w powszechnej motoryzacji spowodowało uzyskanie nowych możliwości i funkcjonalności systemów asystujących kierowcy, tak samo wprowadzenie technologii radarowej otworzyło nowe możliwości dla systemów asystujących.

Z zespolenia wszystkich dotychczasowych asystentów i technologii radarowej powstał system Adaptive Cruise Control, w skrócie ACC nazywany również Inteligent Cruise Control. W polskim tłumaczeniu jest to inteligentny tempomat, jednak nazwa ta nie oddaje wszystkich funkcji, jakie posiada ten system. System faktycznie był tworzony z myślą o aktywnym utrzymywaniu tempa podróży. Jeżeli utrzymanie zadanej prędkości staje się niemożliwe z powodu utrudnień na drodze system ma za zadanie dostosować prędkość do panujących warunków na drodze poprzez utrzymywanie bezpiecznego odstępu od poprzedzającego auta.

Rysunek 16. Źródło: BMW

Dodatek techniczny

15

Systemy wspomagające. Na co może liczyć kierowca?

Jeżeli auto poprzedzające jedzie wolniej, system zwalnia i, utrzymując bezpieczny odstęp, jedzie za „przeszkodą”. Jeżeli przeszkoda zniknie, auto poprzedzające ustąpi drogi system ponownie przyspiesza. Jeżeli warunki tego wymagają, system jest w stanie całkowicie zatrzymać pojazd bez udziału kierowcy. Taka funkcjonalność jest możliwa dzięki zastosowaniu radaru z przodu pojazdu. Głowica radaru zarówno nadaje, jak i odbiera fale radarowe.

drodze ostrzega kierowcę przed możliwości kolizji, a jeżeli jest za późno sam uruchamia automatyczne hamowanie i przygotowuje pojazd do zderzenia. Przygotowanie pojazdu do zderzenie polega na zamknięciu okien i szyberdachu, ustawieniu oparć foteli w optymalnej pozycji, napięciu pasów bezpieczeństwa. W momencie, kiedy dojdzie do kolizji system uruchamia oświetlenie wewnątrz pojazdu oraz światła awaryjnie, ponadto odcina dopływ paliwa do silnika oraz odblokowuje centralny zamek. Jeżeli pojazd posiada wbuFale radiowe emitowane przez pojazd odbijają się od prze- dowany telefon i GPS, system automatycznie wysyła powiaszkód i wracają do pojazdu. System ACC wykorzystuje infor- domienie o wypadku z podaniem dokładnej lokalizacji GPS, macje z radaru, ale również z pozostałych systemów, które liczbą osób w pojeździe oraz numer telefonu zwrotnego. są opisane wcześniej w tym artykule. Po wyprodukowaniu systemu ACC przed producentami i projektantami otworzyła Dla wielu użytkowników niektóre z opisane powyżej systesię ocean możliwości, jakie tkwią w tak wyposażonym po- mów i algorytmy ich działania mogą brzmieć jak fantazja, jeździe w połączeniu z olbrzymimi mocami obliczeniowymi jednak są to systemy już obecnie montowane w pojazdach. współczesnych komputerów. Przykładem tych możliwości Oczywiście nie we wszystkich pojazdach i nie wszystkie jest asystent jazdy w korku. Jest to system mający za zadanie systemy. Jednak w tych najbardziej luksusowych i prestiżoutrzymywanie auta w ruchu w czasie jazdy w korku. Wiemy, wych będziemy mieli do czynienia z pełnym kompletem jaka męcząca jest jazda w korku, gdy co kilka sekund pod- systemów. Są tylko dwa elementy, które od samego początjeżdżamy o kilka metrów. Asystent wyręcza nas, korzystając ku są niezmienne i nic nie wskazuje na to, żeby się zmieniły. z funkcjonalności, jaką daje ACC utrzymuje stałą bezpieczną Pierwszy z nich to prawa fizyki, o których musimy pamiętać. odległość od poprzedzającego pojazdu. Poprzez ruszanie, Niezależnie od systemów, jakimi pojazd dysponuje, nie jest podjeżdżanie i hamowanie. w stanie zatrzymać się w miejscu. Drugi element to kierowca, a właściwie jego organizm, który posiada określoną odOstatnim piątym krokiem milowym w dziadzienie systemów porność na zmęczenia. Niezależnie od tego jak luksusowym wspierających kierowcę jest rozwój inteligentnego auta. In- pojazdem będziemy podróżować zmęczenie będzie nas doteligentnego w sensie analizującego sytuację za kierowcę tyczyć. Należy pamiętać o tym, że zawsze odpowiedzialność i potrafiącego zareagować w sposób zapobiegający konse- za to, co się dzieje z pojazdem, ponosi na końcu jego kierowkwencją lub mocno ograniczając te konsekwencję. Systemy ca. Asystenci pomagają, ale nie zdejmują odpowiedzialności te ogólnie określane są mianem aktywnego bezpieczeństwa z kierowcy. lub aktywnej ochrony. System cały czas na bieżąco monitoruje ruch, jaki odbywa się przed pojazdem z pomocą kamer i radaru. Monitoring obejmuje zarówno pojazdy poruszające się w tym samym kierunku co nasz, jak również obejmuje obiekty poruszające się poprzecznie do naszego pojazdu Temat asystentów i układów wspomagających kierowcę – piesi, zwierzęta i pojazdy. Systemy te monitorują również w prowadzeniu pojazdu jest bardzo szeroki i rozbudowany. pracę kierowcy. Monitoring pracy kierowcy obejmuje prze- Niniejszy artykuł, pomimo że dość obszerny stanowi niejako rwy w podróży i długość oraz częstotliwość. Poprzez system jedynie wstęp do całej problematyki związanej z obsługą oraz kamer obserwowane są oczy kierowcy czy obserwują drogę, naprawą samochodowych układów nazywanych potocznie czy nie się zamykają. Monitorowane są również odruchy kie- asystentami. W opracowaniu zostały wstępnie omówione rowcy, czyli posługiwanie się kierownica, pedałami, dźwignią zagadnienia, które można zgłębić uczestnicząc w szkolezmiany biegów. niach tematycznych zarówno teoretycznych, jak i praktycznych organizowanych przez dział szkoleń Intercars. Również Na podstawie tych wszystkich informacji system aktywnego w przypadku problemów lub pytań związanych z tematyką bezpieczeństwa może poinformować kierowcę o koniecz- niniejszego artykułu pojawiającymi się w codziennej pracy ności przerwy przy okazji podając adres najbliższej punktu warsztatowej zawsze można się zwrócić o pomoc do działu obsługi podróżnych. Jeżeli kierowca wyrazi chęć na przerwę wsparcia technicznego. Zarówno w kwestii szkoleń, jak i conawigacja automatycznie zacznie prowadzić do takiego dziennego wsparcia jesteśmy do Państwa dyspozycji drogą punktu. Kolejnym działaniem systemu jest dostosowywanie telefoniczną lub mailową. momentu przekazania informacji kierowcy – może to być komunikatu lub połączenie rozmowy telefonicznej do sytuacji na drodze. Jeżeli sytuacja na drodze wymaga wzmożonej czujności system ogranicza rozpraszanie kierowcy. W przypadku, kiedy system stwierdza niebezpieczną sytuację na

Podsumowanie

16

Dodatek techniczny