Как работают электронные помощники в автомобилях

Как обычные алгоритмы, только ответственности у них больше.

Первым электронным устройством в автомобиле был радиоприёмник — его начали устанавливать в конце 1920-х годов. В современных автомобилях гораздо больше электроники, и она может не только проигрывать музыку, но и помогать водителю лучше управлять машиной. Разбираемся, как устроены автомобильные электронные помощники и как они работают.

Что такое электронные помощники в автомобиле

Электронные помощники в автомобиле — это интеллектуальные системы, которые делают поездку комфортнее и безопаснее. Эти системы способны распознавать ситуацию на дороге и внутри салона, анализировать данные, принимать решения и информировать об этом водителя. В некоторых случаях они могут даже вмешиваться в процесс управления. Примеры таких помощников:

• Датчик дождя автоматически включает дворники при появлении капель на стекле.
• Адаптивный круиз-контроль регулирует скорость и дистанцию до впереди идущего автомобиля.
• Система контроля усталости советует сделать перерыв, если замечает признаки усталости.
• Парковочные ассистенты помогают при маневрировании или могут самостоятельно припарковать автомобиль.

Если помощники влияют на безопасность и управление автомобилем, их относят к ADAS (Advanced Driver Assistance Systems). Например, датчик дождя улучшает комфорт, но не является частью ADAS.

Как это устроено: датчики и блок управления

Электронные помощники работают благодаря комбинации датчиков и блока управления:

1. Датчики фиксируют данные о состоянии окружающей среды и автомобиля. Вот основные типы датчиков:Радар измеряет расстояние до объектов и их скорость.
   Ультразвуковой датчик определяет препятствия на близком расстоянии (парктроники).
   Лидар сканирует пространство лазером и строит трёхмерную карту.
   Инфракрасные датчики фиксируют тепло от объектов.
   Камеры распознают знаки, разметку и объекты вокруг.
   Гироскопы и акселерометры измеряют угловую скорость и боковое ускорение автомобиля.
   Датчик положения руля определяет направление, куда хочет повернуть водитель.
   
2. Блок управления обрабатывает данные с датчиков и принимает решения. Он может быть общим для нескольких систем или отдельным для каждой функции. Блоки управления связываются через CAN-шину и используют технологии V2X (Vehicle-to-Everything) для обмена данными с инфраструктурой, другими машинами и облачными сервисами.

Исполнительные устройства

Исполнительные устройства выполняют команды блока управления, предупреждая водителя или вмешиваясь в управление автомобилем. Примеры таких действий:

• Звуковой сигнал при непристёгнутом ремне безопасности.
• Световая индикация на зеркале при появлении другого автомобиля сбоку.
• Стабилизация автомобиля путём притормаживания отдельных колёс при заносе.

Более сложные системы могут автоматически:

• Тормозить всеми или отдельными колёсами.
• Изменять скорость движения.
• Блокировать двери во время поездки.
• Натягивать ремни безопасности при угрозе столкновения.
• Включать фары и дворники по необходимости.

Для выполнения таких функций механизмы автомобиля должны поддерживать электронное управление.

Примеры работы алгоритмов: АБС и ESP

АБС (антиблокировочная система) предотвращает блокировку колёс при резком торможении, сохраняя управляемость автомобиля. Система быстро чередует блокировку и разблокировку колёс, чтобы поддерживать сцепление с дорогой и эффективно замедлять автомобиль.

На основе АБС создана ESP (система контроля устойчивости). Она дополнительно использует гироскоп, акселерометр и датчик положения руля для предотвращения заноса. Если траектория автомобиля отклоняется от заданной, ESP корректирует её, притормаживая отдельные колёса и снижая обороты двигателя.

Получается, электронные помощники — это больше про программирование?

Да, функциональность электронных помощников определяется программным обеспечением. ПО обрабатывает данные с датчиков, распознаёт объекты, анализирует ситуации и принимает решения. Без алгоритмов и программ датчики и исполнительные устройства бесполезны.

Почему электронные помощники встраивают не везде?

Интеграция электронных помощников требует значительных затрат. Вот основные причины, почему они есть не во всех автомобилях:

1. Высокая стоимость увеличивает конечную цену машины.
2. Сложность производства требует модернизации заводов и конструкций автомобилей.
3. Ограниченные ресурсы у небольших автопроизводителей.
4. Разные стандарты безопасности в разных странах.
5. Слабая инфраструктура в некоторых регионах делает использование помощников неэффективным.

В чём проблема электронных помощников

Главная проблема — неопределённость в критических ситуациях. Если система допустит ошибку, непонятно, кто будет виноват: водитель, пешеход, автопроизводитель или разработчик ПО. Из-за доверия к технологиям водители могут терять бдительность, что приводит к авариям, которых можно было бы избежать при активном контроле управления.

Что нужно знать, чтобы заниматься электронными помощниками

Выбор специализации зависит от задачи:

• Python — для алгоритмов распознавания объектов.
• JavaScript — для интерфейсов.
• C и C++ — для программирования решений на уровне датчиков.
• Робототехника — для создания самих помощников.

Также полезно разбираться в системах автомобиля: двигателе, трансмиссии, тормозах, рулевом управлении и электрике.