تکنولوژی رادار چگونه خودروهای آینده را شکل می دهد؟

همانطور که رادار موج میلیمتری[۱] در بازار اتومبیل های با رنج متوسط گسترش پیدا می کند، توسعه دهندگان به دنبال رادارهای با وضوح بالا برای محدوده های کوتاه برد و برنامه های کاربردی خودروهای بدون سرنشین هستند.

با مرگ و میر سالانه بیش از یک میلیون نفر در جهان، ایمنی در کانون توجه صنعت خودروسازی جهان قرار گرفته است. در اروپا برنامه ارزیابی خودروهای جدید (NCAP) ، سازندگان اصلی تجهیزات (OEMs) را با اجرای دقیق مقررات امنیتی به استفاده از سیستم های کمک راننده ی پیشرفته (ADAS) تشویق می کند.

برنامه های کاربردی بسیاری برای به حداقل رساندن میزان تصادفات ساخته شده اند. یکی از اولین برنامه ها کروز کنترل تطبیقی (ACC) بود و به دنبال آن برنامه هایی نظیر ترمز اضطراری (AEB) در بخش جلویی خودرو، شناسایی نقاط کور (BSD) و سیستم کمکی تغییر خطوط در بخش عقب خودرو، سیستم خروج خودرو و هشدار احتمال تصادف در بخش های کناری خودرو هستند.

از سال ۲۰۱۸ AEB به یکی از الزامات خودروهای جدید برای دریافت حداکثر امتیاز تبدیل شده که این امر به منظور حفاظت از عابران پیاده و دوچرخه سواران صورت گرفته است. همین رویکرد در ایالات متحده نیز در جریان است و ۲۰ شرکت سازنده متعهد شده اند تا پایان سال ۲۰۲۲ تمامی اتومبیل ها را به AEB مجهز کنند.

اکثر سازندگان قطعات خودرو با ایده اتومبیل های کاملا خودران و بدون سرنشین که محدودیت های امنیتی را کنار می زنند، نگاهی فراتر در مبحث امنیت دارند. شرکت هایی نظیر Google و Uber هم اکنون روی پروژه ی خودروهای کاملا رباتیک اتوماتیک مشغول فعالیت هستند.

سنسورها

در تمامی این برنامه ها، تکنولوژی حسگر از بالاترین درجه اهمیت برای ایجاد توانایی حسی ۳۶۰ درجه برخوردار است. در واقع زرهی امنیتی در اطراف خودروست!

سنسورها یا همان حسگرها باید توانایی تشخیص و طبقه بندی اشیا را در هر شرایط آب و هوایی و یا شرایط نوری داشته باشند. همچنین داده های دریافتی، برای عملکردهای قطعی و بحرانی بسیار قابل اطمینان باشند.

ورودی های ترکیب شده ی حسگرها اطلاعات دقیق و معتبری از محیط اطراف خودرو بدست می دهند و بدین ترتیب به واحد کنترل اجازه می دهند تا اقدامات پیشگیرانه یا اقدامات اصلاحی را برای مثال با استفاده از بازخورد هشدار دهنده یا ترمز اظطراری و یا فرمان انجام دهد. این حسگرها شامل رادار، دوربین ها، LiDAR و اولتراسونیک ها می باشند که هر کدام نقاط ضعف و قدرت خود را دارند.

رادار

رادار موج میلیمتری بیش از یک دهه است که در خودروهای گران قیمت استفاده می شود. اگرچه باعث تضمین رفاه می شود اما در اندازه ی محدود است. در حال حاضر با تمرکز دقیق تر بر امنیت، پتانسیل بازار ADAS برای خودروهای متوسط نیز رو به فزونی نهاده است. نتایج حاصل از تحقیق روی ADAS های موجود نشان می دهد که رادارهای موج میلیمتری توسط بسیاری از برندها به کار گرفته شده اند.

سایر موارد استفاده از ADAS ها برای نظارت بر کناره ها و پشت خودرو مانند BSD، LCA، و PCW است که به رشد بازار رادار کوتاه برد و در محدوده متوسط کمک می کند. برنامه های اضافی مثل پارک خودکار نیز به این رشد کمک خواهند کرد.

از انواع رادارهایی که روی خودروها نصب می شوند می توان موارد زیر را نام برد.

  • سیستم ترمز اضطراری پیش بینی کننده
  • سیستم کمکی تغییر خطوط
  • سیستم کروز کنترل تطبیقی
  • سیستم حفاظت از عابران پیاده

از انواع دوربین هایی که روی خودروها نصب می شوند می توان موارد زیر را نام برد.

  • سیستم کمکی هشدار خروج از خط
  • سیستم کمکی نگهدارنده بین خطوط
  • سیستم هشدار ترافیک در بخش عقبی
  • سیستم نشانگر علائم جاده ای
  • سیستم کنترل هوشمند چراغ جلو
  • سیستم چند دوربینه
  • سیستم حفاظت از عابران پیاده
  • سیستم دید نمای عقبی

Lidar

Lidar سیستمی نسبتا جدید در بخش وسایل نقلیه است که کاربرد آن به سرعت در حال افزایش است. Lidar مخفف عبارت Light Detection and Ranging می باشد و به جای صوت یا امواج رادیویی که در سیستم های پیشین از آن ها استفاده می شد، بر پایه نور لیزر ایجاد شده است. علاوه بر فرستنده (لیزر)، سیستم به یک گیرنده ی بسیار حساس نیز نیازمند است. اغلب از Lidar برای اندازه گیری میزان فاصله با اشیاء ثابت و متحرک استفاده می شود اما این سیستم از روش های خاصی برای ارائه ی تصاویر سه بعدی از اشیاء شناسایی شده استفاده می کند.

امروزه هر شخصی می تواند یک فاصله سنج با این خصوصیات را از فروشگاه ها تهیه کند اما چالشی که برای یک سیستم کمک راننده وجود دارد این است که باید مطمئن بود که در تمام شرایط محیطی (درجه حرارت، تشعشع خورشیدی، تاریکی، باران و برف) به درستی عمل می کند و نکته ی مهم تر اینکه تا شعاع ۳۰۰ یارد دورتر، اشیا را تشخیص دهد. و البته همه ی این ها باید در محصولی کم هزینه و در ابعاد کوچک خلاصه شود.

Lidar چگونه عمل می کند؟

 در این سیستم از اشعه ی ماوراء بنفش (UV) و پرتو نزدیک به مادون قرمز (IR) برای تصویرسازی اشیا و ترسیم مشخصات فیزیکی آن ها استفاده می شود. سنجش های متعددی در یک توالی سریع به منظور رسیدن به نقشه ای مجتمع و با وضوح بالا از محیط پیرامون، انجام می شود.

Lidar برای اندازه گیری فاصله تا جسم مورد نظر، از سنسور های کنشگری استقاده می کند که برای شفاف سازی و وضوح از انتشار یک منبع انرژی به جای تکیه بر نور خورشید، بهره می برند. این سنسور ها به طور متوالی پالس هایی از نور لیزر را به روی سطح اشیا ارسال می کنند – چیزی نزدیک به ۱۵۰۰۰۰ پالس در ثانیه.

هنگامی که نور به شئ مورد نظر می رسد، دوباره به سمت سنسوری بازتاب داده می شود که فاصله ی زمانی بازگشت نور از سطح جسم را اندازه گیری می کند. این میزان فاصله از طریق محاسبه ی سرعت نور، به طور دقیق مشخص می شود.

نتیجه ی حاصل، اطلاعات دقیق سه بعدی در مورد شئ هدف و ویژگی های آن است.

از Lidar در ساخت خودروهای بدون سرنشین استفاده می شود.

اولتراسونیک (Ultrasonic)

اولتراسونیک در واقع یک موج صوتی با فرکانس بالا و فراتر از محدوده ی شنوایی انسان است. از آن جا که فرکانس شنیداری انسان بین ۲۰هرتز تا ۲۰کیلوهرتز است، در نتیجه اولتراسونیک امواجی با فرکانس بالاتر از ۲۰کیلوهرتز دارد.  اولتراسونیک از ویژگی هایی برخوردار است که آن را سودمند می سازد و باعث استفاده از آن در بسیاری از کاربرد های الکترونیکی می شود.

  • در محدوده ی شنوایی انسان نیست و در نتیجه برای او غیر قابل شناسایی ست.
  • امواج اولتراسونیک می توانند با قابلیت هدایت پذیری بالا ایجاد شوند.
  • آن ها ارتعاش فشرده ماده (معمولا هوا) هستند.
  • سرعت انتشار آن ها کمتر از امواج رادیویی و نور است.

در واقع، غیر شنیداری بودن امواج اولتراسونیک برای انسان ها، نکته ی قابل توجهی در کاربرد های آن ها است. برای مثال سنسور کمکی پارک برای اطمینان از دریافت پاسخ صحیح، صدایی با شدت ۱۰۰دسی بل تولید می کند. این شدت صوت را می توان با ایستادن کنار یک موتور جت مقایسه کرد.

سنسورهای اولتراسونیک برای اندازه گیری میزان فاصله استفاده می شوند. حسگر، یک موج اولتراسونیک را منتشر می کند و موجی را که از هدف بازتاب می شود دریافت می کند. سنسورهای اولتراسونیک با اندازه گیری زمان بین انتشار و دریافت، فاصله تا هدف را اندازه گیری می کنند.

این سنسور ها پایه ای برای سیستم های کمکی پارک، مانند پارک اتوماتیک می باشند.

از انواع سنسور های اولتراسونیک که روی خودروها نصب می شوند می توان موارد زیر را نام برد.

  • سیستم کمکی پارک خودرو
  • سیستم کمکی پارک

بازار رادار خودرویی هرگز چنین پویایی نداشته است، چرا که ما وارد عصر هیجان انگیز نوآوری های تکنولوژیکی می شویم. فرصت های جدید برای رادار همچنان در حال ظهور هستند، به عنوان مثال، سیستم های مانیتورینگ علائم حیاتی راننده. این صنعت هنوز در حال مجسم سازی رویاهای ممکن توسط رادارهاست. بی تردید این تکنولوژی عنصر کلیدی در خودروهای بدون سرنشین و رباتیک خواهد بود.

 

[۱] موج میلیمتری (نوار میلیمتری) باند طیفی بین ۳۰ تا ۳۰۰ گیگاهرتز است.

۲۸+