فناوری های به کار برده در خودروسازی

فناوری های پیشرفته خودرویی
امروزه بکارگیری فن‏آوری های نوین در خودرو به یک ضرورت برای خودروسازان دنیا مبدل شده است. سختگیرانه تر شدن الزامات قانونی از یکسو و افزایش سطح انتظارات مشتریان از سوی دیگر سبب شده است تا شرکت‏های خودروسازی برای کسب سهم بیشتر از بازار، برنامه‏ ریزی‏های گسترده ای را برای توسعه و پیاده سازی فن‏آوری‏های پیشرفته انجام دهند. از اینرو مرکز تحقیقات و نوآوری با توجه به چشم ‏انداز گروه خودروسازی سایپا، مبنی بر کسب سهم عمده از بازار داخلی و همچنین حضور در بازارهای بین‏ المللی، برآن شد تا با تدوین نقشه راه توسعه فناوریهای پیشرفته و بکارگیری آنها در محصولات آتی، خودروهایی با سطح امکانات رفاهی متنوع، ایمن و دوستدار محیط زیست به مشتریان محترم خود عرضه نماید.

ایمنی
ارتقاء ایمنی خودروها با استفاده از روش های سنتی محدود بوده و پیشرفت در این زمینه بدون استفاده از فن‏آوری های نوین امکانپذیر نمی باشد. رعایت حداقل های قانونی به عنوان شرط لازم برای ورود به بازار تلقی می شود ولی خودروهای ایمن در سطح بین المللی دارای امکانات و تجهیزاتی هستند که فراتر از سطح استانداردهای اجباری است. خودروسازان بین ‏المللی به دلایل دیگری از جمله بحث رقابت پذیری و مسئولیت‏های اجتماعی به دنبال ارتقاء هرچه بیشتر ایمنی خودروهای خود هستند و در این راستا از فن آوری های پیشرفته بیشترین بهره برداری را می کنند. مؤسسه غیر انتفاعی و بین المللی Global NCAP -که در سرتاسر دنیا نظیر اروپا، آمریکا، استرالیا، ژاپن و... 9 نمایندگی دارد- مدت هاست که اقدام به آزمایش و رتبه بندی ایمنی خودروها نموده است. این مؤسسه ایمنی خودروها را بر اساس سطح تجهیزات ایمنی و نتایج تست برخورد در چهار حوزه ایمنی سرنشین (Occupant Safety)، ایمنی کودک (Child Safety)، ایمنی عابر پیاده (Pedestrian Safety) و سیستم های هوشمند کمک-به راننده (Safety Assist) رتبه بندی می کند و نتایج ارزیابی را به صورت عمومی در وب سایت خود منتشر می کند. مشتریان بر اساس این ارزیابی ها می توانند از رتبه ایمنی خودرویی که می خواهند خریداری کنند مطلع شوند. امروزه اغلب خودروسازان محصولات خود را پیش از ورود به بازار در این مراکز ارزیابی می کنند و نتایج رتبه بندی را به عنوان سند ایمن بودن خودروی خود و به عنوان یک ابزار تبلیغاتی مؤثر در جذب مشتری در معرض دید عموم قرار می‏دهد.

در سال های اخیر مباحث مربوط به استحکام سازه‏ای خودرو به یک مسئله حل شده تبدیل شده است به گونه ای که امروزه بیشتر تلاش ها معطوف به توسعه سیستم‏های هوشمند و کمک به راننده شده است. با توجه به نقش بسزای این سیستم ها در پیشگیری از وقوع تصادفات، مؤسسه Euro NCAP توجه ویژه ای به این مقوله داشته است به گونه ای که اگر خودروهای آینده به سیستم‏هایی نظیر ترمز اضطراری خودکار (Autonomous Emergency Braking-AEB)، هشدار خروج از خط (Lane Departure Warning System-LDWS)، کنترل تطبیقی سرعت (Intelligent Speed Adaptation-ISA) و برخی از سیستم‏های پیشرفته دیگر مجهز نباشند صلاحیت ارزیابی در تست‏های Euro NCAP را نخواهند داشت. مرکز تحقیقات گروه خودروسازی سایپا در صدد است تا با بکارگیری این فناوری ها در خودروهای آتی، گام مهمی در جهت ایمنی مشتریان محترم خود بردارد.

1.1 ترمز اضطراری خودکار (Autonomous Emergency Braking-AEB)
سیستم ترمز اضطراری خودکار به صورت هوشمند از تصادفات خودرو با موانع روبرو که ناشی از بی توجهی، خواب آلودگی و یا حواس پرتی راننده است جلوگیری می‏کند. عملکرد این سیستم شامل دو مرحله اصلی هشدار و پیشگیری از برخورد است. در مرحله هشدار (Forward Collision Warning-FCW) سنسورهای این سیستم (دوربین/رادار) موانع روبرو را تشخیص می‏دهند و در صورتیکه خطر برخورد وجود داشته باشد از طریق هشدار صوتی و یا بصری به راننده اخطار می‏دهد. در صورتیکه راننده به علائم هشدار توجه نکند و یا بموقع ترمزگیری نکند سیستم به صورت خودکار اقدام به ترمزگیری می‏کند تا با مانع برخورد نشود (Autonomous Emergency Braking-AEB). در شکل 2 مراحل عملکرد این سیستم نشان داده شده است. بر اساس تقسیم-بندی مؤسسهEuro NCAP انواع مختلف ترمز اضطراری خودکار عبارتند از: شهری (AEB City)، بین شهری (AEB Interurban)، عابر پیاده (AEB Pedestrian) و وسایل نقلیه دوچرخ (AEB Cyclist).

1.1.1 ترمز اضطراری خودکار شهری و بین شهری (AEB City & AEB Interurban)
گونه ی شهری و برون شهری ترمز خودکار از نقطه نظر ماهیت سنسورهای مورد استفاده و نوع موانع قابل تشخیص عملکرد مشابهی دارند. گونه ی شهری برای سرعت های کم در محدوده ی شهری استفاده می شود در حالی که گونه ی برون شهری قابلیت استفاده در سرعت های بالا برای اتوبان ها و جاده ها را نیز دارد.

سنسورهای مورد استفاده در گونه ی شهری عمدتاً از نوع رادار بُردکوتاه بوده و برُد و زاویه ی دید آن بسته به کارخانه سازنده به ترتیب حدود 60 متر و 60 درجه از جلوی خودرو است. بنابراین گونه شهری بیشتر مناسب سرعت های کم تر از km/h 50 است و می تواند موانع را در گستره دید نسبتاً وسیعی تشخیص دهد. سنسورهای مورد استفاده در این گونه تنها قابلیت تشخیص وسایل نقلیه چهار چرخ را دارد و سایر اشیاء مانند عابر پیاده، وسایل نقلیه دوچرخ، درخت، حیوانات و گاردریل جاده را نمی تواند تشخیص بدهد.

درگونه ی برون شهری سنسورهای مورد استفاده از نوع رادار با بُرد بالا است و بسته به نوع کارخانه سازنده بُرد و زاویه دید آن به ترتیب حدود 200 متر و 20 درجه است. به دلیل بُرد بیشتر سنسورهای گونه ی برون شهری، این سیستم قابلیت استفاده در سرعت های بالا تا حدود km/h200 را نیز دارد. اما به دلیل زاویه دید کم تر، برای استفاده در محیط شلوغ شهری مناسب نیست. در نسل جدید سنسورهای رادار، زاویه و بُرد سنسور به صورت تطبیقی با سرعت خودرو تنظیم می شود و می توان از آن هم برای درون شهر و هم برای بیرون شهر استفاده نمود. گونه ی برون شهری همانند گونه شهری تنها قابلیت تشخیص خودروهای چهار چرخ دارد.

محل نسب سنسور رادار معمولاً در جلوپنجره خودرو و کنار آرم جلو است. اغلب برای بالا بردن دقت و قابلیت اطمینان سیستم از دوربین فیلمبرداری نیز استفاده می شود. در این صورت اطلاعات رادار و دوربین با استفاده از روش ادغام داده ها (data fusion) با هم ترکیب می شوند و ضریب اطمینان عملکرد سیستم افزایش می یابد. محل نصب این دوربین معمولاً پشت شیشه جلو در کنار آینه عقب خودرو است. اگرچه نصب دوربین برای این دو گونه الزامی نیست اما از آنجاییکه این دوربین برای سایر سیستم های ایمنی و کمک به راننده (نظیر سیستم های هشدار خروج از مسیر، تشخیص تابلوهای ترافیکی، تشخیص عابر پیاده و غیره) نیز کاربرد دارد، استفاده از آن در انواع سیستم های ترمز خودکار رایج است.

1.1.2 ترمز اضطراری خودکار برای عابر پیاده و وسایل نقلیه دوچرخ (AEB Pedestrian & AEB Cyclist)
سیستم ترمز AEB Pedestrian و AEB Cyclist در دسته سیستم های ایمنی حفاظت از کاربران آسیب پذیر راه قرار می گیرند. از اینرو تحت عنوان کلی AEB VRU (Vulnerable Road Users) نیز شناخته می شوند. سیستم AEB Pedestrian و AEB Cyclist با بهره گیری از دوربین نصب شده در پشت شیشه خودرو و روش های پردازش تصویر، نوع موانع روبرو (عابر پیاده و یا وسایل نقلیه دوچرخ) را تشخیص می دهد و در صورتی که راننده واکنش بموقع انجام ندهد، سیستم به صورت خودکار اقدام به ترمزگیری می کند. دوربین های مورد استفاده می توانند به صورت Mono و یا Stereo باشند. در صورتی که سیستم مجهز به دوربین Stereo باشد (یعنی دو دوربین با فاصله مشخص در کنار هم)، سیستم قابلیت سنجش عمق موانع را نیز خواهد داشت. در غیر این صورت از یک سنسور رادار نیز جهت سنجش فاصله با موانع نیز استفاده می گردد. اگرچه رادار قابلیت تشخیص بالایی در تفکیک نوع موانع ندارد، اما به دلیل دقتی که در اندازه گیری فواصل دارد و به دلیل عدم تأثیرگذاری شرایط جوی در عملکرد آن، اغلب برای افزایش دقت سیستم از ترکیب اطلاعات دوربین در کنار رادار استفاده می شود. بسته به مدل دوربین مورد استفاده، بُرد و زاویه دید دوربین متفاوت است. اما در انواع معمولی این سیستم ها، وضوح تصویر به اندازه ای است که موانع تا فاصله 40 متری با دقت خوبی قابل تشخیص هستند. نوع پیشرفته تر و گران تر این دوربین ها، با وضوح بالایی که دارند، موانع را تا فاصله 500 متری نیز تشخیص می دهند.

1.2 تثبیت سرعت تطبیقی (Adaptive Cruise Control-ACC)
سیستم تثبیت سرعت تطبیقی به صورت هوشمند سرعت خودرو را روی مقداری که راننده از پیش تنظیم کرده است ثابت نگه می دارد. از اینرو بخشی از عملکرد این سیستم همانند سیستم تثبیت سرعت (Cruise Control) است؛ با این تفاوت که سیستم تثبیت سرعت تطبیقی با کمک سنسور رادار نصب شده در جلوی خودرو فاصله با خودروها و موانع روبرو را تشخیص می دهد و در صورت لزوم سرعت خودرو را به سرعت هوشمند کاهش می دهد. زمانی که روبروی خودرو مانعی وجود نداشته باشد، سیستم مجدداً سرعت را افزایش می دهد تا به مقدار از پیش تنظیم شده توسط راننده برسد. معمولاً فاصله زمانی ایمن با خودروی روبرو از قبل توسط راننده تنظیم می شود. مقدار پیش فرض حدوداً 2 ثانیه است و راننده با توجه شرایط جوی و ترافیکی می تواند آن را کم یا زیاد کند. بسته به برد سنسورها و الگوریتم مورد استفاده، این سیستم دارای سه گونه متفاوت می باشد:

ACC High Speed: سنسور مورد استفاده در این گونه از نوع رادار با بُرد بالا است و برای سرعت های بیشتر از 120 کیلومتر بر ساعت استفاده می گردد.
ACC Low Speed: سنسور مورد استفاده در این گونه از نوع رادار با بُرد متوسط است و برای سرعت های تا 120 کیلومتر بر ساعت استفاده می گردد.
ACC Stop-and-Go: این سیستم در ترافیک های شهری و برای توقف ها و حرکت های پی درپی مورد استفاده قرار می-گیرد. در الگوریتم عملکردی این سیستم علاوه بر زمان برخورد، فاصله طولی با خودروی جلویی نیز مَد نظر قرار می-گیرد.

1.2 تثبیت سرعت تطبیقی (Adaptive Cruise Control-ACC)
سیستم تثبیت سرعت تطبیقی به صورت هوشمند سرعت خودرو را روی مقداری که راننده از پیش تنظیم کرده است ثابت نگه می دارد. از اینرو بخشی از عملکرد این سیستم همانند سیستم تثبیت سرعت (Cruise Control) است؛ با این تفاوت که سیستم تثبیت سرعت تطبیقی با کمک سنسور رادار نصب شده در جلوی خودرو فاصله با خودروها و موانع روبرو را تشخیص می دهد و در صورت لزوم سرعت خودرو را به سرعت هوشمند کاهش می دهد. زمانی که روبروی خودرو مانعی وجود نداشته باشد، سیستم مجدداً سرعت را افزایش می دهد تا به مقدار از پیش تنظیم شده توسط راننده برسد. معمولاً فاصله زمانی ایمن با خودروی روبرو از قبل توسط راننده تنظیم می شود. مقدار پیش فرض حدوداً 2 ثانیه است و راننده با توجه شرایط جوی و ترافیکی می تواند آن را کم یا زیاد کند. بسته به برد سنسورها و الگوریتم مورد استفاده، این سیستم دارای سه گونه متفاوت می باشد:

ACC High Speed: سنسور مورد استفاده در این گونه از نوع رادار با بُرد بالا است و برای سرعت های بیشتر از 120 کیلومتر بر ساعت استفاده می گردد.
ACC Low Speed: سنسور مورد استفاده در این گونه از نوع رادار با بُرد متوسط است و برای سرعت های تا 120 کیلومتر بر ساعت استفاده می گردد.
ACC Stop-and-Go: این سیستم در ترافیک های شهری و برای توقف ها و حرکت های پی درپی مورد استفاده قرار می-گیرد. در الگوریتم عملکردی این سیستم علاوه بر زمان برخورد، فاصله طولی با خودروی جلویی نیز مَد نظر قرار می-گیرد.

1.3 هشدار دهنده خروج از مسیر (Lane Departure Warning System-LDWS)
سیستم هشدار دهنده خروج از مسیر با استفاده از یک دوربین قرار گرفته در جلوی خودرو (پشت شیشه جلو) خطوط جاده را تشخیص می دهد. زمانی که خودرو به دلیل حواس پرتی یا عدم هوشیاری راننده به خطوط کناری مسیر نزدیک شود، سیستم از طریق هشدار صوتی یا بصری یا لامسه ای (لرزش فرمان یا نشیمنگاه صندلی) به راننده هشدار می دهد. در مواقعی که راننده راهنمای خودرو را فعال کند هشداری به راننده داده نمی شود. در مُدل های پیشرفته تر، سیستم از طریق اصلاح فرمان از خروج از مسیر ناخواسته راننده جلوگیری می کند (Lane Keeping Assist).

1.4 تشخیص نقطه کور (Blind Spot Detection-BSD)
سیستم تشخیص نقطه کور نقاط کور جانبی و عقب خودرو را که در آینه خودرو قابل رویت نیستند تشخیص می دهد و در صورتی که در آن طرفین کناری و عقب خودرو مانعی وجود داشته باشد به راننده هشدار می دهد تا از فرمان دهی خودرو اجتناب کند. این سیستم معمولاً با استفاده از سنسورهای اولتراسونیک بُرد بالا که در طرفین عقب سپر خودرو نصب می شود فضای اطراف را اسکن می کند. در برخی از انواع این سیستم دوربین هایی در زیر آینه خودرو نصب می شود که می توان فضای طرفین خودرو را نیز شناسایی کند. در برخی از انواع این سیستم، در صورتیکه خودرویی در نقطه کور وجود داشته باشد و راننده بخواهد بدون توجه به علامت هشداردهنده در آینه اقدام به تعویض خط کند، سیستم از طریق یک اقدام اضافی (هشدار صوتی یا لرزش فرمان یا چراغ چشمک زن داخل آینه) به راننده اخطار جدی تری را اعلام می کند. در یک سیستم یکپارچه با ادغام اطلاعات BSD و LDWS دقت عملکرد سیستم تا حد زیادی ارتقاء می یابد.

سنسورهای نصب شده در این سیستم قابلیت تشخیص نقاط کور پشت خودرو با گستره دید 180 درجه ای را دارند. زمانی که راننده بخواهد خودرو را از پارک خارج کند سنسورهای BSD فضای عرضی عقب خودرو را با گستره دید 180 درجه ای اسکن می-کند و اگر مانعی در حال نزدیک شدن به خودروی در حال خروج از پارک وجود داشته باشد به راننده هشدار می دهد. این عملکرد سیستم تحت عنوان (RCTA) Rear Cross Traffic Allert شناخته می شود.

1.5 هشدار و تطبیق سرعت هوشمند (Intelligent Speed Adaptation-ISA)
در یک سیستم معمولی هشداردهنده سرعت مجاز، زمانی که سرعت خودرو از یک حد از پیش مشخص شده (به عنوان مثال 120 کیلومتر بر ساعت) تجاوز کند یک هشدار دهنده صوتی و بصری به راننده اعلام خطر می کند. اما در سیستم تطبیقی، سقف سرعت مجاز با توجه به تابلوهای محدودیت سرعت هر محدوده تنظیم می شود و به راننده هشدار لازم را می دهد. در صورتی که راننده به پیغام هشدار توجه نکند سیستم می تواند از افزایش سرعت خودرو جلوگیری کند. این سیستم همانند سایر سیستم های ایمنی هوشمند قابلیت غیرفعالسازی توسط راننده را دارد. تشخیص محدودیت سرعت از دو طریق انجام می شود:

پردازش تصویر تابلوهای مسیر با استفاده از دوربین نصب شده در پشت شیشه جلو
استفاده از نقشه تابلوهای سرعت و GPS

1.6 نوربالای هوشمند (High Beam Assist)
این سیستم به صورت هوشمند شرایط محیطی را ارزیابی می کند و در صورت لزوم، نوربالای خودرو را فعال و یا غیر فعال می کند. حسگرهای نور و دوربین نصب شده در جلوی خودرو میزان روشنایی محیط و نور خودروهای اطراف را اندازه گیری می کند و بسته به شرایط، دستور لازم جهت فعال سازی نوربالای خودرو را اعمال می کند.

شرایطی که تحت آن نوربالای خودرو فعال می شود:

سرعت خودرو بیش از 30 کیلومتر در ساعت باشد.
ناحیه جلوی خودرو تاریک باشد.
هیچ خودرویی از روبرو با چراغ روشن در حال نزدیک شدن نباشد.
خودرویی در جلوی خودروی راننده وجود نداشته باشد (چراغ عقب خودروی جلویی روشن نباشد).
روشنایی چراغ های کنار جاده به حد کافی نباشد.

شرایطی که تحت آن نوربالای خودرو غیرفعال می شود:

سرعت خودرو کمتر از 30 کیلومتر بر ساعت باشد.
ناحیه جلوی خودرو تاریک نباشد.
خودرویی در حال نزدیک شدن از روبرو تشخیص داده شود.
چراغ عقب خودروی جلویی تشخیص داده شود.
منبع روشنایی قوی در جاده تشخیص داده شود.