Οι αυτοκινητοβιομηχανίες μας προετοιμάζουν για την αυτόνομη οδήγηση με πολλά συστήματα υποβοήθησης στα καινούργια αυτοκίνητα. Ένα από τα πιο σημαντικά εξ` αυτών, είναι το σύστημα της αυτόνομης πέδησης και πως επηρεάζει τα φρενα;
Φανταστείτε το σαν ένα συνοδηγό ο οποίος δεν κουράζεται, δεν είναι αφηρημένος, δεν είναι ποτέ πιωμένος και δεν τον απασχολεί τίποτα άλλο πέρα από την ασφάλεια των ανθρώπων και των οχημάτων. Και δεν φτάνει αυτό, αλλά αυτός ο άγρυπνος συνοδηγός, έχει και το πεντάλ από τα φρένα στην διάθεσή του...
Πως λειτουργούν τα συστήματα αυτόματου φρεναρίσματος;
Τα σύγχρονα αυτοκίνητα, στην πράξη, είναι ηλεκτρονικοί υπολογιστές με ρόδες. Πλήθος εγκεφάλων (σε ορισμένες ακραίες περιπτώσεις ένα όχημα μπορεί να έχει πάνω από 80) ελέγχουν όλες τις λειτουργίες ενός οχήματος. Αυτοί οι εγκέφαλοι παίρνουν σήματα από επίσης πλήθος αισθητήρων. Για να δουλέψει ένα σύστημα αυτόνομης πέδησης, στην πιο απλή περίπτωση, χρειαζόμαστε κάποιου είδους αισθητήρα-ραντάρ, ο οποίος αντιλαμβάνεται ότι το αυτοκίνητο είναι σε πορεία σύγκρουσης με πεζό ή όχημα και έναν ακόμα για τα φρένα, που δεν είναι άλλος από τον εγκέφαλο του ABS.
Αν ο κεντρικός υπολογιστής, με άλλα λόγια ο συνοδηγός που αναφέραμε πιο πάνω, κρίνει ότι πας να τρακάρεις, τότε αρχικά σου φωνάζει «Πρόσεχε» με ένα προειδοποιητικό ήχο (μπιπ) και σχετική κόκκινη ένδειξη στο ταμπλό, και στη συνέχεια αν πάλι δεν προλάβεις να πατήσεις τα φρενα, τότε φρενάρει αυτό αυτόνομα, σαν να υπήρχε δηλαδή ένα πεντάλ φρένου και στην δική πλευρά του συνοδηγού…
Διαφορές στο hardware
Οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν βέβαια διάφορες τεχνοτροπίες υλοποίησης και ανταλλακτικα για τα συστήματα αυτά. Τα πιο απλά εξ' αυτών διαθέτουν απλά πομποδέκτες ακτινών laser στο υπέρυθρο φάσμα του φωτός (και άρα αόρατες στο ανθρώπινο μάτι) που είναι τοποθετημένοι μπροστά στη μάσκα του αυτοκινήτου, τα δε πιο εξελιγμένα, διαθέτουν αισθητήρες ραντάρ που είναι κοινοί με το ACC (Adaptive Cruise Control), σε συνδυασμό με μία κάμερα κάτω από τον μεσαίο καθρέπτη με αποτέλεσμα πολύ μεγάλη εμβέλεια και ακρίβεια στις αντιδράσεις – υπολογισμούς.
Συνεργασία μεταξύ των υποσυστημάτων
Όλα τα συστήματα αυτόνομης πέδησης συνεργάζονται με τον εγκέφαλο του ABS. Αυτό σημαίνει ότι αφενός είναι κρίσιμης σημασίας αυτή η επικοινωνία να είναι συνεχής και απρόσκοπτη, αφετέρου πρέπει να γίνεται σε μεγάλες ταχύτητες ώστε οι αντιδράσεις του οχήματος να είναι όσο το δυνατόν πιο άμεσες. Για αυτό το λόγο, όλα τα ανταλλακτικα, όπως οι εμπλεκόμενοι εγκέφαλοι και αισθητήρες επικοινωνούν με συστήματα CAN με διαμεταγωγές της τάξεως των 500 kbit/s, ενώ σε κάποια μεγάλα μοντέλα χρησιμοποιούνται συστήματα FLEXRAY με διαμεταγωγές της τάξεως των 10 mbit/s ή ακόμα και οπτικές ίνες με ταχύτητες της τάξης των 150 mbit/s. Από εκεί και πέρα, ο εγκέφαλος του ABS από μόνος του διαθέτει ανάλογα με το μοντέλο πλήθος λειτουργιών στην διάθεσή του. Αυτό που έχει όμως ιδιαίτερη σημασία, είναι αυτός να έχει προετοιμάσει κατάλληλα τα φρένα πριν χρειαστεί η αυτόνομη πέδηση του οχήματος. Και πράγματι έτσι γίνεται, αφού πριν την δυνητική σύγκρουση η πίεση στα φρένα έχει ανέβει και η υδραυλική υποβοήθηση πέδησης είναι σε υψηλότερο επίπεδο ευαισθησίας, ώστε να ενισχύσει το ενδεχόμενα ασθενές φρενάρισμα του οδηγού.
Τι βλέπουν; Πόσα ραντάρ έχουν; Διαφορές από σύστημα σε σύστημα
Βασικά στοιχεία διαφοροποίησης μεταξύ των συστημάτων αυτόνομης πέδησης είναι οι ταχύτητες και οι αποστάσεις που αυτά λειτουργούν καθώς και η δυνατότητα εντοπισμού ευρέος φάσματος (π.χ. αυτοκίνητα, στατικά εμπόδια, άνθρωποι, δικυκλιστές, ζώα κ.τ.λ.). Για παράδειγμα το απλό σύστημα με laser του Volkswagen up! του 2011, λειτουργεί σε ταχύτητες κάτω από 30 km/h για αποστάσεις μέχρι 10 μέτρα και μπορεί να αναγνωρίσει μόνο οχήματα και όχι πεζούς. Τα πιο σύγχρονα συστήματα αυτόνομης πέδησης λειτουργούν σε ταχύτητες μέχρι τα 250 km/h και για μέγιστη απόσταση μέχρι τα 250 μέτρα, ενώ έχουν και δυνατότητα αναγνώρισης και αντίστοιχα πέδησης, έμβιων όντων (κάποια είδη ζώων). Αυτό είναι εφικτό μέσω υπερεξελιγμένων ραντάρ τέταρτης γενιάς που χρησιμοποιούνται σε συνεργασία με πολυλειτουργικές κάμερες που τοποθετούνται στον μεσαίο καθρέπτη του οχήματος.
Εν γένει τα συστήματα έχουν δύο κύρια, διαφορετικά πρωτόκολλα λειτουργίας. Το ένα αφορά τις υψηλές ταχύτητες (π.χ. από 30-250 km/h) και το δεύτερο τις αστικές χαμηλές ταχύτητες (κάτω από 65 km/h) όπου εκεί υφίσταται και η ανίχνευση πεζών. Σε περίπτωση ανίχνευσης εμποδίου, το σύστημα ενημερώνει οπτικά και ηχητικά τον οδηγό και σε περίπτωση που εκείνος δεν αντιδράσει, ή αντιδράσει ανεπαρκώς, τότε αναλαμβάνει η αυτόνομη πέδηση του οχήματος.
Δύο ακόμα εξελιγμένες λειτουργίες, είναι η αυτόνομη πέδηση κατά την στροφή, αν έρχεται αυτοκίνητο από το αντίθετο ρεύμα και η αυτόνομη μείωση της ταχύτητας του οχήματος αν ακολουθεί στροφή μεγάλης κλίσης, τέτοιας που δεν μπορεί να διατηρηθεί η προεπιλεγμένη ταχύτητα του ACC. Αυτή η δεύτερη λειτουργία είναι εφικτή μέσω δεδομένων που λαμβάνονται από το GPS του οχήματος.
Τι θα δούμε στο μέλλον; Προάγγελοι της αυτόνομης οδήγησης.
Όσο εξελιγμένα και αν είναι τα σημερινά συστήματα, δεν είναι τίποτα μπροστά σε αυτά που θα δούμε τα επόμενα 3-6 χρόνια. Οι σημερινοί αισθητήρες και ραντάρ, θα αντικατασταθούν ή θα αποτελούν δευτερεύοντα συστήματα στα Lidars (Light detection and ranging).
Τι είναι τα Lidars; Υπερεξελιγμένοι σαρωτές laser με δυνατότητα αποστολής παλμών φωτός με συχνότητα 1.000.000 φορές το δευτερόλεπτο! Αυτοί οι παλμοί ανακλώνται στον περιβάλλοντα χώρο και επιστρέφουν στο lidar, εκεί όπου ένας εγκέφαλος φτιάχνει μια εικόνα του κόσμου. Λόγω της ταχύτητας του φωτός που κινούνται αυτοί οι παλμοί, η εικόνα που φτιάχνει ο αισθητήρας είναι πολύ ακριβής και επίκαιρη.
Όμως αυτός ο τρομακτικός όγκος δεδομένων που λαμβάνονται, όχι μόνο από τα Lidars, αλλά και από τα ραντάρ και τους υπόλοιπους αισθητήρες του οχήματος, χρειάζεται τρομακτική υπολογιστική ισχύ, για αυτόν τον λόγο κατασκευάζονται αυτή τη στιγμή εγκέφαλοι πολύ υψηλής ταχύτητας όπου μπορούν να επεξεργαστούν αυτά τα δεδομένα και τελικά να επιτρέψουν την αυτόνομη οδήγηση επιπέδου 5, δηλαδή την πλήρως αυτόνομη οδήγηση χωρίς συμμετοχή του ανθρώπου. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι ο εγκέφαλος Drive PX Pegasus της Nvidia με υπολογιστική ισχύ 320 TFlops (320 τρισεκατομμύρια πράξεις κινητής υποδιαστολής το δευτερόλεπτο).