Radar, lidar, kamera. Te trzy rzeczy stanowią podstawy w rozwoju nowoczesnej motoryzacji, zwłaszcza w kontekście zbliżających się zmian w obowiązkowym wyposażeniu każdego nowego samochodu, które wprowadzone zostaną już za kilka lat. O wyjaśnienie zasad funkcjonowania radarów samochodowych poprosiliśmy Jana Napieralskiego, Algorithm Development Engineer w Centrum Inżynieryjnym ZF w Łodzi.

Co to jest radar i na jakiej zasadzie działa?

Radar, jak wskazuje definicja tego urządzenia, działa dzięki zdolności odbierania fal radiowych. Początkowo radary miały znaczenie przede wszystkim w działaniach wojskowych – do wykrywania samolotów, statków, rakiet, do określania kierunku przemieszczania się obiektów, do oceny odległości, rozmiaru oraz pomiaru prędkości. Z czasem zauważono także zalety tych urządzeń w bardziej pokojowych dziedzinach, takich jak kontrola ruchu lotniczego lub nawodnego, przydają się również w meteorologii (do wykrywania chmur), geologii (do penetracji gruntu), glacjologii (badanie lodowców), geofizyce lub astronomii. Nie można zapomnieć także o znaczeniu radarów w kwestii bezpieczeństwa na drogach wszystkich krajów – to podstawowe narzędzie pracy policji, niezależnie od szerokości geograficznej.

– Radar jest urządzeniem, które wykorzystuje fale elektromagnetyczne w celu detekcji obiektów w przestrzeni. W tym celu radar wysyła wiązkę sygnału mikrofalowego, która następnie odbija się od obiektów. Sygnał odbity, zwany też echem, wraca do radaru, gdzie następnie jest filtrowany i przetwarzany. Podobne zjawisko możemy zaobserwować, gdy słyszymy echo – podobnie jak sygnał z radaru jest to fala, która wraca do nas, a następnie jest przetwarzana przez nasze receptory słuchowe – wyjaśnia Jan Napieralski, Algorithm Development Engineer w Centrum Inżynieryjnym ZF w Łodzi.

Jakie dane zbierają radary samochodowe?

Mimo iż zasada działania wszystkich radarów opiera się na podobnych założeniach, to dane które zbierają poszczególne radary znacznie się od siebie różnią.

– Radary umieszczone w samochodach są w stanie precyzyjnie stwierdzić, jak wygląda otoczenie pojazdu. Analiza odbić radaru dostarcza informacje o typie obiektu, od którego odbiła się fala elektromagnetyczna. Fale odbijają się różnie, zależnie od materiału, z którego wykonany jest obiekt, jego kształtu, a przede wszystkim od jego zdolności do obijania fali elektromagnetycznej. Taki parametr nazywany jest radar cross section (RCS), po polsku skuteczna powierzchnia odbicia. Na podstawie siły, z jaką odbija się fala od obiektu i innych parametrów odbicia, wyspecjalizowani inżynierowie są w stanie stwierdzić od jakiego potencjalnie przedmiotu mogła się odbić fala. – wylicza specjalista ZF.

Na podstawie szczegółowej analizy, budowane są precyzyjne algorytmy detekcji, które pomagają określić typ obiektu. Tego typu obiektami mogą być np. piesi, rowerzyści czy chociażby krawężnik lub znaki drogowe. Te i wiele innych podobnych informacji zbiera w czasie rzeczywistym radar, a następnie dostarcza je do kolejnych komponentów komputera pokładowego samochodu. Dostarczone informacje są następnie przetwarzane i transportowane do innych modułów, które poprawiają komfort i bezpieczeństwo użytkowników samochodu.

Trudności, na które trafia radar samochodowy

Radar powinien działać bez żadnych zarzutów, przez cały czas trwania jazdy samochodu. Niestety, niesprzyjające warunki atmosferyczne mogą zakłócić poprawne działanie radaru. Takimi czynnikami mogą być na przykład silny deszcz, śnieg lub ekstremalne temperatury.

– Zadaniem działu algorytmów jest uodpornienie się na tego typu sytuacje. Celem ZF jest opracowanie szeregu algorytmów, które będą w stanie poinformować cały system o potencjalnej wadliwości radaru. Z pomocą samochodu testowego, wyposażonego w zestaw zaawansowanej aparatury akwizycyjno-pomiarowej, jesteśmy w stanie wykryć anomalie radaru, które występują w ekstremalnych warunkach. Co więcej, ZF testuje działanie algorytmu we wszystkich, również skrajnych przypadkach. Samochód testowy zbiera surowe dane z wielu czujników, po czym wieloosobowy zespół testerów skrupulatnie je analizuje. Następnie inżynierowie ZF, wprowadzają właściwe modyfikacje, które znacznie poprawią działanie radaru – wyjaśnia Napieralski.

Konstrukcja radaru

Firma ZF nie tylko tworzy samo oprogramowanie do czujników radarowych. Inżynierowie współtworzą radary, począwszy od schematu na przysłowiowej kartce, po zaawansowaną produkcję w wyspecjalizowanych fabrykach na całym świecie.

– Kontrolując cały proces, od projektu po produkcję oraz oprogramowanie, zespół inżynierów ZF może wykrywać i poprawiać błędy wynikające z samej konstrukcji radaru. Co więcej, dzieląc się wiedzą z inżynierami opracowującymi fizyczne urządzenia, możemy mieć realny wpływ na proces ich produkcji. Znając dokładną specyfikę radaru, łatwiej jest analizować wspomniane obiekty i wykrywać potencjalne anomalie. Dodatkowo w codziennej pracy inżyniera wykorzystywane są dedykowane symulatory pozwalające na rozwój funkcjonalności oraz sprawdzenie poprawności ich działania. – podsumowuje Jan Napieralski.

Znaczenie radaru w motoryzacji

Niegdyś radary stanowiły podstawowe wyposażenie pojazdów militarnych. Teraz normą jest wykorzystanie ich również w samochodach osobowych, dostawczych i ciężarowych, a jego potencjał jest kluczowy dla rozwoju całej motoryzacji. Dla twórców nowych rozwiązań technologicznych, związanych z tych zagadnieniem, celem nadrzędnym jest poprawa bezpieczeństwa i ogólnego komfortu pasażera. Wykorzystanie radarów w motoryzacji pozwala też na opracowywanie technologii wykorzystywanych w mobilności przyszłości – dla przykładu w pojazdach autonomicznych.

– Radar mocowany jest w samochodach osobowych zazwyczaj w okolicy przedniej tablicy rejestracyjnej. Takie umiejscowienie radaru pozwala na dokładną obserwację otoczenia samochodu. W celu zwiększenia precyzji radaru często łączy się go z innymi urządzeniami, które pozwalają na analizę przestrzeni, w której porusza się pojazd. Takimi urządzeniami są na przykład kamera samochodowa, która umieszczona za przednią szybą samochodu jest w stanie wykrywać obiekty wykorzystując w tym celu zaawansowane techniki przetwarzania obrazu, które bardzo często opierają się o najnowocześniejsze algorytmy sztucznej inteligencji – tłumaczy Jan Napieralski.

Innym urządzeniem, które znakomicie współgra z radarem jest lidar, o którym pisaliśmy w jednym z naszych wcześniejszych artykułów, który można przeczytać tutaj.